CN106207052A - 一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，属于锂离子电池技术领域，涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴、涂胶辊、复合膜放卷机构、加热烘干机构及收卷轴，基膜一端卷绕在基膜放卷轴上，另一端卷绕在收卷轴上，涂胶辊和复合膜放卷机构一一对应设置且为设置在基膜两侧的两组，复合膜放卷机构包括复合膜放卷轴和压紧轴，复合膜一端卷绕在复合膜放卷轴上，另一端经过压紧轴后与基膜相贴合，涂胶辊和压紧轴顶紧相对应一侧的基膜膜面，该涂覆装置能够使复合膜和基膜紧密结合，形成耐高温多层复合锂离子电池隔膜，该隔膜具备较高的耐热稳定性和耐热收缩率，复合结构较为稳定，生产效率较高。

Description

一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及锂离子电池隔膜的涂覆装置，具体涉及一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置。
背景技术
电池隔膜在锂电池中的基本作用为隔开正负极,并且吸附电解液允许锂离子通过。3C产品包括计算机(Computer)、通信(Communication)和消费类电子产品(ConsumerElectronics)，是锂电池应用的主要领域,对于3C产品的锂电池,仅使用PP隔膜和PE隔膜,其性能就能得到较好的满足。但是随着电动汽车的不断发展,锂电池的性能必须进一步提升才能满足电动汽车的要求,比如在安全性、充放电性能、循环性能及倍率性等方面,电动汽车用锂电池就比3c产品用锂电池有更加严格的要求。目前在提高锂电池隔膜性能方面的发展研究以改善隔膜表面性质和调整隔膜基体材料为主。在改善隔膜表面性质方面主要的研究方向是隔膜涂布处理就是在隔膜表面涂覆一层陶瓷材料，就目前情况来看陶瓷涂布隔膜是提高锂电池安全性的最有效方式，隔膜涂布陶瓷后可有效地提高隔膜的耐热收缩性、安全性、热稳定性以及改善隔膜的机械强度，从而延长隔膜的使用寿命。
为了进一步使电池隔膜的性能满足动力锂电池的要求,新型锂电池隔膜的制备方法如无纺布与涂布膜复合得到越来越多的关注。无纺布的基材很多,包括PP无纺布、纤维素无纺布、PET无纺布等,上述无纺布中以PET无纺布的耐热性和力学性能最好,因此针对PET无纺布的研究较多。就目前来说陶瓷涂布隔膜的耐高温性以及耐热收缩率在一定温度条件下不能够满足要求，采用PET无纺布和陶瓷涂布隔膜复合的方式进而使锂电池隔膜耐热稳定性和耐热收缩率得到较大的提高，提升市场竞争力，但现有技术中还没有针对该复合隔膜的涂覆装置。
发明内容
本发明弥补了现有技术的不足，提供了一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，该装置在基膜两侧设置复合膜，经过粘合、热烘后形成多层复合结构的隔膜，复合结构较为稳定，生产效率较高，生产的锂离子电池隔膜具备较好的耐热稳定性和耐热收缩率。
本发明的具体技术方案是：
一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，所述的涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴、涂胶辊、加热烘干机构和收卷轴，基膜放卷轴上缠绕有基膜，基膜一端伸出基膜放卷轴并卷绕在收卷轴上，涂胶辊表面设置有涂覆浆料，关键点是，所述的涂胶辊和加热烘干机构之间增设有复合膜放卷机构，涂胶辊和复合膜放卷机构在基膜同一膜面外侧一一对应设置形成复合膜的贴合单元，贴合单元为设置在基膜两膜面外侧的两组，复合膜放卷机构包括复合膜放卷轴和压紧轴，复合膜伸出复合膜放卷轴并经过压紧轴后与基膜相贴合，涂胶辊和压紧轴顶紧相对应一侧的基膜膜面。
所述的基膜和复合膜为PP隔膜、PE隔膜、无纺布或者纤维。
所述的基膜放卷轴和涂胶辊之间设置有张紧轴。
所述的加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱。
所述的三个烘箱布置为竖向的拐角形状，拐角处的烘箱中设置有中转轴，基膜经过中转轴并依次经过三个烘箱。
所述的加热烘干机构和收卷轴之间还依次增设有展平辊和张紧辊。
本发明的有益效果是：本发明为耐高温多层复合锂离子电池隔膜提供了一种成熟稳定的生产装置，该装置结构简单，各个组成单元均为较为常见的设备，成本较低，经过粘合、热烘后定型，最终的成品品质较高且稳定，能够为电池生产持续稳定地提供隔膜原材料，为电动汽车用电池提供耐高温多层复合锂离子电池隔膜，提高了电池的整体寿命，最终推动耐高温领域电池的发展，能够带来较大的经济和社会效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明具体实施例中涂胶辊和进胶泵的连接结构示意图。
附图中，1、基膜放卷轴，2、涂胶辊，3、复合膜放卷轴，4、压紧轴，5、烘箱，6、收卷轴，7、进胶泵，8、涂胶槽，9、展平辊，10、张紧辊，11、张紧轴，12、基膜，13、复合膜，14、中转轴，15、刮刀，16、原料桶，17、回收桶，18、溢流口。
具体实施方式
本发明涉及一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，所述的涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴1、涂胶辊2、加热烘干机构和收卷轴6，基膜放卷轴1上缠绕有基膜12，基膜12一端伸出基膜放卷轴并卷绕在收卷轴6上，涂胶辊2表面设置有涂覆浆料，涂胶辊2和加热烘干机构之间增设有复合膜放卷机构，涂胶辊2和复合膜放卷机构在基膜12同一膜面外侧一一对应设置形成复合膜13的贴合单元，贴合单元为设置在基膜12两膜面外侧的两组，复合膜放卷机构包括复合膜放卷轴3和压紧轴4，复合膜13伸出复合膜放卷轴3并经过压紧轴4后与基膜12相贴合，涂胶辊2和压紧轴4顶紧相对应一侧的基膜12膜面。
具体实施例，如图1所示，由于收卷轴6的牵引，基膜12开始移动，基膜12为PP隔膜，基膜放卷轴1和涂胶辊2之间设置有张紧轴11，基膜12被张紧轴11张紧，然后经过两侧的涂胶辊2，张紧后的基膜12两膜面进行涂胶，涂覆浆料能够覆盖整个膜面且较为均匀，涂覆浆料包括Al2O3陶瓷浆料、PVDF浆料、ZrO2陶瓷浆料或SiO2浆料，此外，还添加有胶黏剂、分散剂、凝胶剂、增塑剂、抗老化剂、交联剂以及去离子水，Al2O3陶瓷浆料、PVDF浆料、ZrO2陶瓷浆料或SiO2浆料分别占涂覆浆料总质量的百分比为22％，胶黏剂为5％，分散剂为0.4％，胶凝剂为0.3％，增塑剂为0.1％，抗老化剂为0.1％，交联剂为0.1％，其余部分为去离子水，涂布该涂覆浆料后形成陶瓷涂布隔膜，此外，为了精确控制涂胶厚度和均匀性，涂胶辊2上均匀排布一定深度、线数、形状和角度的凹槽，凹槽深度在10-120um，凹槽线数LPI一般为100-1400，凹槽的形状一般为蜂巢型、菱形、湾流型或者斜线型，斜线的角度为30°、45°或者60°，涂胶辊2上的凹槽选择斜线型，涂胶辊2借助进胶泵7和涂胶槽8进行涂覆浆料的持续供给，如图2所示，进胶泵7输入端连接原料桶16进行涂覆浆料的吸取并通过输出端向涂胶槽8中输送，涂胶槽8开口端设置有两个刮刀15，两个刮刀15与开口平行并且与涂胶辊2外表面接触形成封闭腔体，涂胶辊2转动经过涂胶槽8粘附涂覆浆料，该过程中还经过刮刀15的均匀刮胶，涂胶辊2上的涂覆浆料厚度均匀，涂胶槽8还设置有溢流口18，当进胶泵7的转速过大时，提供的涂覆浆料就会沿溢流口18溢出，溢出的涂覆浆料可以储存在回收桶17中进行回收利用，进胶泵7转速设定为30rpm，涂胶辊速比设定为70％，形成涂布隔膜，根据涂胶量和生产速度选择合适的进胶泵7的转速，涂胶厚度越厚，生产速度越快，所需的进胶量越大，进胶量不足时涂胶厚度无法保证，涂胶量足够时才能保证涂胶厚度，多余的胶可通过溢流口18收集回用，有溢流时说明涂覆浆料的供应是充足的，操作过程中可以根据根据溢流口18的溢流情况随时调节进胶泵7的转速。
然后经过复合膜放卷机构，复合膜放卷轴3向外输送复合膜13，复合膜13经过压紧轴4后与基膜12膜面贴合，压紧轴4能够将复合膜13和陶瓷涂布隔膜之间的初始接触部位进行压紧，复合膜13为PP隔膜，复合膜放卷机构中设置有张力速度控制装置和纠偏装置，复合膜放卷轴3的动力来源于放卷伺服电机，张力速度控制装置为安装在复合膜放卷轴3上的张力传感器，张力传感器的信息输入端与复合膜放卷轴3相连，其输出端与放卷伺服电机相连，张力传感器检测和反馈复合膜放卷轴3的速度和张力，当检测值与设定值存在差异时，放卷伺服电机做出相应调整，改变电机的扭矩和转速，保证实际的张力和速度与设定值一致，纠偏装置为现有条带式生产线上常用的纠偏装置，在复合膜13输送过程中，张力速度控制装置能够保证复合膜放卷轴3与基膜12输送的线速度保持一致且能够对复合膜放卷轴3的放卷张力进行控制，纠偏装置能够保证复合膜13与陶瓷涂布隔膜膜面贴合时重合度更高，贴合之后形成多层复合隔膜。
多层复合隔膜经过加热烘干机构进行加热烘干，加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱5，基膜放卷轴1的线速度为10m/min，则多层复合隔膜的输送速度为10m/min，加热烘干机构的长度为9m，每个烘箱5的长度为3m，则经过加热烘干机构的时间为0.9min，能够确保多层复合隔膜的烘干定型时间，三个烘箱5布置为竖向的拐角形状，烘箱3为立式，多层复合隔膜两侧膜面均需要进行复合，多层复合隔膜在干燥前不与任何辊面接触，干燥前为悬空的且距离较长，多层复合隔膜受到自身重力影响较大，多层复合隔膜在出第二个烘箱基本干燥定型后通过中转轴14改变方向，减小多层复合隔膜受到的自身重力影响，这样的设备也更紧凑，基膜12经过中转轴14并依次经过三个烘箱5，烘箱5为红外加热烘箱，三个烘箱的温度依次设定为55℃、65℃以及55℃，三个烘箱5均安装有进风扇和排风扇，三个烘箱5的进、排风频率设定为18HZ，加热烘干后，多层复合隔膜被烘干定型，多层复合隔膜形成紧密连接为一体结构，烘箱5和收卷轴6之间还依次增设有展平辊9和张紧辊10，然后再经过展平辊9的变向，经过展平辊9进行多层复合隔膜的展平，多层复合隔膜通过两个拐角完成先上后下过程最终到达张紧辊10和收卷轴6，展平的形状得到稳定，最后将较为平整的多层复合隔膜收集在收卷轴6上。
为适应不同场合对于安全性和耐热性的需求，涂覆装置中涂胶后的陶瓷涂布隔膜两侧可以设置多组涂胶辊2和复合膜放卷机构，每个涂胶辊2和其相对应的复合膜放卷机构能够实现一层复合膜13的涂胶和贴合，可以形成双面复合、三面复合或者多面复合的电池隔膜。
该涂覆装置结构简单，各部分组成均为常见的设备，成本较低，为电池隔膜的制备提供了较为成熟的装置，大大提高生产耐高温锂离子电池隔膜的生产效率，生产的隔膜成品品质较好且较为稳定，该产品能够兼备使用安全性和耐高温特性，延长电池的使用寿命，适用于高温作业场合，能够为电动汽车等高温工作情况下所用电池持续稳定地提供隔膜原材料。

Claims (8)

1.一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，所述的涂覆装置包括依次设置的基膜放卷轴(1)、涂胶辊(2)、加热烘干机构和收卷轴(6)，基膜放卷轴(1)上缠绕有基膜(12)，基膜(12)一端伸出基膜放卷轴并卷绕在收卷轴(6)上，涂胶辊(2)表面设置有涂覆浆料，其特征在于：所述的涂胶辊(2)和加热烘干机构之间增设卷绕有复合膜(13)的复合膜放卷机构，涂胶辊(2)和复合膜放卷机构在基膜(12)同一膜面外侧一一对应设置形成复合膜(13)的贴合单元，贴合单元为设置在基膜(12)两膜面外侧的两组，复合膜放卷机构包括复合膜放卷轴(3)和压紧轴(4)，复合膜(13)伸出复合膜放卷轴(3)并经过压紧轴(4)后与基膜(12)相贴合，涂胶辊(2)和压紧轴(4)顶紧相对应一侧的基膜(12)膜面。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，其特征在于：所述的基膜(12)和复合膜(13)为PP隔膜、PE隔膜、无纺布或者纤维。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，其特征在于：所述的基膜放卷轴(1)和涂胶辊(2)之间设置有张紧轴(11)。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，其特征在于：所述的加热烘干机构包括依次相连的三个烘箱(5)。
5.根据权利要求4所述的一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，其特征在于：所述的三个烘箱(5)布置为竖向的拐角形状，拐角处的烘箱(5)中设置有中转轴(14)，基膜(12)经过中转轴(14)并依次经过三个烘箱(5)。
6.根据权利要求1所述的一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，其特征在于：所述的加热烘干机构输出端和收卷轴(6)之间还依次增设有展平辊(9)和张紧辊(10)，展平辊(9)位于加热烘干机构的输出端。
7.根据权利要求1所述的一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，其特征在于：所述的基膜放卷轴(1)的线速度为5-15m/min，加热烘干机构的长度为9m。
8.根据权利要求1所述的一种耐高温多层复合锂离子电池隔膜的涂覆装置，其特征在于：所述的基膜放卷轴(1)的线速度为15-30m/min，加热烘干机构的长度为18m。
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