CN109399294A - 锂电池隔膜分切机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池隔膜分切机，包括放卷装置、切割装置、检测装置、固定装置和收卷装置，所述放卷装置包括放卷辊、前导辊和压辊，所述切割装置包括分切刀和后导辊，所述检测装置包括影像接收器、照明灯，影像接收器线路连接信号接收模块、信号传输模块、显示屏，所述固定装置包括用于固定压紧隔膜的固定压头、两个用于控制固定压头升降的气缸和两个用于支撑固定压头和气缸的支撑架，所述收卷装置包括成品收卷辊和余料收卷辊，所述分切刀包括硬质合金基体，其上覆有硬质涂层；本发明所述锂电池隔膜分切机，分切质量好，运行效率高。
Description
技术领域
本发明涉及分切设备技术领域，具体涉及一种锂电池隔膜分切机。
背景技术
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液和封装材料五部分组成。其中，电池隔膜主要起着阻止正负电极直接接触、防止电池短路以及传输离子的作用，是保障电池安全并影响电池性能的关键材料。虽然隔膜并不直接参与电池的电化学反应，但其性能却影响电池的界面结构、内阻等性质，进而影响电池的能量密度、循环寿命和倍率等性能。
隔膜分切机是在锂电池材料隔膜生产过程中关键设备之一，其工作方式是用直立刀具把一定宽度的卷材隔膜切成数条较窄隔膜膜所用的装置。薄膜的最终质量不仅取决于薄膜的制膜质量，还取决于薄膜的分切质量，分切过程是决定薄膜质量的重要环节。
现有的分切机，当收卷达到上限时需要更换卷芯，隔膜断开后容易在导辊上发生偏移，需要重对边，耗时费工；分切刀是分切机最重要的部件，直接影响分切质量，分切刀的钝化容易导致毛边，需定期更换切刀，但不同型号的薄膜因厚度、配方不同，对切刀的磨损程度也不同，定期更换依然无法保障分切质量，而且也缺少对分切后隔膜分切质量的检测。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种锂电池隔膜分切机。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：一种锂电池隔膜分切机，包括放卷装置、切割装置、检测装置、固定装置和收卷装置，所述放卷装置包括放卷辊、前导辊和压辊，所述切割装置包括分切刀和后导辊，所述检测装置包括影像接收器、照明灯，影像接收器线路连接信号接收模块、信号传输模块、显示屏，所述固定装置包括用于固定压紧隔膜的固定压头、两个用于控制固定压头升降的气缸和两个用于支撑固定压头和气缸的支撑架，所述收卷装置包括成品收卷辊和余料收卷辊，所述分切刀包括硬质合金基体，其上覆有硬质涂层；
优选的，所述固定压头材质为高密度海绵；
优选的，基体采用离子清洗进行前处理；
优选的，所述涂层在基体表面依次为过渡层、中间层、外层；
优选的，所述过渡层为羟基磷灰石涂层；
进一步优选的，采用脉冲电化学沉积羟基磷灰石涂层，平均厚度0.6-2μm；
优选的，所述中间层为若干软硬层交替的涂层，软层为碳化硅纤维增强的的纳米二硫化钨，平均厚度0.4-1μm，硬层为氧化石墨烯增强的氮化硼，平均厚度0.6-1.5μm；
进一步优选的，采用化学气相沉积软层；采用射频磁控溅射制备硬层；
优选的，外层为DLC薄膜涂层；
进一步优选的，采用射频磁控溅射制备DLC薄膜涂层；平均厚度1-2μm。
本发明的有益效果为：
1、通过固定装置的设置，使隔膜在失去收卷张力时，仍处于拉伸状态，减少重对边工作量，提高运行效率；
2、通过检测装置的设置，对分切质量进行实时监测，满足产品需求，提高生产效率，降低产品缺陷造成的浪费；
3、采用覆有硬质涂层的分切刀，降低摩擦损耗，延长使用寿命，减少停机时间，提高分切质量和效率。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明结构示意图。
附图标记：1-放卷辊；2-前导辊；3-分切刀；4-后导辊；5-压辊；6-照明灯；7-隔膜；8-影像接收器；9-显示屏；10-信号传输模块；11-信号接收模块；12-支架；13-导辊；14-固定压头；15-气缸；16-支撑架；17-余料收卷辊；18-成品收卷辊。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本发明的实施例涉及一种锂电池隔膜分切机，包括放卷装置、切割装置、检测装置、固定装置和收卷装置，所述放卷装置包括放卷辊、前导辊和压辊，所述切割装置包括分切刀和后导辊，所述检测装置包括影像接收器、照明灯，影像接收器线路连接信号接收模块、信号传输模块、显示屏，所述固定装置包括用于固定压紧隔膜的固定压头、两个用于控制固定压头升降的气缸和两个用于支撑固定压头和气缸的支撑架，所述收卷装置包括成品收卷辊和余料收卷辊，所述分切刀包括硬质合金基体，其上覆有硬质涂层；
优选的，所述固定压头材质为高密度海绵；
优选的，基体采用离子清洗进行前处理；
辉光放电清洗可进一步除去基体表面的杂质，同时提高基体的表面活性，增强涂层和基体之间的结合；
优选的，所述涂层在基体表面依次为过渡层、中间层、外层；
优选的，所述过渡层为羟基磷灰石涂层；
进一步优选的，采用脉冲电化学沉积羟基磷灰石涂层，平均厚度0.6-2μm；
羟基磷灰石具备良好的生物活性，其脆性较大；采用脉冲电化学沉积制备结晶度高，致密的羟基磷灰石薄膜涂层，再渗入微量铜、涂布硬质涂层，起缓和涂层应力的作用；
优选的，所述中间层为若干软硬层交替的涂层，软层为碳化硅纤维增强的的纳米二硫化钨，平均厚度0.4-1μm，硬层为氧化石墨烯增强的氮化硼，平均厚度0.6-1.5μm；
进一步优选的，采用化学气相沉积软层；采用射频磁控溅射制备硬层；
多层重叠的软硬层交替涂布，使基体增强硬度的同时兼具韧性，耐磨和加工性能进一步提高，延长使用寿命；
优选的，外层为DLC薄膜涂层；
进一步优选的，采用射频磁控溅射制备DLC薄膜涂层；平均厚度1-2μm。
实施例1
一种锂电池隔膜分切机，包括放卷装置、切割装置、检测装置、固定装置和收卷装置，所述放卷装置包括放卷辊、前导辊和压辊，所述切割装置包括分切刀和后导辊，所述检测装置包括影像接收器、照明灯，影像接收器线路连接信号接收模块、信号传输模块、显示屏，所述固定装置包括用于固定压紧隔膜的固定压头、两个用于控制固定压头升降的气缸和两个用于支撑固定压头和气缸的支撑架，所述收卷装置包括成品收卷辊和余料收卷辊，所述分切刀包括硬质合金基体，其上覆有硬质涂层；所述硬质涂层的制备包括以下步骤：
A、基体表面处理
硬质合金基体用丙酮和甲醇混合溶液超声清洗30min，除去杂质和油污，氮气吹干，基体入真空室，真空室气压抽至4×10-4Pa以下，通Ar气，以Ar离子束轰击基体，对硬质合金基体进行离子清洗，轰击处理时间20min；
B、过渡层制备
称取0.006mol磷酸二氢氨、0.01mol硝酸钙，加入200ml去离子水充分搅拌溶解，加入6ml浓度为15％wt的过氧化氢溶液，氨水调节pH至4.8，制得电解液，基体作阴极，直流恒电流源供电，电流0.02A，通导时间20s，占空比50％，电解液温度30℃，沉积时间30min，沉积完成后经1mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍6h，500℃真空热处理1h，得到羟基磷酸钙过渡层，膜厚0.6μm；
C、中间层制备
(a)平均粒径150nm的二硫化钨中加入5％质量的纳米碳化硅纤维，湿法球磨1h，加入固含量1.2％wt的聚乙烯吡咯烷酮、1.0％wt聚乙二醇，0.6％wt聚二甲基硅氧烷，搅拌，加去离子水调节至浆料含量在10-30％，制备流动性较好、混合均匀的浆料，喷雾干燥造粒，筛出粒径10-45μm的喂粒备用，使用喂粒在B处理的基体上等离子喷涂，功率27kW，电流500A，电压70V，氩气流速40L/min，氢气流速10L/min，送粉率15r/min，喷涂距离14cm，膜厚1μm；
(b)经C(a)处理的基体以铜箔覆盖，置于石英管内，通100sccm×10min氩气，气氛转为氩气：氢气＝70：50sccm混合气，管炉升温至1050℃，温度保持30min，混合气带入1％的甲酸甲酯蒸汽，保持温度15-30min，撤去甲酸甲酯蒸汽，自然降温至室温，撤去混合气；
(c)在C(b)处理的基体上磁控溅射一层氮化硼，高纯h-BN为靶材，本底真空度5×10-4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氮气，溅射功率100W，基体负偏压150V，溅射时间30min，靶基距8cm，膜厚0.6μm；
D、外层制备
重复C 1-3次后磁控溅射一层DLC薄膜，高纯石墨为磁控溅射靶材，本底真空度5×10-4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氩气，溅射功率150W，基体负偏压100V，溅射时间100min，靶基距15cm，膜厚2μm。
经测试，涂层硬度37.8GPa，相同条件下，具有本实施例硬质涂层的分切刀，其有效切割长度和使用寿命是常规三孔、圆盘分切刀的3.6-4倍。
实施例2
一种锂电池隔膜分切机，包括放卷装置、切割装置、检测装置、固定装置和收卷装置，所述放卷装置包括放卷辊、前导辊和压辊，所述切割装置包括分切刀和后导辊，所述检测装置包括影像接收器、照明灯，影像接收器线路连接信号接收模块、信号传输模块、显示屏，所述固定装置包括用于固定压紧隔膜的固定压头、两个用于控制固定压头升降的气缸和两个用于支撑固定压头和气缸的支撑架，所述收卷装置包括成品收卷辊和余料收卷辊，所述分切刀包括硬质合金基体，其上覆有硬质涂层；所述硬质涂层的制备包括以下步骤：
A、基体表面处理
硬质合金基体用丙酮和甲醇混合溶液超声清洗30min，除去杂质和油污，氮气吹干，基体入真空室，真空室气压抽至4×10-4Pa以下，通Ar气，以Ar离子束轰击基体，对硬质合金基体进行离子清洗，轰击处理时间20min；
B、过渡层制备
称取0.006mol磷酸二氢氨、0.01mol硝酸钙，加入200ml去离子水充分搅拌溶解，加入6ml浓度为15％wt的过氧化氢溶液，氨水调节pH至4.8，制得电解液，基体作阴极，直流恒电流源供电，电流0.02A，通导时间20s，占空比50％，电解液温度30℃，沉积时间60min，沉积完成后经1mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍7h，500℃真空热处理1h，得到羟基磷酸钙过渡层，膜厚1μm；
C、中间层制备
(a)平均粒径150nm的二硫化钨中加入5％质量的纳米碳化硅纤维，湿法球磨1h，加入固含量1.2％wt的聚乙烯吡咯烷酮、1.0％wt聚乙二醇，0.6％wt聚二甲基硅氧烷，搅拌，加去离子水调节至浆料含量在10-30％，制备流动性较好、混合均匀的浆料，喷雾干燥造粒，筛出粒径10-45μm的喂粒备用，使用喂粒在B处理的基体上等离子喷涂，功率27kW，电流500A，电压70V，氩气流速40L/min，氢气流速10L/min，送粉率13.2r/min，喷涂距离12cm，膜厚0.8μm；
(b)经C(a)处理的基体以铜箔覆盖，置于石英管内，通100sccm×10min氩气，气氛转为氩气：氢气＝70：50sccm混合气，管炉升温至1050℃，温度保持30min，混合气带入1％的甲酸甲酯蒸汽，保持温度15-30min，撤去甲酸甲酯蒸汽，自然降温至室温，撤去混合气；
(c)在C(b)处理的基体上磁控溅射一层氮化硼，高纯h-BN为靶材，本底真空度5×10-4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氮气，溅射功率100W，基体负偏压150V，溅射时间45min，靶基距10cm，膜厚1μm；
D、外层制备
重复C 1-3次后磁控溅射一层DLC薄膜，高纯石墨为磁控溅射靶材，本底真空度5×10-4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氩气，溅射功率140W，基体负偏压100V，溅射时间100min，靶基距13cm，膜厚1.6μm。
经测试，涂层硬度39.2GPa，相同条件下，具有本实施例硬质涂层的分切刀，其有效切割长度和使用寿命是常规三孔、圆盘分切刀的3.7-4.6倍。
实施例3
一种锂电池隔膜分切机，包括放卷装置、切割装置、检测装置、固定装置和收卷装置，所述放卷装置包括放卷辊、前导辊和压辊，所述切割装置包括分切刀和后导辊，所述检测装置包括影像接收器、照明灯，影像接收器线路连接信号接收模块、信号传输模块、显示屏，所述固定装置包括用于固定压紧隔膜的固定压头、两个用于控制固定压头升降的气缸和两个用于支撑固定压头和气缸的支撑架，所述收卷装置包括成品收卷辊和余料收卷辊，所述分切刀包括硬质合金基体，其上覆有硬质涂层；所述硬质涂层的制备包括以下步骤：
A、基体表面处理
硬质合金基体用丙酮和甲醇混合溶液超声清洗30min，除去杂质和油污，氮气吹干，基体入真空室，真空室气压抽至4×10-4Pa以下，通Ar气，以Ar离子束轰击基体，对硬质合金基体进行离子清洗，轰击处理时间20min；
B、过渡层制备
称取0.006mol磷酸二氢氨、0.01mol硝酸钙，加入200ml去离子水充分搅拌溶解，加入6ml浓度为15％wt的过氧化氢溶液，氨水调节pH至4.8，制得电解液，基体作阴极，直流恒电流源供电，电流0.02A，通导时间20s，占空比50％，电解液温度30℃，沉积时间100min，沉积完成后经1mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍8h，500℃真空热处理1h，得到羟基磷酸钙过渡层，膜厚2μm；
C、中间层制备
(a)平均粒径150nm的二硫化钨中加入5％质量的纳米碳化硅纤维，湿法球磨1h，加入固含量1.2％wt的聚乙烯吡咯烷酮、1.0％wt聚乙二醇，0.6％wt聚二甲基硅氧烷，搅拌，加去离子水调节至浆料含量在10-30％，制备流动性较好、混合均匀的浆料，喷雾干燥造粒，筛出粒径10-45μm的喂粒备用，使用喂粒在B处理的基体上等离子喷涂，功率27kW，电流500A，电压70V，氩气流速40L/min，氢气流速10L/min，送粉率10r/min，喷涂距离10cm，膜厚0.4μm；
(b)经C(a)处理的基体以铜箔覆盖，置于石英管内，通100sccm×10min氩气，气氛转为氩气：氢气＝70：50sccm混合气，管炉升温至1050℃，温度保持30min，混合气带入1％的甲酸甲酯蒸汽，保持温度15-30min，撤去甲酸甲酯蒸汽，自然降温至室温，撤去混合气；
(c)在C(b)处理的基体上磁控溅射一层氮化硼，高纯h-BN为靶材，本底真空度5×10-4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氮气，溅射功率120W，基体负偏压150V，溅射时间50min，靶基距15cm，膜厚1.5μm；
D、外层制备
重复C 1-3次后磁控溅射一层DLC薄膜，高纯石墨为磁控溅射靶材，本底真空度5×10-4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氩气，溅射功率120W，基体负偏压100V，溅射时间90min，靶基距10cm，膜厚1μm。
经测试，涂层硬度38.3GPa，相同条件下，具有本实施例硬质涂层的分切刀，其有效切割长度和使用寿命是常规三孔、圆盘分切刀的3.5-4.8倍。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，包括放卷装置、切割装置、检测装置、固定装置和收卷装置，所述放卷装置包括放卷辊、前导辊和压辊，所述切割装置包括分切刀和后导辊，所述检测装置包括影像接收器、照明灯，影像接收器线路连接信号接收模块、信号传输模块、显示屏，所述固定装置包括用于固定压紧隔膜的固定压头、两个用于控制固定压头升降的气缸和两个用于支撑固定压头和气缸的支撑架，所述收卷装置包括成品收卷辊和余料收卷辊，所述分切刀包括硬质合金基体，其上覆有硬质涂层。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，所述固定压头材质为高密度海绵。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，所述硬质合金基体采用离子清洗进行前处理。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，所述硬质涂层在基体表面依次为过渡层、中间层、外层。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，所述过渡层为羟基磷灰石涂层；采用脉冲电化学沉积，平均厚度0.6-2μm。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，所述中间层为若干软硬层交替的涂层；软层为碳化硅纤维增强的的纳米二硫化钨，采用化学气相沉积，平均厚度0.4-1μm；硬层为氧化石墨烯增强的氮化硼，采用射频磁控溅射制备，平均厚度0.6-1.5μm。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，所述外层为DLC薄膜涂层；采用射频磁控溅射制备DLC薄膜涂层；平均厚度1-2μm。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池隔膜分切机，其特征在于，所述硬质涂层的制备包括以下步骤：
A、基体表面处理
硬质合金基体用丙酮和甲醇混合溶液超声清洗30min，除去杂质和油污，氮气吹干，基体入真空室，真空室气压抽至4×10-4Pa以下，通Ar气，以Ar离子束轰击基体，对硬质合金基体进行离子清洗，轰击处理时间20min；
B、过渡层制备
称取0.006mol磷酸二氢氨、0.01mol硝酸钙，加入200ml去离子水充分搅拌溶解，加入6ml浓度为15％wt的过氧化氢溶液，氨水调节pH至4.8，制得电解液，基体作阴极，直流恒电流源供电，电流0.02A，通导时间20s，占空比50％，电解液温度30℃，沉积时间30-100min，沉积完成后经1mol/L的氢氧化钠溶液中浸渍6-8h，500℃真空热处理1h，得到羟基磷酸钙过渡层；
C、中间层制备
(a)平均粒径150nm的二硫化钨中加入5％质量的纳米碳化硅纤维，湿法球磨1h，加入固含量1.2％wt的聚乙烯吡咯烷酮、1.0％wt聚乙二醇，0.6％wt聚二甲基硅氧烷，搅拌，加去离子水调节至浆料含量在10-30％，制备流动性较好、混合均匀的浆料，喷雾干燥造粒，筛出粒径10-45μm的喂粒备用，使用喂粒在B处理的基体上等离子喷涂，功率27kW，电流500A，电压70V，氩气流速40L/min，氢气流速10L/min，送粉率10-15r/min，喷涂距离10-14cm；
(b)经C(a)处理的基体以铜箔覆盖，置于石英管内，通100sccm×10min氩气，气氛转为氩气：氢气＝70：50sccm混合气，管炉升温至1050℃，温度保持30min，混合气带入1％的甲酸甲酯蒸汽，保持温度15-30min，撤去甲酸甲酯蒸汽，自然降温至室温，撤去混合气；
(c)在C(b)处理的基体上磁控溅射一层氮化硼，高纯h-BN为靶材，本底真空度5×10- 4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氮气，溅射功率100-120W，基体负偏压150V，溅射时间30-50min，靶基距8-15cm；
D、外层制备
重复C 1-3次后磁控溅射一层DLC薄膜，高纯石墨为磁控溅射靶材，本底真空度5×10- 4Pa，溅射气压1.6Pa，溅射气氛为氩气，溅射功率120-150W，基体负偏压100V，溅射时间90-100min，靶基距10-15cm。
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2018
- 2018-11-02 CN CN201811301246.7A patent/CN109399294B/zh active Active
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