CN110993856B - 一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置，包括放卷机构、热压机构、分切机构和收卷机构，所述放卷机构设置在第一工位，所述热压机构设置在第二工位，所述分切机构设置在第三工位，所述收卷机构设置在第四工位；所述放卷机构和所述热压机构之间还设置有剪辊；所述热压机构包括第一热压组件和第二热压组件，所述第一热压组件包括第一热辊和第一压辊，所述第二热压组件包括第二热辊和第二压辊，所述第一压辊的压力为0.3‑0.5Mpa，所述第二压辊的压力为0.5‑0.7Mpa，所述第一热辊和所述第二热辊上均设置有温度检测机构，所述第一热辊的温度为75‑85℃，所述第二热辊的温度为85‑95℃。

Description

一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置及其使用方法

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置及其使用方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型储能电源，其有能量高、工作电压高、工作温度范围宽、体积小、寿命长、环保等优点、迅速成为电源市场的新宠，并广泛地应用到电动汽车、储能、移动通信等领域中，而在锂电池的组成部分中，隔膜是关键的内层组件之一。

目前的单层隔膜，有些具有化学性能稳定、机械性能良好等优点，但由于其与电解液润湿性较差，且高温下易收缩，使电池存在安全隐患；另一些隔膜虽然耐热性和电解液润湿性都很好，但是孔径过大，容易导致电池微短路，自放电严重，并且会影响到电池的电化学性能。如果将两种隔膜结合成双层复合隔膜，则能够对电池的电性能和安全性能有很好的提高。现有的制备锂离子双层复合隔膜的装置大多没有设置检测压力和温度的机构，无法实现在复合过程中有效的控制压力和温度，易造成复合后的隔膜由于温度过高而发生形变或者由于温度过低再次没有达到粘结剂的软化点温度。同时，由于隔膜粘结复合过程中对来料的平整度要求较高，传统的装置无法改善隔膜上褶皱的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置及其使用方法，克服了传统装置无法调整来料平整度的问题，同时能够控制复合过程中的温度和压力，避免因温度过高而造成复合后隔膜出现形变或因温度过低而达不到粘结剂的软化温度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置，包括放卷机构、热压机构、分切机构和收卷机构，所述放卷机构设置在第一工位，所述热压机构设置在第二工位，所述分切机构设置在第三工位，所述收卷机构设置在第四工位；

所述放卷机构包括第一放卷轴和第二放卷轴，所述第一放卷轴设置在所述第二放卷轴的上部，所述放卷机构之后设置有导向辊，用于将两种隔膜拉近贴合，所述导向辊和所述热压机构之间还设置有剪辊；所述剪辊由上下两根对称设置的对辊组成，所述剪辊与隔膜前进方向的垂直线形成5～15度的角度，所述剪辊利用隔膜前进方向的力被动旋转，所述剪辊与所述放卷机构之间的隔膜长度小于0.5m，避免因膜线过长造成隔膜易发生褶皱现象；

所述热压机构包括第一热压组件和第二热压组件，所述第一热压组件包括第一热辊和第一压辊，所述第二热压组件包括第二热辊和第二压辊，所述第二压辊的压力大于所述第一压辊的压力，所述第一压辊设置在所述第一热辊上部，所述第一热辊与所述第一压辊配合，所述第二压辊设置在所述第二热辊上部，所述第二热辊与所述第二压辊配合，所述第一压辊和所述第二压辊上均设置有压力检测机构，所述第一热辊和所述第二热辊上均设置有温度检测机构，所述第一压辊和所述第一热辊的转向相反，所述第二压辊和所述第二热辊的转向相反；

所述分切机构包括多个切刀，用于将双层复合隔膜切割成目标幅宽，所述切刀为矩形刀片；

所述收卷机构包括多个收卷轴，多个所述收卷轴设置在同一水平面内或设置在同一竖直面内；

所述第一放卷轴、第二放卷轴、第一压辊、第二压辊、第一热辊、第二热辊和收卷轴的转速均相同。

在上述技术方案中，所述热压机构与所述分切机构之间设置有厚度检测装置，用于检测复合后的隔膜厚度是否均匀。

在上述技术方案中，所述切刀选用钨钢材质制成，能够使分切效果更好。

在上述技术方案中，多个所述切刀的间距根据所需双层复合隔膜的幅宽设置。

在上述技术方案中，所述切刀上具有多个安装孔，方便安装切刀，同时减少了切刀自身重量，节省材料。

在上述技术方案中，所述收卷轴前设置有冷却定型辊，用于降低隔膜的温度，使隔膜在收卷过程中避免因高温造成形变。

在上述技术方案中，在所述第一热压组件和所述第二热压组件之间设置剪辊，使隔膜在热压过程中保持平整性。

一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，包括以下步骤：

1)将单面涂布好PVDF涂层的第一隔膜放置在第一放卷轴上，将单面涂布好PVDF涂层的第二隔膜放置在第二放卷轴上，第一放卷轴上的第一隔膜具有PVDF涂层的一面向下，第二放卷轴上的第二隔膜具有PVDF涂层的一面向上；

2)所述第一隔膜和所述第二隔膜经过剪辊，在剪辊的平整作用下得到无褶皱叠加在一起的第一隔膜和第二隔膜；

3)所述叠加在一起的第一隔膜和第二隔膜同时经过第一压辊和第一热辊，对第一隔膜和第二隔膜上的PVDF涂层进行加热并将两种隔膜粘贴，所述第一压辊的压力为0.3-0.5Mpa，所述第一热辊的温度为75-85℃，然后粘贴后的隔膜进入第二压辊和第二热辊，对粘贴后的隔膜进一步黏贴复合，得到双层复合隔膜，所述第二压辊的压力为0.5-0.7Mpa，所述第二热辊的温度为85-95℃，第一压辊和第二压辊上的压力检测机构分别对压力进行检测，第一热辊和第二热辊上的温度检测机构对温度进行检测；

4)所述双层复合隔膜被切刀分割成目标宽度；

5)分割好的双层复合隔膜被不同的收卷轴进行收卷。

在上述技术方案中，所述PVDF涂层的厚度为1-2μm。

在上述技术方案中，所述PVDF涂层可采用喷涂或辊涂。

本发明的优点和有益效果为：

本发明具备双放卷轴，可实现将两种已经涂有PVDF涂层的隔膜同时上卷，在放卷机构和热压机构之间设置剪辊，能够有效的保证来料的平整性，再经过两组热压机构配合完成复合，然后经过分切工序裁切成小幅宽，并完成小幅宽产品的收卷功能，双工位放卷热压复合分切收卷功能一体。实现了自动化生产，提高了生产效率。

传统的PVDF热压温度较高，利用高温将隔膜熔融粘结，隔膜容易在过高的温度下出现闭孔和透气增大的现象，影响产品的通透性，且隔膜容易发生形变。本发明的PVDF热压温度在75-100℃之间，热压机构上设置有温度检测机构和压力检测机构，能够对隔膜复合过程中的温度和压力进行实时监控，保证复合过程的温度不超过设定值。此范围内的温度可以软化PVDF涂层，使其具有粘结力，且隔膜复合后孔隙率和透气变化小。同时，75-100℃的温度范围没有达到材料的软化点温度，隔膜形变小。若温度过低粘接效果不好，而温度过高隔膜孔隙率会发生变化，隔膜也容易发生形变。

附图说明

图1是本发明实施例四的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明切刀的结构示意图；

图4是本发明剪辊的结构示意图；

图5是本发明剪辊的位置平面示意图；

图6是本发明剪辊的位置立体示意图。

其中：

1：供料罐，2：进液管，3：输送泵，4：隔膜放卷轴，5：烘箱，6：网纹辊，7：料盒，8：过辊，9：测厚仪，10：隔膜收卷轴，11：第一放卷轴，12：第二放卷轴，13：第一隔膜，14：第二隔膜，15：PVDF涂层，16：第一压辊，17：第一热辊，18：第二热辊，19：第二压辊，21：收卷轴，22：切刀，22-1：安装孔，23：剪辊，24：导向辊，23-2：对辊。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

一种制备双层复合隔膜的装置，包括放卷机构、热压机构、分切机构和收卷机构，所述放卷机构设置在第一工位，所述热压机构设置在第二工位，所述分切机构设置在第三工位，所述收卷机构设置在第四工位；

所述放卷机构包括第一放卷轴11和第二放卷轴12，所述第一放卷轴11设置在所述第二放卷轴12的上部，所述放卷机构之后设置有导向辊24，用于将两种隔膜拉近贴合，所述导向辊24和所述热压机构之间还设置有剪辊23，所述剪辊23由上下两根对称设置的对辊23-2组成，所述剪辊23与隔膜前进方向的垂直线形成5～15度的角度，剪辊为两根可以压合的对辊，通过与运行的隔膜前进方向的垂直线形成一定的角度(5-15度)，并将隔膜夹住，隔膜在牵引机构作用下前进，剪辊夹住隔膜并被动旋转，剪辊转动形成横向分力，实现将隔膜横向拉伸，实现将隔膜展平目的。所述剪辊23利用隔膜前进方向的力被动旋转，从而对隔膜产生横向的拉力，使隔膜上的褶皱变为平整。所述剪辊23与所述放卷机构之间的隔膜长度小于0.5m，使隔膜处于张紧状态，避免因膜线过长造成隔膜易发生褶皱现象。例如1m幅宽的隔膜张力需要大于15N，一般设置在15N-30N之间，张力过小，隔膜不平整，张力过大，隔膜易发生形变。隔膜经过剪辊23与热压机构等工序，通过剪辊23和热压机构的配合，可大幅改善隔膜褶皱折印问题，可使隔膜更加平整。传统复合对于来料隔膜平整性要求高，由于剪辊23与热压机构的配合，本复合工艺对隔膜来料的平整度要求不严格，剪辊23会把存在褶皱不平整的隔膜拉伸平整。

所述热压机构包括第一热压组件和第二热压组件，所述第一热压组件包括第一热辊17和第一压辊16，所述第二热压组件包括第二热辊18和第二压辊19，所述第二压辊18的压力大于所述第一压辊16的压力，所述第一压辊16设置在所述第一热辊17上部，所述第一热辊17与所述第一压辊16配合，所述第二压辊19设置在所述第二热辊18上部，所述第二热辊18与所述第二压辊19配合，所述第一压辊16和所述第二压辊19上均设置有压力检测机构，对压辊上输出的压力进行实时监控，所述第一压辊16的压力为0.3-0.5Mpa，所述第二压辊19的压力为0.5-0.7Mpa，第一压辊16和第二压辊17的压力不同，可以将两层隔膜在PVDF受热软化后，使两层隔膜更好的粘结。所述第一热辊17和所述第二热辊18上均设置有温度检测机构，能够对热辊的加热温度进行实时监控，所述第一热辊17的温度为75-85℃，所述第二热辊18的温度为85-95℃，所述第一压辊16和所述第一热辊17的转向相反，所述第二压辊19和所述第二热辊18的转向相反；

所述分切机构包括多个切刀22，用于将双层复合隔膜切割成目标幅宽，所述切刀22为矩形刀片；

所述收卷机构包括多个收卷轴21，多个所述收卷轴21设置在同一水平面内或设置在同一竖直面内；

所述第一放卷轴11、第二放卷轴12、第一压辊16、第二压辊19、第一热辊17、第二热辊18和收卷轴21的转速均相同。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上进一步优化。

作为优选方式，所述热压机构与所述分切机构之间设置有厚度检测装置，用于检测复合后的隔膜厚度是否均匀。

作为优选方式，所述切刀22选用钨钢材质制成，能够使分切效果更好。

作为优选方式，多个所述切刀22的间距根据所需双层复合隔膜的幅宽设置。

作为优选方式，所述切刀22上具有安装孔22-1，方便安装切刀22，同时减少了切刀22自身重量，节省材料。可选用中泰机械刀片有限公司生产的三孔刀片。

作为优选方式，所述收卷轴21前设置有冷却定型辊，用于降低隔膜的温度，使隔膜在收卷过程中避免因高温造成形变。

作为优选方式，在所述第一热压组件和所述第二热压组件之间设置剪辊23，使隔膜在热压过程中保持平整性。

实施例三

一种制备双层复合隔膜的装置的方法，包括以下步骤：

1)在第一隔膜13和第二隔膜14上分别单面涂布1-2μm的PVDF，PVDF涂层15可采用喷涂或辊涂，PVDF浆料为无毒无害的均匀小颗粒，且在微观下呈现岛状结构，岛状结构在膜层之间可以起到很好的缓冲效果，有效改善隔膜形变，给隔膜应力释放提供形变空间，使隔膜更加平整。将涂布好的第一隔膜13放置在第一放卷轴11上，将涂布好的第二隔膜14放置在第二放卷轴12上，第一放卷轴11上的第一隔膜13具有PVDF涂层15的一面向下，第二放卷轴12上的第二隔膜14具有PVDF涂层15的一面向上；

2)在隔膜经过剪辊23前对隔膜进行预软化，所述第一隔膜13和所述第二隔膜14经过剪辊23，在剪辊23的平整作用下得到无褶皱叠加在一起的第一隔膜13和第二隔膜14；放卷机构、过辊和剪辊之间的隔膜长度小于0.5m，使隔膜处于张紧状态，避免因膜线过长造成隔膜易发生褶皱现象；

3)所述叠加在一起的第一隔膜13和第二隔膜14同时经过第一压辊16和第一热辊17，对第一隔膜13和第二隔膜14上的PVDF涂层15进行加热并将两种隔膜粘贴，所述第一压辊16的压力为0.3-0.5Mpa，所述第一热辊17的温度为75-85℃，然后两种隔膜进入第二压辊19和第二热辊18，对粘贴后的隔膜进一步黏贴复合，得到双层复合隔膜，所述第二压辊19的压力为0.5-0.7Mpa，所述第二热辊18的温度为85-95℃，第一压辊16和第二压辊19上的压力检测机构分别对压力进行检测，第一热辊17和第二热辊18上的温度检测机构对温度进行检测；隔膜复合后，孔隙率和透气变化小，在第一热辊16和第二热辊17的温度范围没有达到材料的软化点温度，隔膜形变小；

4)所述双层复合隔膜被切刀22分割成目标宽度；

5)分割好的双层复合隔膜被不同的收卷轴21进行收卷。

实施例四

PVDF的涂布可以在涂布机或隔膜线热处理工序前进行。

PVDF的涂布工艺参见附图1，供料罐1通过进液管2与料盒7连接，进液管2上设置有输送泵3，料盒7与网纹辊6接触。供料罐1内的PVDF浆液在输送泵3的作用下经过进液管2输送至料盒7，网纹辊6通过转动粘黏上料盒7内的PVDF浆液。隔膜由隔膜放卷轴4输出，经过过辊8后的输送至网纹辊6，网纹辊6上的PVDF浆液涂布在隔膜上，隔膜进一步传送至烘箱5内，经过烘箱5烘干为PVDF涂层15，成型后的PVDF涂层15由测厚仪9检测厚度是否均匀复合要求，然后经过隔膜收卷轴10进行收卷。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：

所述制备锂离子电池双层复合隔膜的装置包括放卷机构、热压机构、分切机构和收卷机构，所述放卷机构设置在第一工位，所述热压机构设置在第二工位，所述分切机构设置在第三工位，所述收卷机构设置在第四工位；

所述放卷机构包括第一放卷轴（11）和第二放卷轴（12），所述第一放卷轴（11）设置在所述第二放卷轴（12）的上部，所述放卷机构之后设置有导向辊（24），用于将两种隔膜拉近贴合，所述导向辊和所述热压机构之间还设置有一对剪辊（23）；该对剪辊（23）由上下两根对称设置的对辊（23-2）组成，所述剪辊（23）与隔膜前进方向的垂直线形成5~15度的角度，所述剪辊（23）利用隔膜前进方向的力被动旋转，所述剪辊（23）与所述放卷机构之间的隔膜长度小于0.5m；

所述热压机构包括第一热压组件和第二热压组件，所述第一热压组件包括第一热辊（17）和第一压辊（16），所述第二热压组件包括第二热辊（18）和第二压辊（19），所述第二压辊（19）的压力大于所述第一压辊（16）的压力，所述第一压辊（16）设置在所述第一热辊（17）上部，所述第一热辊（17）与所述第一压辊（16）配合，所述第二压辊（19）设置在所述第二热辊（18）上部，所述第二热辊（18）与所述第二压辊（19）配合，所述第一压辊（16）和所述第二压辊（19）上均设置有压力检测机构，所述第一热辊（17）和所述第二热辊（18）上均设置有温度检测机构，所述第一压辊（16）和所述第一热辊（17）的转向相反，所述第二压辊（19）和所述第二热辊（18）的转向相反；

所述分切机构包括多个切刀（22），用于将双层复合隔膜切割成目标幅宽，所述切刀（22）为矩形刀片；

所述收卷机构包括多个收卷轴（21），多个所述收卷轴（21）设置在同一水平面内或设置在同一竖直面内；

所述第一放卷轴（11）、第二放卷轴（12）、第一压辊（16）、第二压辊（19）、第一热辊（17）、第二热辊（18）和收卷轴（21）的转速均相同；

所述使用方法包括以下步骤，

1）将单面涂布好PVDF涂层（15）的第一隔膜（13）放置在第一放卷轴（11）上，将单面涂布好PVDF涂层（15）的第二隔膜（14）放置在第二放卷轴（12）上，第一放卷轴（11）上的第一隔膜（13）具有PVDF涂层（15）的一面向下，第二放卷轴（12）上的第二隔膜（14）具有PVDF涂层（15）的一面向上；

2）所述第一隔膜（13）和所述第二隔膜（14）经过剪辊（23），在剪辊（23）的平整作用下得到无褶皱叠加在一起的第一隔膜（13）和第二隔膜（14）；

3）所述叠加在一起的第一隔膜（13）和第二隔膜（14）同时经过第一压辊（16）和第一热辊（17），对第一隔膜（13）和第二隔膜（14）上的PVDF涂层（15）进行加热并将两种隔膜粘贴，所述第一压辊（16）的压力为0.3-0.5Mpa，所述第一热辊（17）的温度为75-85℃，然后粘贴后的隔膜进入第二压辊（19）和第二热辊（18），对粘贴后的隔膜进一步黏贴复合，得到双层复合隔膜，所述第二压辊（19）的压力为0.5-0.7Mpa，所述第二热辊（18）的温度为85-95℃，第一压辊（16）和第二压辊（19）上的压力检测机构分别对压力进行检测，第一热辊（17）和第二热辊（18）上的温度检测机构对温度进行检测；

4）所述双层复合隔膜被切刀（22）分割成目标宽度；

5）分割好的双层复合隔膜被不同的收卷轴（21）进行收卷。

2.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：所述热压机构与所述分切机构之间设置有厚度检测装置。

3.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：所述切刀（22）选用钨钢材质制成。

4.根据权利要求1或3所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：多个所述切刀（22）的间距根据所需双层复合隔膜的幅宽设置。

5.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：所述切刀（22）上具有多个安装孔（22-1）。

6.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：所述收卷机构与所述分切机构之间设置有冷却定型辊。

7.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：在所述第一热压组件和所述第二热压组件之间设置剪辊。

8.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：所述PVDF涂层（15）的厚度为1-2μm。

9.根据权利要求1所述的一种制备锂离子电池双层复合隔膜的装置的使用方法，其特征在于：所述PVDF涂层（15）采用喷涂或辊涂方式制成。

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