CN111606096A - 锂电池隔膜的收卷工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池隔膜的收卷工艺，包括以下步骤：S1、将隔膜在气涨轴上进行第一次收卷；S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜进行熟化处理，熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为4mm～8mm，并放置在温度为35℃～45℃，放置时间为10h～48h进行熟化；S3、将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，进行第二次收卷。本发明的锂电池隔膜的收卷工艺，首选将隔膜收卷在气涨轴上，进行熟化处理以释放隔膜的内应力，再将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，进行第二次收卷，基于隔膜的内应力的释放，第二次收卷后隔膜不会产生暴筋、褶皱等不良现象。

Description

锂电池隔膜的收卷工艺

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜的制备方法，特别地，涉及一种锂电池隔膜的收卷工艺。

背景技术

锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜作为锂离子电池内部重要的组件之一，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。目前市场上常用的锂离子电池隔膜制备原料主要是聚烯烃(聚乙烯或聚丙烯)材质，而锂离子电池特别是动力离子电池在大功率输出或短路时瞬间就会放出大量的热，为了进一步保证锂离子电池的安全性，一般都是在聚烯烃隔膜表面涂覆一层在高温下可发生体积变形的纳米无机陶瓷材料，这种在锂离子电池隔膜表面涂覆陶瓷层的处理工艺简称隔膜涂布，常见的涂覆工艺中涂布效果的好坏与隔膜的品质有密切的关系，隔膜在生产制造过程中因隔膜拉伸不均匀，张力控制失效等因素容易导致成品隔膜出货后，出现严重波浪边等不良现象，从而影响隔膜分切，以及最终成品的弧度、尺寸不符合规格，使得隔膜无法使用，造成企业生产成本的上升。

发明内容

本发明提供了一种锂电池隔膜的收卷工艺，以解决现有隔膜的收卷过程中因拉伸不均匀、张力控制失效、内应力释放后导致隔膜收卷产生波浪边的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种锂电池隔膜的收卷工艺，包括以下步骤：

S1、将隔膜在气涨轴上进行第一次收卷；

S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜进行熟化处理，熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为4mm～8mm，并放置在温度为35℃～45℃，放置时间为10h～48h进行熟化；

S3、将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，分切处理，进行第二次收卷。

进一步地，步骤S1中气涨轴表面覆盖缓冲层后再进行第一次收卷。

进一步地，气涨轴的外径为170mm～180mm；和/或，缓冲层的硬度为40HA～50HA。

进一步地，气涨轴第一次收卷的张力为2N～5N，第一次收卷的速度为60m/min～100m/min；缓冲层包括缓冲棉、缓冲橡胶、缓冲绒布或缓冲硅胶中的一种或几种。

进一步地，隔膜在气涨轴上进行第一次收卷之前还包括对隔膜进行分切处理，获得隔膜的幅宽为300mm～1500mm。

进一步地，隔膜在气涨轴上进行第一次收卷之前还包括对气涨轴进行充气，使得气涨轴的外径增大4mm～8mm。

进一步地，步骤S2中的气涨轴的外径减小为5mm～7mm，放置在温度为38℃～40℃，放置时间为10h～14h。

进一步地，步骤S2中的分切处理，获得隔膜的幅宽为300mm～1200mm。

进一步地，气涨轴包括，若干铝键条围合成的气涨轴的主体框架，若干铝键条围合成的主体框架为圆柱体框架，铝键条两端设有用于封盖主体框架两端的铝合金套，主体框架的内部设有用于充气或抽气的气囊，铝键条外部设有用于包围主体框架的轴套，气囊与轴套之间设有用于支撑在轴套内表面以实现轴套运动的涨块，轴套随气囊的充气实现气涨轴外径的增大，或者轴套随气囊的抽气实现气涨轴外径的减小，铝合金套设有用于对气囊充气或抽气的进气口，进气口和气囊通过进气管路连接。

进一步地，轴套采用多组轴套单元组合而成，多组轴套单元沿周向间隔布设并处于同一周向上；轴套单元与涨块一一对应布设成组结构。

本发明具有以下有益效果：

本发明的锂电池隔膜的收卷工艺，首选将隔膜收卷在气涨轴上，进行熟化处理以释放隔膜的内应力，再将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，进行第二次收卷，基于隔膜的内应力的释放，第二次收卷后隔膜不会产生暴筋、褶皱等不良现象。而且，在隔膜的制备工艺中，隔膜通过沿着纵向方向拉伸，横向方向基本保持不变，使得纵向和横向的内应力不对等，在隔膜内应力的释放过中，纵向方向释放的内应力相比横向方向较大，因而在纵向方向上产生较大的形变。因此，上述隔膜是收卷在气涨轴上进行的熟化处理，在熟化处理过程中气涨轴外径缩小，以形成一定的内应力释放的空间，但隔膜是以缠绕的方式释放内应力，从而对隔膜的纵向方向释放的内应力起到延缓释放的作用，以防止纵向方向释放的内应力过快产生大小不一的褶皱，使得隔膜在温度为35℃～45℃，放置时间为10h～48h的条件下缓慢释放内应力，最终获得的无暴筋、褶皱等不良现象，有效的提高产品的合格率，降低不良品。上述锂电池隔膜的收卷工艺，在沿用传统制备电池隔膜的工艺路线的基础上进行收卷工艺的优化，也无需对现有设备或生产线进行调整，避免了设备改动导致的成本上升等一系列问题，其工艺流程简单，操作方便，可实现大规模生产制造。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的锂电池隔膜的收卷工艺示意图；以及

图2是本发明优选实施例的气涨轴示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例的锂电池隔膜的收卷工艺示意图；图2是本发明优选实施例的气涨轴示意图。

如图1和图2所示，本实施例的锂电池隔膜的收卷工艺，包括以下步骤：

S1、将隔膜在气涨轴上进行第一次收卷；

S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜进行熟化处理，熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为4mm～8mm，并放置在温度为35℃～45℃，放置时间为10h～48h进行熟化；

S3、将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，分切处理，进行第二次收卷。

本发明的锂电池隔膜的收卷工艺，首选将隔膜收卷在气涨轴上，进行熟化处理以释放隔膜的内应力，再将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，进行第二次收卷，基于隔膜的内应力的释放，第二次收卷后隔膜不会产生暴筋、褶皱等不良现象。而且，在隔膜的制备工艺中，隔膜通过沿着纵向方向拉伸，横向方向基本保持不变，使得纵向和横向的内应力不对等，在隔膜内应力的释放过中，纵向方向释放的内应力相比横向方向较大，因而在纵向方向上产生较大的形变。因此，上述隔膜是收卷在气涨轴上进行的熟化处理，在熟化处理过程中气涨轴外径缩小，以形成一定的内应力释放的空间，但隔膜是以缠绕的方式释放内应力，从而对隔膜的纵向方向释放的内应力起到延缓释放的作用，以防止纵向方向释放的内应力过快产生大小不一的褶皱，使得隔膜在温度为35℃～45℃，放置时间为10h～48h的条件下缓慢释放内应力，最终获得的无暴筋、褶皱等不良现象，有效的提高产品的合格率，降低不良品。上述锂电池隔膜的收卷工艺，在沿用传统制备电池隔膜的工艺路线的基础上进行收卷工艺的优化，也无需对现有设备或生产线进行调整，避免了设备改动导致的成本上升等一系列问题，其工艺流程简单，操作方便，可实现大规模生产制造。

本实施例中，步骤S1中气涨轴表面覆盖缓冲层后再进行第一次收卷。上述气涨轴表面覆盖缓冲层，缓冲棉是包覆气涨轴表面，一方面，防止隔膜在气涨轴上收卷，气涨轴底部因表面不平整引起隔膜褶皱；另一方面，缓冲层受到外作用力会产生一定的空间，在隔膜释放应力的过程中，与缓冲层接触的隔膜会产生一定的缓冲余地，避免隔膜产生暴筋、褶皱等不良现象。优选地，缓冲层包括缓冲棉、缓冲橡胶或缓冲绒布中的一种或几种。上述缓冲棉是EVA橡胶塑制品是新型环保材料，具有良好的缓冲效果。

本实施例中，气涨轴的外径为170mm～180mm。和/或，缓冲层的硬度为40HA～50HA。上述气涨轴通过充气和抽气实现气涨轴的外径的变化，使得气涨轴的外径为170mm～180mm的基础上减小4mm～8mm，通过气涨轴外径尺寸的变化形成隔膜内应力释放的空间，并有效的延缓隔膜的纵向方向释放的内应力程度。上述缓冲层的硬度为40HA～50HA，以满足缓冲层具有良好的缓冲效果，例如硅胶也属于柔性材料，但是其硬度比较硬，隔膜在气涨轴收卷后，无法形成一定的缓冲余地，使得与硅胶表面接触的一侧隔膜容易产生暴筋、褶皱等不良现象。

本实施例中，气涨轴第一次收卷的张力为2N～5N，第一次收卷的速度为60m/min～100m/min。上述气涨轴第一次收卷的张力为2N～5N，收卷的张力的大小直接影响产隔膜的质量，张力过大，收卷过紧，薄膜容易产生皱纹，张力不足，带入膜层的空气重量过多，隔膜容易在芯卷上产生轴向滑移以及严重的错位，以造成不易卸卷，而且，在收卷的速度为60m/min～100m/min不变的情况下，随着隔膜的收卷的直径增加，外侧隔膜存在将内层隔膜压皱的现象，因此，需要将收卷的张力随隔膜直径增加而减小，保证隔膜收卷的稳定性。

本实施例中，隔膜在气涨轴上进行第一次收卷之前还包括对隔膜进行分切处理，获得隔膜的幅宽为300mm～1500mm。以便于放入熟化间进行熟化处理，并且，隔膜的幅宽为300mm～1500mm，隔膜的幅宽过窄，需要进行多次分切，隔膜的幅宽过宽不利于热空气对隔膜的处理，造成局部受热不均，隔膜的内应力释放不完全。

本实施例中，隔膜在气涨轴上进行第一次收卷之前还包括对气涨轴进行充气，使得气涨轴的外径增大4mm～8mm。上述气涨轴的外直径为165mm～175mm，以通过对气涨轴进行充气，使得气涨轴的外径增大4mm～8mm，从而使得隔膜收卷的气涨轴的外径为170mm～180mm，再在熟化处理时，对气涨轴抽气，其外径减小4mm～8mm，通过气涨轴外径尺寸的变化形成隔膜内应力释放的空间。优选地，步骤S2中的气涨轴的外径减小为5mm～7mm，放置在温度为38℃～40℃，放置时间为10h～14h。对已经充气的气涨轴的进行抽气处理，使得气涨轴的外径减小为5mm～7mm，从而形成隔膜内应力释放的空间，并在熟化间进行熟化处理，熟化间的温度为为38℃～40℃，放置时间为10h～14h，由于隔膜是以缠绕的方式释放内应力，会延缓隔膜的纵向方向释放的内应力的缓释，因此，熟化的时间为10h～14h，使得隔膜的纵向内应力缓慢释放，保证隔膜的平整性，随着时间的延长，时效越久，缠绕在内部隔膜会被外部的隔膜挤压，容易产生滚边和爆筋。熟化的温度不能太高，当温度超过45℃之后，会对隔膜的性能造成影响。

本实施例中，步骤S2中的分切处理，获得隔膜的幅宽为300mm～1200mm。上述在进行熟化处理后的隔膜进一步分切处理，以获得最终所需要成品的幅宽，并且，分切处理后的隔膜无暴筋、褶皱等不良现象，产品的合格率较高。

如图2所示，本实施例中，气涨轴包括，若干铝键条围合成的气涨轴的主体框架，若干铝键条围合成的主体框架为圆柱体框架，铝键条两端设有用于封盖主体框架两端的铝合金套，主体框架的内部设有用于充气或抽气的气囊，铝键条外部设有用于包围主体框架的轴套，气囊与轴套之间设有用于支撑在轴套内表面以实现轴套运动的涨块，轴套随气囊的充气实现气涨轴外径的增大，或者轴套随气囊的抽气实现气涨轴外径的减小，铝合金套设有用于对气囊充气或抽气的进气口，进气口和气囊通过进气管路连接。上述气涨轴通过抽气和充气，实现气涨轴外直径的变化，以形成一定的隔膜内应力释放的空间，并对隔膜的纵向方向释放的内应力起到延缓释放的作用。供气装置上的喷嘴通过进气口向和进气管路向气囊充气，气囊的体积增加气囊膨胀抵顶涨块向外侧移动，涨块支撑的轴套也随之气囊膨胀径向向外移动，从而实现气涨轴外径的增大。同理，当对气涨轴进行抽气时，已经膨胀的气囊发生收缩，涨块随气囊的收缩向内侧移动，涨块支撑的轴套同样沿径向向内移动，从而使得气涨轴外径的减小，因此，通过气涨轴的外径的增加和减小，形成一定的隔膜内应力释放的空间。另外，铝键条可以阻挡在隔膜收卷过程中金属异物的卷入。并且，由于气涨轴是通过轴套的实现外径的变化，使得气涨轴四周形成相同的内应力释放的空间，保证隔膜内应力释放的均一性。优选地，轴套采用多组轴套单元组合而成，多组轴套单元沿周向间隔布设并处于同一周向上。轴套单元与涨块一一对应布设成组结构。

实施例

实施例1

S1、将外径为178mm的气涨轴外表面覆盖一层硬度为45HA的缓冲棉，将幅宽为1200mm隔膜包覆缓冲棉的气涨轴上进行第一次收卷，第一次收卷的张力为4N，第一次收卷的速度为80m/min；

S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜放入熟化间进行熟化处理，熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为8mm，并放置在温度为43℃，放置时间为13h进行熟化；

S3、将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，隔膜的幅宽1100mm进行第二次收卷。

实施例2

S1、将外径为176mm的气涨轴外表面覆盖一层硬度为43HA的缓冲棉，将幅宽为1100mm隔膜包覆缓冲棉的气涨轴上进行第一次收卷，第一次收卷的张力为4N，第一次收卷的速度为70m/min；

S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜放入熟化间进行熟化处理，熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为6mm，并放置在温度为43℃，放置时间为12h进行熟化；

S3、将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，隔膜的幅宽1000mm进行第二次收卷。

实施例3

S1、将外径为176mm的气涨轴外表面覆盖一层硬度为43HA的缓冲棉，将幅宽为1100mm隔膜包覆缓冲棉的气涨轴上进行第一次收卷，第一次收卷的张力为5N，第一次收卷的速度为90m/min；

S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜放入熟化间进行熟化处理，熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为6mm，并放置在温度为41℃，时间为24h进行熟化；

S3、将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，隔膜的幅宽1000mm进行第二次收卷。

对比例1

将1000mm隔膜进行收卷。

对比例2

S1、将外径为178mm的气涨轴外表面覆盖一层硬度为45HA的缓冲棉，将幅宽为1200mm隔膜包覆缓冲棉的气涨轴上进行第一次收卷，第一次收卷的张力为4N，第一次收卷的速度为80m/min；

S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜放入熟化间进行熟化处理，熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为8mm，并放置在温度为43℃，放置时间为72h进行熟化；

S3、将熟化处理后的隔膜脱离气涨轴后，进行分切处理，隔膜的幅宽1100mm进行第二次收卷。

将上述实施例1～3和对比例1和2收卷后的隔膜进行性能测试，采用波浪边测试仪测量隔膜的左波滚边、中波滚边、右波滚边，其中中波滚边为中间隔膜高低差，即中间最低点与隔膜整体最高点的上下距离值，左波滚边为左边隔膜高低差，即左边最低点与隔膜整体最高点的上下距离值，右波滚边为右边隔膜高低差，即右边最低点与隔膜整体最高点的上下距离值。

表1隔膜的性能测试结果

实施例1～3与对比例1和2的测试结果如表1所示，实施例1～3的隔膜的左波滚边、中波滚边、右波滚边的均低于对比例1和对比例2，且无暴筋现象，而且在实施例1～3中，实施例1与实施例2的滚边情况明显优于实施例3，说明熟化的最佳时间为10h～14h，可显著降低暴筋、褶皱等不良现象。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将隔膜在气涨轴上进行第一次收卷；

S2、将步骤S1中的具有气涨轴的隔膜进行熟化处理，所述熟化处理采用对气涨轴抽气，使得气涨轴的外径减小为4mm～8mm，并放置在温度为35℃～45℃，放置时间为10h～48h进行熟化；

S3、将熟化处理后的隔膜脱离所述气涨轴后，分切处理，进行第二次收卷。

2.根据权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述步骤S1中气涨轴表面覆盖缓冲层后再进行第一次收卷。

3.根据权利要求2所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述气涨轴的外径为170mm～180mm；和/或

所述缓冲层的硬度为40HA～50HA。

4.根据权利要求2所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述气涨轴第一次收卷的张力为2N～5N，第一次收卷的速度为60m/min～100m/min；

所述缓冲层包括缓冲棉、缓冲橡胶或缓冲绒布中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述隔膜在气涨轴上进行第一次收卷之前还包括对所述隔膜进行分切处理，获得隔膜的幅宽为300mm～1500mm。

6.根据权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述隔膜在气涨轴上进行第一次收卷之前还包括对气涨轴进行充气，使得气涨轴的外径增大4mm～8mm。

7.根据权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述步骤S2中的气涨轴的外径减小为5mm～7mm，放置在温度为38℃～40℃，放置时间为10h～14h。

8.根据权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述步骤S2中的分切处理，获得隔膜的幅宽为300mm～1200mm。

9.根据权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述气涨轴包括，

若干铝键条围合成的所述气涨轴的主体框架，所述若干铝键条围合成的主体框架为圆柱体框架，所述铝键条两端设有用于封盖所述主体框架两端的铝合金套，所述主体框架的内部设有用于充气或抽气的气囊，所述铝键条外部设有用于包围所述主体框架的轴套，所述气囊与所述轴套之间设有用于支撑在所述轴套内表面以实现所述轴套运动的涨块，所述轴套随所述气囊的充气实现所述气涨轴外径的增大，或者所述轴套随所述气囊的抽气实现所述气涨轴外径的减小，所述铝合金套设有用于对所述气囊充气或抽气的进气口，所述进气口和所述气囊通过进气管路连接。

10.根据权利要求9所述的锂电池隔膜的收卷工艺，其特征在于，

所述轴套采用多组轴套单元组合而成，多组所述轴套单元沿周向间隔布设并处于同一周向上；

所述轴套单元与所述涨块一一对应布设成组结构。

Images