CN112259907B - 一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法 - Google Patents

一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型的收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，包括以下步骤：S1、设置参数；S2、放卷；S3、展平；S4、分切；S5、测速；S6、收卷；S7、测收卷直径；S8、测硬度；通过调整初始收卷张力和张力锥度斜率来控制收卷硬度，收卷硬度和初始收卷张力、张力锥度斜率间的关系为C＝T*(F*a‑b/K)。本发明公开一种新型的收卷硬度可控的大分切工艺设计方法可以有效提高隔膜分切良品率，并避免隔膜长时间放置后产生形变，出现波浪边的不良情况。

Description

一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法
技术领域
本发明属于隔膜加工领域，具体属于一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法。
背景技术
锂离子电池是现在高性能电池的代表，由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四个主要部分组成，其中，隔膜是一种具有微孔结构的薄膜，在锂电池中起到如下两个主要作用：1、隔开锂电池的正负极，防止正负极接触形成短路；2、隔膜中的微孔能够让锂离子通过，形成充放电回路。
大分切机是用来将主线生产的隔膜进行分切、收卷的设备，大分切的工艺设计直接影响着隔膜的最终收卷效果。不适宜的工艺设计会导致隔膜收卷出现波浪边和隔膜后期严重的形变不良，而隔膜的该不良会导致电池厂家在电池卷绕时的设备故障和产品收卷不良。大分切机的结构差异不是很大，而其分切能力直接影响了隔膜的最终良品率。
公开号为CN111430641A的中国专利公开了一种锂电池隔膜的生产方法，包括以下制备步骤：(1)流延：以聚丙烯粒子为原料，送入流延机进行流延处理，得到pp薄膜；(2)热处理；(3)复合：取经过热处理得到的薄膜至少3层进行复合，得到复合体pp薄膜；(4)拉伸：将复合体pp薄膜送入拉伸处理装置进行拉伸成孔处理，得到隔膜，隔膜的厚度为10～60μm，孔隙率为35～45％，穿刺强度为200～1000，拉伸强度为1000～1800，热收缩<1.5％；(5)消除应力；(6)在隔膜表面涂布含羟基粘性聚合物乳液；(7)烘干；(8)分层分切。
这种锂电池隔膜的生产方法，收卷硬度大，而较高的收卷硬度会造成隔膜的严重形变，影响着隔膜生产的良品率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，该方法可明显降低膜卷硬度，使隔膜的内应力得到充分的释放，解决了隔膜后期产生形变的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，包括以下步骤：
S1、设置参数：设置初始收卷张力、张力锥度斜率和收卷车速；
S2、放卷：将待分切的隔膜安装到放卷设备上，启动放卷设备将隔膜放卷；
S3、展平：被放卷的隔膜通过展平设备，被展平；
S4、分切：被展平的隔膜通过分切设备，被分切；
S5、测速：分切后的隔膜经过计速设备，采集收卷车速；
S6、收卷：测速后的隔膜通过收卷设备，被卷起；
S7、测收卷直径：实时测量隔膜被收卷起来的直径，根据直径调整收卷张力；
S8、测硬度：收卷全部完成后，测量被分切、收卷起来的隔膜的硬度，即收卷硬度；
若收卷硬度在C1～C2之间，则加工的隔膜合格，若收卷硬度小于C1或者大于C2，则通过调整初始收卷张力和张力锥度斜率来调整收卷硬度，收卷硬度和初始收卷张力、张力锥度斜率间的关系为：C＝T*(F*a-b/K)；C为收卷硬度，F为初始收卷张力，K为张力锥度斜率，a为收卷硬度和初始收卷张力间的正比例相关系数，取值范围为2-4，b为收卷硬度和初始收卷张力间的反比例相关系数，取值范围在4-8，T为收卷硬度的基础计算硬度，取值范围在100°±5°(邵氏硬度)；当收卷硬度较大时，将F值调小，K值调大，优先调节K值；当收卷硬度过小时，将F值调大，K值调小，优先调节K值。
进一步地，步骤S1中初始收卷张力为3N/m-10N/m，优选5N/m-7N/m；初始收卷张力小于3N/m时，会使收卷不整齐，产生褶皱，初始收卷张力大于10N/m时，会使隔膜发生拉伸形变。
进一步地，步骤S1中张力锥度斜率为0.196-0.707，优选0.371-0.625；张力锥度斜率小于0.196时，收卷张力衰减比例小于10％，易造成隔膜被收卷后内松外紧，内层隔膜易产生褶皱；张力锥度斜率大于0.707时，收卷张力衰减比例大于50％，会造成隔膜层间的空气残余量过多，收卷的硬度过小，且隔膜层间容易出现较严重的滑移。
进一步地，步骤S5中计速设备包括计速辊和过辊，所述计速辊为镀硬铬的主动钢辊，所述计速辊和所述过辊间的速比＞100.05％；防止隔膜与计速辊之间打滑，计速更准确。
进一步地，步骤S6中所述收卷设备包括收卷压辊、收卷卷芯，所述收卷压辊和所述收卷卷芯之间的距离为2mm-5mm；2mm的间隙可以保证压辊和收卷间存在间隙，避免收卷膜卷与压辊接触；而5mm的收卷间隙，使得压辊和收卷膜卷间的隔膜与卷芯间距离较短，隔膜与两者间近似同时垂直，保证隔膜与辊之间有足够的接触面积。
进一步地，所述收卷压辊为外包聚氨酯材料的铝芯辊，直径为100mm-120mm；保证收卷前隔膜的贴附面积且降低了辊筒重量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过调整初始收卷张力和张力锥度斜率来控制收卷硬度，可以明显改善隔膜的收卷硬度，使收卷硬度降低或者升高，可以使隔膜内的应力得到充分的释放，解决了隔膜后期产生严重形变或形成波浪边的问题，并且可以提高隔膜加工的良品率。
附图说明
图1为本发明实施例一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法流程图；
图2为本发明实施例中张力锥度斜率示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，包括以下步骤：
S1、设置参数：设置初始收卷张力、张力锥度斜率和收卷车速；
S2、放卷：将待分切的隔膜安装到放卷设备上，启动放卷设备将隔膜放卷；放卷设备转动，带动被卷起来的隔膜转动，隔膜被放卷；
S3、展平：被放卷的隔膜通过展平设备，被展平；因长时间的收卷，被放卷的隔膜内还存在应力使放卷后的隔膜会再次自动卷起，通过展平设备，消除隔膜内的应力，使隔膜变得平整，方便切割；展平设备采用具有一定弧形的展平辊，展平辊的包角为15°；
S4、分切：被展平的隔膜通过分切设备，被分切；采用上切刀和下刀槽辊相配合的方式进行隔膜分切，下刀槽辊的直径为250mm，下刀槽辊的包角为120°；
S5、测速：分切后的隔膜经过计速设备，获得收卷车速；计速设备为计速辊，计速辊为镀硬铬的主动钢辊，计速辊和过辊间的速比为100.06％，收卷车速为85m/min；
S6、收卷：分切后的隔膜通过收卷设备，被重新卷起；收卷压辊与收卷卷芯之间的距离为5mm；收卷压辊，采用外包聚氨酯材料的铝芯辊，直径为110mm，保证收卷前隔膜的贴附面积且降低了辊筒重量。
S7、测收卷直径：实时测量隔膜被收卷起来的直径，根据直径调整收卷张力；
S8、测硬度：收卷全部完成后，测量被分切、收卷起来的隔膜的硬度，即收卷硬度；
若收卷硬度在C1～C2之间，则加工的隔膜合格，若收卷硬度小于C1或者大于C2，则通过调整初始收卷张力和张力锥度斜率(如图2所示)来调整收卷硬度，收卷硬度和初始收卷张力、张力锥度斜率间的关系为：C＝T*(F*a-b/K)；C为收卷硬度，F为初始收卷张力，K为张力锥度斜率，a为收卷硬度和初始收卷张力间的正比例相关系数，b为收卷硬度和初始收卷张力间的反比例相关系数，T为收卷硬度的基础计算硬度；当收卷硬度较大时，将F值调小，K值调大；当收卷硬度过小时，将F值调大，K值调小；当K值偏小时，随着被收卷的隔膜越来越厚，而收卷张力减小的有限，得到的隔膜的硬度也会越来越大，当K值偏大时，随着被收卷的隔膜越来越厚，收卷张力减小的太快了，得到的隔膜的硬度也会越来越小，当调节F值后，需要将K值调节至一个合适的值，使收卷后的隔膜硬度一直保持稳定。
进一步地，步骤S1中初始收卷张力为3N/m-10N/m，优选5N/m-7N/m；初始收卷张力小于3N/m时，会使收卷不整齐，产生褶皱，初始收卷张力大于10N/m时，会使隔膜发生拉伸形变。
进一步地，步骤S1中张力锥度斜率为0.196-0.707，优选0.371-0.625；张力锥度斜率小于0.196时，收卷张力衰减比例小于10％，易造成隔膜被收卷后内松外紧，内层隔膜易产生褶皱；张力锥度斜率大于0.707时，收卷张力衰减比例大于50％，会造成隔膜层间的空气残余量过多，收卷的硬度过小，且隔膜层间容易出现较严重的滑移。
本实施例中，设置参数初始收卷张力为3N/m，张力锥度斜率为0.707时，分切、收卷后测得隔膜平均收卷硬度为84.5°,硬度偏小，需要调小张力锥度斜率，调大初始收卷张力；
调节参数后，初始收卷张力为10N/m，张力锥度斜率为0.196时，分切、收卷后测得隔膜平均收卷硬度为89.8°，硬度偏大，需要调大张力锥度斜率，调小初始收卷张力；
再次调节参数后，初始收卷张力为6N/m，张力锥度斜率为0.514时，分切、收卷后测得隔膜平均硬度为87°。此时隔膜硬度适中，收卷整齐，也避免了因硬度过大造成的形变，有效提高了产品良率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设置参数：设置初始收卷张力、张力锥度斜率和收卷车速；
S2、放卷：将待分切的隔膜安装到放卷设备上，启动放卷设备将隔膜放卷；
S3、展平：被放卷的隔膜通过展平设备，被展平；
S4、分切：被展平的隔膜通过分切设备，被分切；
S5、测速：分切后的隔膜经过计速设备，采集收卷车速；
S6、收卷：测速后的隔膜通过收卷设备，被卷起；
S7、测收卷直径：实时测量隔膜被收卷起来的直径，根据直径调整收卷张力；
S8、测硬度：收卷全部完成后，测量被分切、收卷起来的隔膜的硬度，即收卷硬度；
若收卷硬度在C1～C2之间，则加工的隔膜合格，若收卷硬度小于C1或者大于C2，则通过调整初始收卷张力和张力锥度斜率来调整收卷硬度，收卷硬度和初始收卷张力、张力锥度斜率间的关系为：C＝T*(F*a-b/K)，C为收卷硬度，F为初始收卷张力，K为张力锥度斜率，a为收卷硬度和初始收卷张力间的正比例相关系数，取值范围为2-4，b为收卷硬度和初始收卷张力间的反比例相关系数，取值范围为4-8，T为收卷硬度的基础计算硬度，取值范围为100°±5°，当收卷硬度大于C2时，将F值调小，K值调大；当收卷硬度小于C1时，将F值调大，K值调小。
2.如权利要求1所述的一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，其特征在于，步骤S1中初始收卷张力为3N/m-10N/m。
3.如权利要求1所述的一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，其特征在于，步骤S1中张力锥度斜率为0.196-0.707。
4.如权利要求1所述的一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，其特征在于，步骤S5中计速设备包括计速辊和过辊，所述计速辊为主动辊，所述计速辊和所述过辊间的速比＞100.05％。
5.如权利要求1所述的一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，其特征在于，步骤S6中所述收卷设备包括收卷压辊、收卷卷芯，所述收卷压辊和所述收卷卷芯之间的距离为2mm-5mm。
6.如权利要求5所述的一种收卷硬度可控的大分切工艺设计方法，其特征在于，所述收卷压辊为外包聚氨酯材料的铝芯辊，直径为100mm-120mm。
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