CN112297380A - 锂电池隔膜、电化学装置、用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法 - Google Patents

锂电池隔膜、电化学装置、用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，具体公开了一种用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，所述步骤如下：主挤出机挤出的第一流体、辅挤出机挤出的第二流体通过模头装置的分配器进入各自流道，并最终汇合，从模唇流出；再经铸片，MD/TD拉伸后，进行一次切边、切料、回流至辅挤出机后再次挤出第二流体通过模头装置的分配器进入其流道；后经萃取，热定型，收卷，得到横向厚度分布均匀的隔膜产品。解决了现有技术中成品隔膜的厚度均匀性、原材料浪费和环境污染的问题。

Description

锂电池隔膜、电化学装置、用于改善薄膜铸片横向厚度分布及 模头节料的方法
技术领域
本发明涉及锂电池隔膜技术领域，具体涉及锂电池隔膜、电化学装置、用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法。
背景技术
湿法锂电隔膜的生产主要采用挤出流延工艺，即通过双螺杆挤出机将所需原料挤出成片状材料，片状材料在流延辊上铸片成型，以便于后道进一步拉伸成所需厚度的隔膜。一般来说，从挤出机里挤出的材料无法直接在流延辊上流延成型，需要通过一定形状的模头结构挤出成一定厚度的片状材料。
湿法锂电隔膜主要工艺除了挤出铸片以外，还包括MD/TD拉伸，萃取，热定型，收卷。由于涉及到双向拉伸，厚片沿MD方向左右两端端部的位置在拉伸段必然会受到链夹夹持，受到夹持的厚片部位无法按照预先设定的倍率进行拉伸取向，最终脱离链夹后会被裁切去除，以保证最终成品隔膜的厚度均匀性。按照现有的工艺条件及路线，被裁切的厚片是无法循环回收利用的，这不仅会造成原材料的极大浪费，还会对环境造成一定的污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于解决现有技术中成品隔膜的厚度均匀性、原材料浪费和环境污染的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明的目的是提供一种用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，所述步骤如下：
(1)主挤出机挤出的第一流体、辅挤出机挤出的第二流体通过模头装置的分配器进入各自流道，并最终汇合，从模唇流出；
(2)再经铸片，MD/TD拉伸后，进行一次切边、切料、回流至辅挤出机后再次挤出第二流体通过模头装置的分配器进入其流道；
(3)后经萃取，热定型，收卷，得到横向厚度分布均匀的隔膜产品。
进一步地，所述步骤(3)热定型后还可以进行二次切边、切料、回流至辅挤出机后再次挤出第二流体通过模头装置的分配器进入其流道。
更进一步地，所述模头装置包括模头本体，模头本体的底部安装有模唇，模头本体的顶部安装有分配器；所述分配器包括第一接头、第二接头、第三接头，所述第一接头位于第二接头和第三接头中间；所述第一接头上方成型有第一开口端，所述第一开口端与主挤出机供料管连接；所述第二接头和第三接头中间上方均分别成型有第二开口端、第三开口端，所述第二开口端、第三开口端与辅主挤出机供料管连接；所述第一接头下端为与分配器相连的第一接口，所述第二接头下端为与分配器相连的第二接口，所述第三接头下端为与分配器相连的第三接口；一个第一流体分配管，其中一端与该第一接口完成连接，其另一端成开口状，所述第一流体分配管为一个成型渠道，内部呈中空状；一个第二流体分配管，其中一端与该第二接口完成连接，其另一端成开口状；另一个第二流体分配管，其中一端与该第三接口完成连接，其另一端成开口状；所述分配管开口到模唇的距离占整个所述模头本体高度的不超过三分之一，另外三分之二属于各自的流道。
具体地，所述模头本体内部流道为衣架形结构，所述第一流体分配管内部呈衣架形中空状。这里，优选衣架形结构是为了更好的熔融流体流动性。
具体地，所述第一接头、第二接头、第三接头上均设有开关阀门。
更进一步地，所述切料操作采用切料机，所述辅挤出机设有加料斗，其通过真空吸附管道与切粒机相连，所述切粒机与牵引滚轮相连接，所述牵引滚轮与MD/TD拉伸设备和/或热定型设备相连接。这里，牵引滚轮的使用目的与现有技术不同，现有技术在MD/TD拉伸工序或热定型工序中与设备相连接是为了让裁切下来的料(所裁切的部分主要为辅挤出机挤出的原料部分)通过牵引滚轮的作用进行收卷，从而收集起来进行废弃，而本发明此处的目的在于相当于流转的作用，利用牵引滚轮将裁切下来的料流转过真空吸附管道进入切粒机。
具体地，所述辅挤出机还设有辅加料斗。这里，附加辅加料斗的目的在于：如TD拉伸工序或热定型工序后裁切所得边料熔指特性已无法满足辅挤出机对于原料的要求，则需要对其进行二次造粒，二次造粒的过程中除了裁切所得边料进入所述辅挤出机的加料斗外，还需往辅挤出机的辅加料斗中加入新的聚乙烯原料，这样加料斗与辅加料斗中PE混合最终得到可以满足辅挤出机要求的PE原料。
具体地，所述切粒机将边料切至直径1～3mm，长径比小于等于 10的长条形粒子。
进一步地，所述辅挤出机的挤出量为主挤出机的20％。
进一步地，所述主挤出机和辅挤出机所挤出的流体熔指一致，在 0.1～10kg/10min(2.16kg载荷)。
进一步地，所述横向厚度分布均匀的隔膜产品的横向厚度分布公差≤±1μm。
本发明的目的还提供一种锂电池隔膜，采用上述用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法制备而成。
本发明的目的还提供一种电化学装置，采用上述方法制备出的隔膜作为隔离电池正、负极的元件。
本发明有益效果如下：
1)本发明提供一种用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，采用该方法可以明显提升成品隔膜的厚度均匀性；
2)本发明还可以回收利用TD拉伸工序后裁切所得边料，从而在保证成品隔膜的厚度均匀性的情况下，进一步解决原材料浪费和环境污染的问题；
3)本发明还可以回收利用热定型工序后裁切所得边料，从而在保证成品隔膜的厚度均匀性的情况下，更进一步的节省原材料；
4)本发明还可以在辅挤出机上设置辅加料斗，进行二次造粒的操作，从而可以源源不断的进行回收+补充形成满足辅挤出机要求的PE原料方法，可以不停机生产且一直实现本发明的目的，更有利于工业连续化的应用；
5)本发明还可以在分配器接头上设置开发阀门，从而实现进料方式的灵活切换，也多了一种停止进料的方式。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的模头装置的内部示意图；
图2为本发明一种实施方式的种用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法流程图；
元件标号说明
1 分配器
2 辅挤出机流道
3 主挤出机流道
4 流道汇合区域
5 模唇
6 收卷工序
7 主挤出机
8 辅挤出机
9 模头本体
10 铸片工序
11 MD/TD拉伸工序
12 萃取工序
13 热定型工序
A 一次切边操作
B 二次切边操作
具体实施方式
以下将通过实施例结合附图对本发明进行详细描述。应当理解的是，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
如图1所示，本发明用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法中涉及的一种实施方式的模头装置结构，包括模头本体，模头本体的底部安装有模唇5，模头本体的顶部安装有分配器1；所述分配器1包括第一接头、第二接头、第三接头，所述第一接头位于第二接头和第三接头中间；所述第一接头上方成型有第一开口端，所述第一开口端与主挤出机供料管连接，所述主挤出机设有加料斗；所述第二接头和第三接头中间上方均分别成型有第二开口端、第三开口端，所述第二开口端、第三开口端与辅主挤出机供料管连接；所述第一接头下端为与分配器相连的第一接口，所述第二接头下端为与分配器相连的第二接口，所述第三接头下端为与分配器相连的第三接口；一个第一流体分配管，其中一端与该第一接口完成连接，其另一端成开口状，所述第一流体分配管为一个成型渠道，内部呈中空状，形成主挤出机流道3；一个第二流体分配管，其中一端与该第二接口完成连接，其另一端成开口状；另一个第二流体分配管，其中一端与该第三接口完成连接，其另一端成开口状，分别形成辅挤出机流道2；所述分配管开口到模唇5的距离占整个所述模头本体高度的三分之一，两种流体汇合形成流道汇合区域4。
实施例2
主挤出机所用原料分别为粘均分子量为60万和40℃运动粘度为 51的矿物油，另外添加0.5％的抗氧剂作为加工助剂，辅挤出机所用原料为熔指1.86kg/10min(2.16kg载荷)的低密度聚乙烯，同时也添加0.5％的抗氧剂作为加工助剂。原料分别在各自的混合料斗中混合均匀，逐步加入挤出机，经实施例1所述模头装置的模唇汇合流出，铸片后形成厚度约1mm的厚片，再经MD/TD同步拉伸、裁边、萃取、热定型、裁边等工序后最终收卷所得隔膜平均厚度为9um，横向厚度分布公差为±0.5um。
实施例3
如图2所示，主挤出机所用原料分别为粘均分子量为60万和40℃运动粘度为51的矿物油，另外添加0.5％的抗氧剂作为加工助剂，辅挤出机所用原料为熔指1.86kg/10min(2.16kg载荷)的低密度聚乙烯，同时也添加0.5％的抗氧剂作为加工助剂。原料分别在各自的混合料斗中混合均匀，逐步加入挤出机，经实施例1所述模头装置的模唇汇合流出，铸片后形成厚度约1mm的厚片，再经MD/TD同步拉伸、裁边、裁边所得边料通过牵引滚轮流转至真空吸附管道进入切粒机切成直径1mm，长径比为10的长条形粒子，再进入辅挤出机进行二次挤出。拉伸后，隔膜进行萃取，热定型，热定型之后进行二次裁边，裁边所得边料经上述同样的方式经牵引回流进入辅挤出机进行二次挤出。最终收卷所得隔膜平均厚度为9um，横向厚度分布公差为±0.5um，边料损耗为0。
实施例4
主挤出机所用原料分别为粘均分子量为60万和40℃运动粘度为 51的矿物油，另外添加0.5％的抗氧剂作为加工助剂，辅挤出机所用原料为熔指1.86kg/10min(2.16kg载荷)的低密度聚乙烯，同时也添加0.5％的抗氧剂作为加工助剂。原料分别在各自的混合料斗中混合均匀，逐步加入挤出机，经实施例1所述模头装置的模唇汇合流出，铸片后形成厚度约1mm的厚片，再经MD/TD同步拉伸、裁边、裁边所得边料通过牵引滚轮流转至真空吸附管道进入切粒机切成直径 3mm，长径比为5的长条形粒子，再进入辅挤出机进行二次挤出。拉伸后，隔膜进行萃取，热定型，热定型之后进行二次裁边，裁边所得边料经上述同样的方式经牵引回流进入辅挤出机进行二次挤出。最终收卷所得隔膜平均厚度为9um，横向厚度分布公差为± 1um，边料损耗为0。
实施例5
本发明用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法中涉及的另一种实施方式的模头装置结构，包括模头本体，模头本体的底部安装有模唇5，模头本体的顶部安装有分配器1，所述模头本体内部流道为衣架形结构；所述分配器1包括第一接头、第二接头、第三接头，所述第一接头位于第二接头和第三接头中间；所述第一接头上方成型有第一开口端，所述第一开口端与主挤出机供料管连接，所述主挤出机设有加料斗；所述第二接头和第三接头中间上方均分别成型有第二开口端、第三开口端，所述第二开口端、第三开口端与辅主挤出机供料管连接；所述第一接头下端为与分配器相连的第一接口，所述第二接头下端为与分配器相连的第二接口，所述第三接头下端为与分配器相连的第三接口；一个第一流体分配管，其中一端与该第一接口完成连接，其另一端成开口状，所述第一流体分配管为一个成型渠道，内部呈衣架形中空状，形成主挤出机流道3；一个第二流体分配管，其中一端与该第二接口完成连接，其另一端成开口状；另一个第二流体分配管，其中一端与该第三接口完成连接，其另一端成开口状，分别形成辅挤出机流道2；所述分配管开口到模唇5的距离占整个所述模头本体高度的四分之一，两种流体汇合形成流道汇合区域4。
所述辅挤出机设有加料斗，其通过真空吸附管道与切粒机相连，所述切粒机与牵引滚轮相连接，在MD/TD拉伸工序及热定型工序处均设有牵引滚轮与MD/TD拉伸设备和热定型设备相连接，此外，所述辅挤出机还设有辅加料斗，用于加入新的聚乙烯原料，这样加料斗与辅加料斗中PE混合最终得到可以满足辅挤出机要求的 PE原料。
对比例
对比例中模头装置的结构包括模头本体，模头本体的底部安装有模唇5，模头本体的顶部安装有分配器1；所述分配器1包括第一接头、第二接头、第三接头，所述第一接头位于第二接头和第三接头中间；所述第一接头上方成型有第一开口端，所述第一开口端与主挤出机供料管连接，所述主挤出机设有加料斗；所述第二接头和第三接头中间上方均分别成型有第二开口端、第三开口端，所述第二开口端、第三开口端与辅主挤出机供料管连接；所述第一接头下端为与分配器相连的第一接口，所述第二接头下端为与分配器相连的第二接口，所述第三接头下端为与分配器相连的第三接口；一个第一流体分配管，其中一端与该第一接口完成连接，其另一端成开口状，所述第一流体分配管为一个成型渠道，内部呈中空状，形成主挤出机流道3；一个第二流体分配管，其中一端与该第二接口完成连接，其另一端成开口状；另一个第二流体分配管，其中一端与该第三接口完成连接，其另一端成开口状，分别形成辅挤出机流道2；所述分配管开口到模唇5的距离占整个所述模头本体高度的三分之一，两种流体汇合形成流道汇合区域4；所述第一接头、第二接头、第三接头上均设有开关阀门，此时关闭第二接头、第三接头的阀门。
这里，只有一种流体，该流体为主挤出机供料管来的粘均分子量为60万和40℃运动粘度为51的矿物油、熔指1.86kg/10min(2.16kg 载荷)的低密度聚乙烯，两种原料的总重量记为M0，以及添加0.5％的抗氧剂作为加工助剂。
经上述装置模唇汇合流出，铸片后形成厚度约1mm的厚片，再经MD/TD同步拉伸、裁边、裁边所得边料收集称重，重量记为 M1。拉伸后，隔膜进行萃取，热定型，热定型之后进行二次裁边，裁边所得边料收集称重，重量记为M2。最终计算得到(M1+M2)/M0 等于20％，收卷所得隔膜平均厚度为9um，横向厚度分布公差为± 1.5um。
从实施例2、3、4和对比例对比可以看出，通过主挤出机和辅挤出机的同步挤出，并经分配器和流道调汇合及各道裁切料的回收后，边料的损耗可以完全消除，另外可以显著提升产品横向厚度的均匀性。
以上涉及到公知常识的内容不作详细描述，本领域的技术人员能够理解。
以上所述仅为本发明的一些具体实施例而已，并不用以限制本发明，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。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (13)

1.一种用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于，所述步骤如下：
(1)主挤出机挤出的第一流体、辅挤出机挤出的第二流体通过模头装置的分配器进入各自流道，并最终汇合，从模唇流出；
(2)再经铸片，MD/TD拉伸后，进行一次切边、切料、回流至辅挤出机后再次挤出第二流体通过模头装置的分配器进入其流道；
(3)后经萃取，热定型，收卷，得到横向厚度分布均匀的隔膜产品。
2.根据权利要求1所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述步骤(3)热定型后还可以进行二次切边、切料、回流至辅挤出机后再次挤出第二流体通过模头装置的分配器进入其流道。
3.根据权利要求1或2所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述模头装置包括模头本体，模头本体的底部安装有模唇，模头本体的顶部安装有分配器；所述分配器包括第一接头、第二接头、第三接头，所述第一接头位于第二接头和第三接头中间；所述第一接头上方成型有第一开口端，所述第一开口端与主挤出机供料管连接；所述第二接头和第三接头中间上方均分别成型有第二开口端、第三开口端，所述第二开口端、第三开口端与辅主挤出机供料管连接；所述第一接头下端为与分配器相连的第一接口，所述第二接头下端为与分配器相连的第二接口，所述第三接头下端为与分配器相连的第三接口；一个第一流体分配管，其中一端与该第一接口完成连接，其另一端成开口状，所述第一流体分配管为一个成型渠道，内部呈中空状；一个第二流体分配管，其中一端与该第二接口完成连接，其另一端成开口状；另一个第二流体分配管，其中一端与该第三接口完成连接，其另一端成开口状；所述分配管开口到模唇的距离占整个所述模头本体高度的不超过三分之一。
4.根据权利要求3所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述模头本体内部流道为衣架形结构，所述第一流体分配管内部呈衣架形中空状。
5.根据权利要求3所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述第一接头、第二接头、第三接头上均设有开关阀门。
6.根据权利要求1或2所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述切料操作采用切料机，所述辅挤出机设有加料斗，其通过真空吸附管道与切粒机相连，所述切粒机与牵引滚轮相连接，所述牵引滚轮与MD/TD拉伸设备和/或热定型设备相连接。
7.根据权利要求6所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述辅挤出机还设有辅加料斗。
8.根据权利要求6所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述切粒机将边料切至直径1～3mm，长径比小于等于10的长条形粒子。
9.根据权利要求1所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述辅挤出机的挤出量为主挤出机的20％。
10.根据权利要求1所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述主挤出机和辅挤出机所挤出的流体熔指一致，在0.1～10kg/10min(2.16kg载荷)。
11.根据权利要求1所述的用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法，其特征在于：所述横向厚度分布均匀的隔膜产品的横向厚度分布公差≤±1μm。
12.一种锂电池隔膜，其特征在于：采用如权利要求1～11用于改善薄膜铸片横向厚度分布及模头节料的方法制备而成。
13.一种电化学装置，其特征在于：采用如权利要求12所述的隔膜。
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