CN113172978B - 一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺，其设备包括沿铝箔层输送方向依次连接的放卷机构、电晕装置、预热装置、复合装置、冷却装置和收卷机构，复合装置处还设有至少一台挤出机；预热装置包括多个加热辊，沿铝箔层的输送方向，各加热辊的辊面温度逐渐升高，每个加热辊处形成一个独立的加热温区。其工艺是铝箔层依次经过电晕处理和加热处理；同时，挤出高分子材料膜层；然后经过加热处理的铝箔层和挤出成型的高分子材料膜层共同进入复合装置中进行复合，形成铝塑复合膜，经冷却后收卷。本发明可有效解决材料伸长率较大而导致出现褶皱的问题，同时可有效提高制得后铝塑复合膜的剥离强度，提高铝塑复合膜质量。

Description

一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺
技术领域
本发明涉及包装复合膜制造技术领域，特别涉及一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺。
背景技术
铝箔由于具有良好的阻隔性，且材料成本较低，目前已广泛应用于包装行业。基于包装阻隔性要求，目前在软包装中常用的铝箔厚度为6.3μm，但由于受限于铝箔生产中的轧制工艺、轧制油质量、轧制辊表面状况、工艺操作及生产现场环境等的影响，一般厚度在20μm以下的铝箔不可避免会存在一些缺陷，如针孔等现象。为了提高包装复合膜的防潮性、阻气性和遮光性，在一些特殊的应用场合(如电池封装用铝塑复合膜等)常常要求使用厚度大于20μm的铝箔。不仅如此，电池封装用的铝塑复合膜对其复合强度的要求也不同于普通包装用的铝塑复合膜，对一般软包装使用的铝塑复合膜来说，其剥离强度要求大于2.5N/15mm，而对于电池封装用的铝塑复合膜来说，其剥离强度通常要求大于12N/15mm。目前，软包锂离子电池封装用铝塑膜的结构一般为：以铝箔为基材，在其两侧或单侧复合一层塑料薄膜，可采用尼龙(PA)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为一层塑料薄膜，采用聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)作为另一层塑料薄膜，各相邻的两层材料之间分别通过粘合层进行粘合固定，制备时，其复合方法主要为干式复合-干式复合、干式复合-挤出复合或干式复合-共挤出复合，即一般先采用干式复合将表层PA或PET与AL箔层复合，然后将PA/AL复合膜与PP或PE采用干式复合(干法)或挤出复合(热法)工艺复合制得成品。干式法的优势在于具有冲深成型性能和防短路性能，产品外观上杂质、针孔、鱼眼少，裁切性能较好。而热法的优势在于耐电解液和抗水性方面，其冲深成型性能、防短路性能、产品外观和裁切性能均不理想。然而，干法制备过程中采用胶黏剂粘合，一方面需要使用有机溶剂稀释胶黏剂，有机溶剂挥发污染环境，另一方面，胶黏剂的耐电解液腐蚀性能较差，可能导致电池报废。而热法工艺采用酸性PP作为粘接层材料，需要在较高温度下进行，一方面，PA/AL之间的胶黏剂耐温性有限，另一方面，高温下材料易伸长而导致褶皱。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，该设备可有效解决目前热法工艺中所存在的材料伸长率较大而导致褶皱的问题，提高铝塑复合膜质量。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述设备实现的一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺。
本发明的技术方案为：一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，包括沿铝箔层输送方向依次连接的放卷机构、电晕装置、预热装置、复合装置、冷却装置和收卷机构，复合装置处还设有至少一台挤出机；预热装置包括多个加热辊，沿铝箔层的输送方向，各加热辊的辊面温度逐渐升高，每个加热辊处形成一个独立的加热温区。其中，放卷机构、电晕装置、冷却装置和收卷机构均可采用与传统复合设备相同的各相应组成机构；而增加了预热装置，且预热装置采用多个加热辊形成温度逐渐递增的多个加热温区，另外还可对每个加热温区内的温度和力矩进行单独控制，使铝箔层在各个加热温区内所受的力矩与温度相适应，尽量减小铝箔层的伸长率，从而避免铝箔层出现褶皱变形或局部松弛的现象。
所述挤出机为一台时，挤出机的挤出模头输出端位于复合装置的复合处上方；所述挤出机为多台时，多台挤出机共同连接同一共挤模头，共挤模头的输出端位于复合装置的复合处上方。也就是说，当采用单台挤出机挤出高分子材料膜层时，高分子材料膜层的主要成分为单一材料或多种材料混合而成，成型后形成单层材料层；当采用多台挤出机(实际生产中一般为两到三台)共同挤出高分子材料膜层时，高分子材料膜层为多个不同材质的膜层共同挤出成型，其内部具有多种不同的材质层。
所述复合装置包括相配合的热压辊和贴合辊，热压辊和贴合辊分别进行独立的温度控制，温度范围均为60～300℃；热压辊和贴合辊的相接处为复合装置的复合处。该结构中，传统的复合装置一般采用冷却辊和橡胶辊相配合对基材和挤出膜施加压力进行复合，温度一般为15～30℃，边复合边冷却可省去后续的冷却工艺；但在本复合设备中，采用热压辊和作为贴合辊的橡胶辊进行配合使用，在高温下对基材和挤出膜施加压力进行复合，可使成型后的复合膜具有较高的剥离强度，更好地适应电池封装使用。
所述预热装置中，每个加热辊单独配置有模温机和电机。
所述预热装置中，各加热辊采用结构相同的电磁辊，各电磁辊包括同轴设置的辊筒和辊轴，辊轴两端分别安装于支架上，位于辊筒内的辊轴表面缠绕有线圈。该装置结构中，与传统的电磁辊相同，辊筒内壁与辊轴表面之间存在一定的空腔，线圈分布于该空腔内。
所述预热装置中，加热辊的数量为2～6个，各加热辊平行设置，但各加热辊所设高度相同或不同，各加热辊的转速相同或不同，各加热辊的直径为100～400mm(经过试验证明，在温度和热膨胀系数固定的情况下，在该直径范围内可较好地降低铝箔在加热辊辊面上的包覆长度，使铝箔的伸长率得到有效降低)，加热辊的温度范围为20～200℃(根据铝箔加工工艺的实际需要，该温度也可进行实际调节，但从目前的试验结果看，各加热辊之间在该温度范围内设置阶梯式辊面温度，可达到最佳的加热效果，防止铝箔褶皱变形或局部松弛的效果也最明显)。
此外，所述预热装置的进料端还设有张力辊，张力辊上设有压力传感器式的张力检测器。张力辊一方面作为导向辊，另一方面利用张力检测器实时监测铝箔所受张力。
本发明通过上述挤出复合设备实现一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺，包括以下步骤：
(1)放卷机构放出铝箔层后，先经过电晕装置对铝箔层表面进行电晕处理后，送入预热装置中进行加热处理；预热装置中，利用多个加热辊形成温度逐渐升高的多个加热温区，在铝箔层输送过程中分段逐渐升温预热，结合每个加热辊单独调节后的转速和张力，使铝箔层的实时伸长率与加热温区相适应，避免铝箔层起皱；
(2)单台挤出机通过其挤出模头或多台挤出机通过共挤模头挤出高分子材料膜层；
(3)经过加热处理的铝箔层和挤出成型的高分子材料膜层共同进入复合装置中进行复合成型，形成铝塑复合膜，经冷却后进行收卷。
所述步骤(1)中，对铝箔层的表面进行电晕处理前，铝箔层由放卷机构放出后，还依次进行纠偏处理和静电吸尘处理。
所述铝箔层的厚度为10～40μm，高分子材料膜层的厚度为20～100μm。
所述步骤(3)中，在铝箔层和高分子材料膜层复合成型时，增加第二放卷机构放出第二高分子材料膜层，铝箔、步骤(2)挤出的高分子材料膜层和第二高分子材料膜层经复合辊复合后，形成AL/挤出高分膜/第二高分子膜的三层结构复合膜，再进行冷却和收卷。
此外，在该工艺过程中，铝塑复合膜成型并冷却后，还可采用测厚仪对铝塑复合膜的厚度进行在线检测，也可采用污点检测装置对铝塑复合膜的表面进行检测，以此提高铝塑复合膜的合格率。
上述电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺使用时，其原理是：首先，采用挤出或共挤的方式在铝箔层表面进行高分子材料淋膜，然后通过复合设备将铝箔层和高分子材料膜层进行复合，形成铝塑复合膜，可有效提高成型后铝塑复合膜的剥离强度；其次，在铝箔层进行复合前，增设预热装置对铝箔层进行预热处理，且预热装置采用多个加热辊形成阶梯式温度进行加热，由于铝箔的伸长率是通过以下公式计算：Δl＝l×ΔT×α；其中，Δl为伸长率，l为包覆长度，ΔT为温升，α为热膨胀系数；因此，在温度和热膨胀系数固定的情况下，采用多个直径较小的加热辊代替传统的单大直径加热辊，从而降低铝箔在加热辊辊面的包覆长度，可有效降低铝箔的热伸长率；同时对每个加热辊配置独立的电机，可对每个加热辊的转速和力矩进行独立控制，从而达到精确补偿铝箔热膨胀后所导致松弛的目的，防止出现褶皱变形或局部松弛的现象。将两者相结合，最终可制得高质量的铝塑复合膜，可较好地应用于电池封装。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺可有效解决目前热法工艺中所存在的材料伸长率较大而导致出现褶皱的问题，同时可有效提高制得后铝塑复合膜的剥离强度，提高铝塑复合膜质量。
本电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺中，其预热装置采用多个直径较小的加热辊代替传统的单大直径加热辊，可有效减少铝箔在加热辊辊面的包覆长度，从而降低铝箔的热伸长率；经过试验证明，传统大直径加热辊的直径为800mm时，利用其将铝箔从20℃加热至200℃后，铝箔的伸长量约为5mm；而采用本发明的预热机构和预热方法后，利用三个直径为250mm的加热辊将铝箔从20℃加热至200℃时，铝箔的伸长量仅约为1.65mm。由此可见，将本发明的预热机构及预热方法应用于电池封装铝塑膜复合生产线后，可大幅度降低铝箔的伸长率。
本电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺中，其预热装置中每个加热辊设置有单独的变频减速电机，可精确控制每一个加热辊所产生的力矩，从而达到精确补偿铝箔热膨胀后所导致松弛的目的，有效防止出现褶皱变形或局部松弛的现象。同时，各个加热辊单独控制，其控制幅度减小，张力控制更加稳定精确。
附图说明
图1为本电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺的原理示意图。
图2为预热装置的原理示意图。
图3为预热装置安装时的侧面结构示意图。
上述各图中，各附图标记所示部件如下：a为放卷机构，b为电晕装置，c为预热装置，d为挤出机，e为共挤模头，f为复合装置，g为冷却装置，h为收卷机构；1为加热辊，1-1为辊筒，1-2为辊轴，2为张力辊，3为支架，4为铝箔层，5为高分子材料膜层。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，如图1所示，包括沿铝箔层输送方向依次连接的放卷机构a、电晕装置b、预热装置c、复合装置f、冷却装置g和收卷机构h，复合装置处还设有至少一台挤出机d(本实施例中采用三台挤出机，三台挤出机共同连接一个共挤模头e，共挤模头的输出端位于复合装置的复合处上方)。也就是说，当采用单台挤出机挤出高分子材料膜层时，高分子材料膜层的主要成分为单一材料或多种材料混合而成，成型后形成单层材料层；当采用多台挤出机共同挤出高分子材料膜层时，高分子材料膜层为多个不同材质的膜层共同挤出成型，其内部具有多种不同的材质层。其中，放卷机构、电晕装置、冷却装置和收卷机构均可采用与传统复合设备相同的各相应组成机构；而增加了预热装置，且如下所述，预热装置采用多个加热辊形成温度逐渐递增的多个加热温区，另外还可对每个加热温区内的温度和力矩进行单独控制，使铝箔层在各个加热温区内所受的力矩与温度相适应，尽量减小铝箔层的伸长率，从而避免铝箔层出现褶皱变形或局部松弛的现象。
其中，如图2所示，预热装置包括多个加热辊1，沿铝箔层4的输送方向(如图2中的箭头方向所示)，各加热辊的辊面温度逐渐升高，每个加热辊处形成一个独立的加热温区。此外，每个加热辊单独配置有模温机和电机(图中未示出)。预热装置的进料端还设有张力辊2，张力辊上设有压力传感器式的张力检测器(图中未示出)。张力辊一方面作为导向辊，另一方面利用张力检测器实时监测铝箔所受张力。
进一步地，预热装置中，如图3所示，各加热辊采用结构相同的电磁辊，各电磁辊包括同轴设置的辊筒1-1和辊轴1-2，辊轴两端分别安装于支架3上，位于辊筒内的辊轴表面缠绕有线圈(图中未示出)。该装置结构中，与传统的电磁辊相同，辊筒内壁与辊轴表面之间存在一定的空腔，线圈分布于该空腔内。加热辊的数量为2～6个，各加热辊平行设置，但各加热辊所设高度相同或不同，各加热辊的转速相同或不同，各加热辊的直径为100～400mm(本实施例中采用五个直径均为200mm的加热辊。经过试验证明，在温度和热膨胀系数固定的情况下，在该直径范围内可较好地减小铝箔在加热辊辊面上的包覆长度，使铝箔的伸长率得到有效降低)，加热辊的温度范围为20～300℃(本实施例中，沿铝箔的输送方向，五个加热辊的温度范围依次为T1＝60～70℃，T2＝80～90℃，T3＝100～110℃，T4＝120～130℃，T5＝140～150℃。根据铝箔加工工艺的实际需要，该温度也可进行实际调节，但从目前的试验结果看，各加热辊之间在该温度范围内设置阶梯式辊面温度，可达到最佳的加热效果，防止铝箔褶皱变形或局部松弛的效果也最明显)。
复合装置包括相配合的热压辊和贴合辊，热压辊和贴合辊分别进行独立的温度控制，温度范围均为60～300℃；热压辊和贴合辊的相接处为复合装置的复合处。该结构中，传统的复合装置一般采用冷却辊和橡胶辊相配合对基材和挤出膜施加压力进行复合，温度一般为15～30℃，边复合边冷却可省去后续的冷却工艺；但在本复合设备中，采用热压辊和作为贴合辊的橡胶辊进行配合使用，在高温下对基材和挤出膜施加压力进行复合，可使成型后的复合膜具有较高的剥离强度，更好地适应电池封装使用。
本实施例通过上述挤出复合设备实现一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺，如图1所示，包括以下步骤：
(1)放卷机构放出铝箔层4后，先经过电晕装置对铝箔层表面进行电晕处理后，送入预热装置中进行加热处理；预热装置中，利用多个加热辊形成温度逐渐升高的多个加热温区，在铝箔层输送过程中分段逐渐升温预热，结合每个加热辊单独调节后的转速和张力，使铝箔层的实时伸长率与加热温区相适应，避免铝箔层起皱；
(2)单台挤出机通过其挤出模头或多台挤出机通过共挤模头挤出高分子材料膜层5；
(3)经过加热处理的铝箔层和挤出成型的高分子材料膜层共同进入复合装置中进行复合成型，形成铝塑复合膜，经冷却后进行收卷。
上述工艺中，铝箔层的厚度为10～40μm，高分子材料膜层的厚度为20～100μm。
上述电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备及工艺使用时，其原理是：首先，采用挤出或共挤的方式在铝箔层表面进行高分子材料淋膜，然后通过复合设备将铝箔层和高分子材料膜层进行复合，形成铝塑复合膜，可有效提高成型后铝塑复合膜的剥离强度；其次，在铝箔层进行复合前，增设预热装置对铝箔层进行预热处理，且预热装置采用多个加热辊形成阶梯式温度进行加热，由于铝箔的伸长率是通过以下公式计算：Δl＝l×ΔT×α；其中，Δl为伸长率，l为包覆长度，ΔT为温升，α为热膨胀系数；因此，在温度和热膨胀系数固定的情况下，采用多个直径较小的加热辊代替传统的单大直径加热辊，从而降低铝箔在加热辊辊面的包覆长度，可有效降低铝箔的热伸长率；同时对每个加热辊配置独立的电机，可对每个加热辊的转速和力矩进行独立控制，从而达到精确补偿铝箔热膨胀后所导致松弛的目的，防止出现褶皱变形或局部松弛的现象。将两者相结合，最终可制得高质量的铝塑复合膜，可较好地应用于电池封装。
实施例2
本实施例一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺，与实施例1相比较，其不同之处主要在于：步骤(3)中，在铝箔层和高分子材料膜层复合成型时，增加第二放卷机构放出第二高分子材料膜层，铝箔、步骤(2)挤出的高分子材料膜层和第二高分子材料膜层经复合辊复合后，形成AL/挤出高分膜/第二高分子膜的三层结构复合膜，再进行冷却和收卷。
此外，在步骤(1)中，对铝箔层的表面进行电晕处理前，铝箔层由放卷机构放出后，还依次进行纠偏处理和静电吸尘处理。
铝塑复合膜成型并冷却后，还可采用测厚仪对铝塑复合膜的厚度进行在线检测，也可采用污点检测装置对铝塑复合膜的表面进行检测，进一步提高铝塑复合膜的合格率。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，其特征在于，包括沿铝箔层输送方向依次连接的放卷机构、电晕装置、预热装置、复合装置、冷却装置和收卷机构，复合装置处还设有至少一台挤出机；预热装置包括多个加热辊，沿铝箔层的输送方向，各加热辊的辊面温度逐渐升高，每个加热辊处形成一个独立的加热温区，各加热辊的直径为100～400mm，且每个加热辊单独配置有模温机和电机。
2.根据权利要求1所述一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，其特征在于，所述挤出机为一台时，挤出机的挤出模头输出端位于复合装置的复合处上方；所述挤出机为多台时，多台挤出机共同连接同一共挤模头，共挤模头的输出端位于复合装置的复合处上方。
3.根据权利要求2所述一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，其特征在于，所述复合装置包括相配合的热压辊和贴合辊，热压辊和贴合辊分别进行独立的温度控制，温度范围均为60～300℃；热压辊和贴合辊的相接处为复合装置的复合处。
4.根据权利要求1所述一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，其特征在于，所述预热装置中，各加热辊采用结构相同的电磁辊，各电磁辊包括同轴设置的辊筒和辊轴，辊轴两端分别安装于支架上，位于辊筒内的辊轴表面缠绕有线圈。
5.根据权利要求1所述一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合设备，其特征在于，所述预热装置中，加热辊的数量为2～6个，各加热辊平行设置，加热辊的温度范围为20～300℃。
6.根据权利要求1～5任一项所述挤出复合设备实现一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)放卷机构放出铝箔层后，先经过电晕装置对铝箔层表面进行电晕处理后，送入预热装置中进行加热处理；
(2)单台挤出机通过其挤出模头或多台挤出机通过共挤模头挤出高分子材料膜层；
(3)经过加热处理的铝箔层和挤出成型的高分子材料膜层共同进入复合装置中进行复合成型，形成铝塑复合膜，经冷却后进行收卷。
7.根据权利要求 6所述一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，对铝箔层的表面进行电晕处理前，铝箔层由放卷机构放出后，还依次进行纠偏处理和静电吸尘处理。
8.根据权利要求 6 所述一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺，其特征在于，所述铝箔层的厚度为10～40μm，高分子材料膜层的厚度为20～100μm。
9.根据权利要求 6所述一种电池封装铝塑复合膜的挤出复合工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，在铝箔层和高分子材料膜层复合成型时，增加第二放卷机构放出第二高分子材料膜层，铝箔、步骤(2)挤出的高分子材料膜层和第二高分子材料膜层经复合辊复合后，形成AL/挤出高分膜/第二高分子膜的三层结构复合膜，再进行冷却和收卷。
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