CN113650208B - 三层共挤隔膜的热处理系统 - Google Patents

三层共挤隔膜的热处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了三层共挤隔膜的热处理系统，包括：冷却机构，用于传输和冷却三层共挤隔膜；一级拉伸机构，用于对冷却后的三层共挤隔膜进行加热和预拉伸，预拉伸倍率为1‑1.5倍；二级拉伸机构，用于对预拉伸后的三层共挤隔膜进行再拉伸，再拉伸的倍率为2‑3倍，本发明克服了现有技术的不足，提高了三层共挤薄膜的拉伸效果，使三层共挤隔膜上形成的微孔结构均匀。

Description

三层共挤隔膜的热处理系统
技术领域
本发明涉及热处理系统技术领域，具体属于三层共挤隔膜的热处理系统。
背景技术
近年来，锂离子电池技术发展迅速，隔膜作为电池中的核心材料之一，决定着锂离子电池的性能，因此隔膜材料及制备技术急需被深入研究。目前，商业化的锂电池隔膜以聚烯烙隔膜为主，制备工艺正从干法向湿法过渡，但是近几年已经发展出了不同材料体系，不同制备工艺的隔膜。
隔膜作为锂电池的关键材料，在电池中扮演着电子隔绝的作用，阻止正负极直接接触，允许电解液中锂离子自由通过，同时，隔膜对于保障电池的安全运行也起至关重要的作用。在特殊情况下，如事故、刺穿、电池滥用等，发生隔膜局部破损从而造成正负极的直接接触，从而引发剧烈的电池反应造成电池的起火爆炸。
因此，为了提高锂离子电池的安全性，保证电池的安全平稳运行，涂布在线认为隔膜必须满足以下几个条件︰(1)化学稳定性∶不与电解质、电极材料发生反应；(2)浸润性︰与电解质易于浸润且不伸长、不收缩；(3)热稳定性︰耐受高温，具有较高的熔断隔离性；(4)机械强度:拉伸强度好，以保证自动卷绕时的强度和宽度不变；(5)孔隙率∶较高的孔隙率以满足离子导电的需求。
当前，市场上商业化的锂电池隔膜主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主的微孔聚烯烃隔膜，这类隔膜凭借着较低的成本、良好的机械性能、优异的化学稳定性和电化学稳定性等优点而被广泛地应用在锂电池隔膜中。实际应用中又包括了单层PP或PE隔膜，双层PE/PP复合隔膜，双层PP/PP复合隔膜，以及三层PP/PE/PP复合隔膜。其中三层PP/PE/PP复合隔膜由于力学性能和耐腐蚀性能优异，被广泛用于电池隔膜，但是三层PP/PE/PP复合隔膜加工难度大，形成的微孔结构均一性差，闭孔温度控制难度大，给其应用带来了一定的困难，因此，需要一种加工装置能够提高三层共挤隔膜的拉伸效果和成孔效果。
发明内容
本发明的目的是提供三层共挤隔膜的热处理系统，克服了现有技术的不足，提高了三层共挤薄膜的拉伸效果，使三层共挤隔膜上形成的微孔结构均匀。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
三层共挤隔膜的热处理系统，包括：
冷却机构，用于传输和冷却三层共挤隔膜；
一级拉伸机构，用于对冷却后的三层共挤隔膜进行加热和预拉伸，预拉伸倍率为1-1.5倍；
二级拉伸机构，用于对预拉伸后的三层共挤隔膜进行再拉伸，再拉伸的倍率为2-3倍。
优选地，所述冷却机构包括包括两对传送辊和一对冷却风腔，其中每对传送辊由两个对应设置的钢辊构成，且两个钢辊相互配合，用于对三层共挤隔膜进行压紧并传输，冷却风腔设置于两对传送辊之间的三层共挤隔膜的两侧，冷却风腔上设置的出风口朝向三层共挤隔膜的表面。
优选地，所述冷却风腔出风口处的空气湿度为90％-100％，温度为20℃-40℃。
优选地，所述冷却风腔倾斜设置，且冷却风腔的内壁上设有排液孔和若干个导流杆，其中导流杆用于对冷却风腔内的空气中凝结的水雾进行拦截，然后导流至排液孔处排出冷却风腔。
优选地，所述一级拉伸机构包括第一挤压辊组和第二挤压辊组，第一挤压辊组和第二挤压辊组分别由两个对称设置挤压辊组成，第一挤压辊组和第二挤压辊组用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，其中靠近冷却机构一侧的第一挤压辊组的温度为80℃-90℃，而第二挤压辊组的温度为50℃-70℃，第一挤压辊组和第二挤压辊组的辊速比为1:2-2.5。
优选地，所述挤压辊的内部为中空结构，用于通入具有一定温度的空气，以保持挤压辊恒温。
优选地，第一挤压辊组和第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对保温风腔，保温风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，保温风腔的出风口处的空气湿度为60％-80％。
优选地，所述二级拉伸机构包括一对拉伸辊，两个拉伸辊对称设置，用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，所述拉伸辊与第二挤压辊组的辊速比为3-4:1。
优选地，所述拉伸辊与第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对干燥风腔，干燥风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，干燥风腔出风口处的温度为50℃-70℃，干燥风腔的出风口处的空气湿度为10％-20％。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
本发明的系统通过冷却风腔能够对进入冷却机构内的三层共挤隔膜进行降温冷却，同时两对传送辊的辊速比为1，使得冷却过程中的三层共挤隔膜得到了拉伸，而冷却腔内流出的冷却空气内含有大量的水气，使三层共挤隔膜在冷却的过程中，由于分子链的收缩产生的孔隙能够储存冷却空气中的水分，使冷却过程中的三层共挤隔膜表面形成大量的微孔结构，从而使三层共挤隔膜表面的微孔结构均匀；
而经过一级拉伸机构的加热和拉伸，微孔结构得到扩大，同时微孔结构内的水气得到释放，但是在保温风腔的作用下，实现了对微孔结构内的水气的补充，避免了微孔结构处及三层共挤隔膜表面过于干燥的问题，促进了分子链的运动，提高了拉伸的效果，同时有利于保持扩大后的微孔结构；
在二级拉伸机构的拉伸和冷却下，冷却风腔一方面能够将三层共挤隔膜微孔结构内的水气去除，另一方面能够保持拉伸成型后的三层共挤隔膜的结构稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为冷却风腔内部的结构示意图。
附图标记说明：1、钢辊；2、冷却风腔；21、排液孔；22、导流杆；3、从动辊；4、第一挤压辊组；5、保温风腔；6、第二挤压辊组；7、干燥风腔；8、拉伸辊；9、三层共挤隔膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1-2的三层共挤隔膜的热处理系统，包括：冷却机构、一级拉伸机构和二级拉伸机构。
冷却机构用于传输和冷却三层共挤隔膜；冷却机构包括包括两对传送辊和一对冷却风腔，同时两对传送辊的辊速比为1，其中每对传送辊由两个对应设置的钢辊构成，且两个钢辊相互配合，用于对三层共挤隔膜进行压紧并传输，冷却风腔倾斜设置，位于两对传送辊之间的三层共挤隔膜的两侧，冷却风腔上设置的出风口朝向三层共挤隔膜的表面，冷却风腔出风口处的空气湿度为90％，温度为20℃，且冷却风腔的内壁上设有排液孔和若干个导流杆，其中导流杆用于对冷却风腔内的空气中凝结的水雾进行拦截，然后导流至排液孔处排出冷却风腔。
冷却风腔能够对进入冷却机构内的三层共挤隔膜进行降温冷却，而辊速比为1的传送辊，避免了三层共挤隔膜的降温收缩，使得冷却过程中的三层共挤隔膜得到了拉伸，而冷却腔内流出的冷却空气内含有大量的水气，使三层共挤隔膜在冷却的过程中，由于分子链的收缩产生的孔隙能够储存冷却空气中的水分，使冷却过程中的三层共挤隔膜表面形成大量的微孔结构，从而使三层共挤隔膜表面的微孔结构均匀。
冷却机构与一级拉伸机构之间还设有从动辊，用于引导冷却机构处的三层共挤隔膜进入一级拉伸机构。
一级拉伸机构用于对冷却后的三层共挤隔膜进行加热和预拉伸，预拉伸倍率为1倍，一级拉伸机构包括第一挤压辊组和第二挤压辊组，第一挤压辊组和第二挤压辊组分别由两个对称设置挤压辊组成，挤压辊的内部为中空结构，用于通入具有一定温度的空气，以保持挤压辊恒温，第一挤压辊组和第二挤压辊组用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，其中靠近冷却机构一侧的第一挤压辊组的温度为80℃，而第二挤压辊组的温度为50℃，第一挤压辊组和第二挤压辊组的辊速比为1:2，实现1倍的拉伸，经过一级拉伸机构的加热和拉伸，微孔结构得到扩大，同时微孔结构内的水气得到释放。
第一挤压辊组和第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对保温风腔，保温风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，保温风腔的出风口处的空气湿度为60％，在保温风腔的作用下，实现了对微孔结构内的水气的补充，避免了微孔结构处及三层共挤隔膜表面过于干燥的问题，促进了分子链的运动，提高了拉伸的效果，同时有利于保持扩大后的微孔结构。
二级拉伸机构用于对预拉伸后的三层共挤隔膜进行再拉伸，再拉伸的倍率为2倍。二级拉伸机构包括一对拉伸辊，两个拉伸辊对称设置，用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，拉伸辊与第二挤压辊组的辊速比为3:1，拉伸辊与第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对干燥风腔，干燥风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，干燥风腔出风口处的温度为50℃，干燥风腔的出风口处的空气湿度为10％。在二级拉伸机构的拉伸和冷却下，冷却风腔一方面能够将三层共挤隔膜微孔结构内的水气去除，另一方面能够保持拉伸成型后的三层共挤隔膜的结构稳定，得到的三层共挤隔膜的孔径为26-35nm，孔隙率为54％。
实施例2
如图1-2的三层共挤隔膜的热处理系统，包括：冷却机构、一级拉伸机构和二级拉伸机构。
冷却机构用于传输和冷却三层共挤隔膜；冷却机构包括包括两对传送辊和一对冷却风腔，同时两对传送辊的辊速比为1，其中每对传送辊由两个对应设置的钢辊构成，且两个钢辊相互配合，用于对三层共挤隔膜进行压紧并传输，冷却风腔倾斜设置，位于两对传送辊之间的三层共挤隔膜的两侧，冷却风腔上设置的出风口朝向三层共挤隔膜的表面，冷却风腔出风口处的空气湿度为95％，温度为40℃，且冷却风腔的内壁上设有排液孔和若干个导流杆，其中导流杆用于对冷却风腔内的空气中凝结的水雾进行拦截，然后导流至排液孔处排出冷却风腔。
冷却风腔能够对进入冷却机构内的三层共挤隔膜进行降温冷却，而辊速比为1的传送辊，避免了三层共挤隔膜的降温收缩，使得冷却过程中的三层共挤隔膜得到了拉伸，而冷却腔内流出的冷却空气内含有大量的水气，使三层共挤隔膜在冷却的过程中，由于分子链的收缩产生的孔隙能够储存冷却空气中的水分，使冷却过程中的三层共挤隔膜表面形成大量的微孔结构，从而使三层共挤隔膜表面的微孔结构均匀。
冷却机构与一级拉伸机构之间还设有从动辊，用于引导冷却机构处的三层共挤隔膜进入一级拉伸机构。
一级拉伸机构用于对冷却后的三层共挤隔膜进行加热和预拉伸，预拉伸倍率为1.5倍，一级拉伸机构包括第一挤压辊组和第二挤压辊组，第一挤压辊组和第二挤压辊组分别由两个对称设置挤压辊组成，挤压辊的内部为中空结构，用于通入具有一定温度的空气，以保持挤压辊恒温，第一挤压辊组和第二挤压辊组用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，其中靠近冷却机构一侧的第一挤压辊组的温度为90℃，而第二挤压辊组的温度为70℃，第一挤压辊组和第二挤压辊组的辊速比为2.5，实现1.5倍的拉伸，经过一级拉伸机构的加热和拉伸，微孔结构得到扩大，同时微孔结构内的水气得到释放。
第一挤压辊组和第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对保温风腔，保温风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，保温风腔的出风口处的空气湿度为80％，在保温风腔的作用下，实现了对微孔结构内的水气的补充，避免了微孔结构处及三层共挤隔膜表面过于干燥的问题，促进了分子链的运动，提高了拉伸的效果，同时有利于保持扩大后的微孔结构。
二级拉伸机构用于对预拉伸后的三层共挤隔膜进行再拉伸，再拉伸的倍率为3倍。二级拉伸机构包括一对拉伸辊，两个拉伸辊对称设置，用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，拉伸辊与第二挤压辊组的辊速比为4:1，拉伸辊与第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对干燥风腔，干燥风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，干燥风腔出风口处的温度为70℃，干燥风腔的出风口处的空气湿度为20％。在二级拉伸机构的拉伸和冷却下，冷却风腔一方面能够将三层共挤隔膜微孔结构内的水气去除，另一方面能够保持拉伸成型后的三层共挤隔膜的结构稳定，得到的三层共挤隔膜的孔径为21-29nm，孔隙率为61％。
对比例1
与实施例2的区别在于冷却风腔出气口的空气湿度为40％，得到的三层共挤隔膜的孔径为36-102nm，孔隙率为38％。
对比例2
与实施例2的区别在于保温风腔出气口的空气湿度为30％，得到的三层共挤隔膜的孔径为27-49nm，孔隙率为49％。
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 (1)

1.三层共挤隔膜的热处理系统，其特征在于，包括：
冷却机构，用于传输和冷却三层共挤隔膜；
一级拉伸机构，用于对冷却后的三层共挤隔膜进行加热和预拉伸，预拉伸倍率为1-1.5倍；
二级拉伸机构，用于对预拉伸后的三层共挤隔膜进行再拉伸，再拉伸的倍率为2-3倍；
所述冷却机构包括两对传送辊和一对冷却风腔，其中每对传送辊由两个对应设置的钢辊构成，且两个钢辊相互配合，用于对三层共挤隔膜进行压紧并传输，冷却风腔设置于两对传送辊之间的三层共挤隔膜的两侧，冷却风腔上设置的出风口朝向三层共挤隔膜的表面；
所述冷却风腔出风口处的空气湿度为90％-100％，温度为20℃-40℃；
所述一级拉伸机构包括第一挤压辊组和第二挤压辊组，第一挤压辊组和第二挤压辊组分别由两个对称设置挤压辊组成，第一挤压辊组和第二挤压辊组用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，其中靠近冷却机构一侧的第一挤压辊组的温度为80℃-90℃，而第二挤压辊组的温度为50℃-70℃，第一挤压辊组和第二挤压辊组的辊速比为1:2-2.5；
第一挤压辊组和第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对保温风腔，保温风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，保温风腔的出风口处的空气湿度为60％-80％；
所述二级拉伸机构包括一对拉伸辊，两个拉伸辊对称设置，用于对三层共挤隔膜进行压紧并拉伸，所述拉伸辊与第二挤压辊组的辊速比为3-4:1；
所述拉伸辊与第二挤压辊组之间的三层共挤隔膜的两侧还设有一对干燥风腔，干燥风腔的出风口朝向三层共挤隔膜的两侧表面，干燥风腔出风口处的温度为50℃-70℃，干燥风腔的出风口处的空气湿度为10％-20％。
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