CN114620554A - 一种锂电池隔膜的收卷装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池隔膜领域，具体涉及一种锂电池隔膜的收卷装置，包括控制处理单元、由至少两个收卷组件围合成的圆柱体框架、用于驱动收卷组件沿圆柱体框架径向做往复运动的行程控制单元；其中，收卷组件用于围合成圆柱体框架的表层内设置有压力传感器，控制处理单元与行程控制单元、压力传感器电连接。本发明解决因压力不均而导致的内应力释放不均衡的问题，不会产生隔膜塌边、变形、暴筋、褶皱等不良现象。

Description

一种锂电池隔膜的收卷装置

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜领域，具体涉及一种锂电池隔膜的收卷装置。

背景技术

锂离子电池隔膜在生产制造过程中，存在拉伸不均匀，热历史不均等问题，造成锂离子电池隔膜残余内应力不均匀的后果，而隔膜收卷过程中内应力便开始释放，从而产生隔膜形变、塌边、变形、暴筋、褶皱等问题；后续无论隔膜是直接二次分切，还是涂覆都会导致基膜、涂覆产品不合格，造成企业制造成本上升。

专利《CN111606096》中，也介绍了一种可以减少暴筋褶皱等不良的收卷方式。但是该工艺，具备以下几点缺陷：

1、仅使用气胀轴，精度过差，且膨胀节片会因底部整体气囊为软质材料，产生晃动、受压形变，在收卷过程中各个方向上的膨胀节片压缩程度不同，无法保证最终收卷作业时气胀轴轴身的真圆度；

2、无法解决气胀轴收卷过程中，隔膜内应力的释放问题；

3、锂离子电池隔膜本身导热系数不高，无法保障在时效过程中，收卷中心及内侧部位有效迅速达到均匀温度。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的是提供一种锂电池隔膜的收卷装置，用于解决锂电池隔离膜收卷以及成卷过程中，无法精准控制隔膜受压，导致隔膜内应力释放不彻底、不均衡的问题。

用于解决问题的方案

本发明提供一种锂电池隔膜的收卷装置，包括控制处理单元、由至少两个收卷组件围合成的圆柱体框架、用于驱动收卷组件沿圆柱体框架径向做往复运动的行程控制单元；

其中，收卷组件用于围合成圆柱体框架的表层内设置有压力传感器，控制处理单元与行程控制单元、压力传感器电连接。

发明效果

本发明以多个收卷组件围合成的圆柱体框架做为隔膜收卷时的卷芯，每个收卷组件均可独立配合压力传感器，实现收卷过程的行进或回缩以减少或增加与隔膜之间的压差，精准控制隔膜承受压力，解决因压力不均而导致的内应力释放不均衡的问题，不会产生隔膜塌边、变形、暴筋、褶皱等不良现象。

附图说明

图1为实施例1收卷装置的结构示意图。

图2为实施例2收卷装置的结构示意图。

附图标记：控制处理单元-10；收卷组件-20；支撑弧块-21；伸缩件-22；气囊-221；行进螺杆-222；螺纹套-223；循环水箱-30；行程控制单元-40；伸缩套-50；定位杆-60。

具体实施方式

在下文中，将结合实施例详细描述本发明的优选实施方案。在描述之前，应当理解，不应将在说明书和所附权利要求书中使用的术语解释为限于一般的词典含义，而应当根据允许本发明人为了最好的解释而合适地限定术语的原则，基于对应于本发明的技术方面的含义和概念进行解释。因此，在此提出的描述仅是为了说明目的而优选的例子，不是为了限制本发明的范围，因此，应当理解，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下作出其它的等价物和修改。

一种锂电池隔膜的收卷装置，包括控制处理单元10、由至少两个收卷组件20围合成的圆柱体框架、用于驱动收卷组件20沿圆柱体框架径向做往复运动的行程控制单元40；

其中，收卷组件20用于围合成圆柱体框架的表层内设置有压力传感器，控制处理单元10与行程控制单元40、压力传感器电连接。

控制处理单元10可以为任何具有CPU处理单元的控制器，例如：PLC可编程控制器、PC可编程控制器等。

锂电池隔膜在收卷时，以圆柱体框架为轴芯缠绕收卷，压力传感器实时将各个收卷组件20与锂电池隔膜接触压力值反馈至控制处理单元10，若不同收卷组件20的压力传感器反馈的压力值不同，则控制处理单元10可控制行程控制单元40驱动收卷组件20沿圆柱体框架径向行进或回缩，以增加或减少对应收卷组件20与锂电池隔膜的接触压力，以保证隔膜各方向上的受压一致，圆柱体框架外周保持真圆度，精准控制隔膜承受压力，保证收卷过程中锂电池隔膜的内应力释放均衡。

锂电池隔膜收卷完成后，可控制圆柱体框架外径减少0-40mm，以提供给隔膜应力释放空间，在隔膜内应力释放无阻碍不受力情况下，加速释放隔膜内应力。

上述行程控制单元40可以为电动伸缩杆、气缸等任意实现收卷组件20平滑移动的机械；以电动伸缩杆为例，电动伸缩杆的移动端与收卷组件20固定连接，当控制处理单元10驱动电动伸缩杆运行时，电动伸缩杆移动端沿圆柱体框架径向的位移将带动收卷组件20的相应位移，以控制收卷组件20表层与锂离子电池隔膜之间的接触压力。

上述收卷组件20的数量并无具体限定，随着收卷组件20数量的增加，可进一步提高控制隔膜承受压力的精准度。为保证以圆柱体框架为轴芯缠绕收卷隔膜时，提高外周真圈度，相邻收卷组件20垂直圆柱体框架径向的两端紧密接触。

为保证收卷组件20与锂离子隔膜接触时保持一定的硬度，避免形变，收卷组件20例如可为碳纤维材质或铝材质。基于碳纤维键，在比刚度、比抗拉强度、热稳定的方面体现出更优异的稳定性，减少收卷、搬运、温度变化时，因材料本身不稳定性材料受力变形、材料受热/冷而膨胀/收缩造成的塌边、变形、暴筋、褶皱加重的可能性。因此更优选材质为碳纤维材质。

比刚度＝弹性模量除以材料密度。用于比较密度不同的材料。

比抗张强度＝抗张强度除以材料密度。

项目	单位	碳纤维	铝	碳/铝比较
					密度	(ρg/cm3	1.6	2.7	59％
比刚度	E/ρ	43.8	25.6	171％
					比抗拉强度	σ/ρ	647	166	389％
热膨胀	英寸/英寸/°F	2	13	15％

上述圆柱体框架的外径可以为170-210mm。

为进一步提高锂电池隔膜的内应力释放效果，在某些实施例中，上述收卷装置还包括控制圆柱体框架内温度的控温单元，通过控温单元制造不同的温度环境，并通过收卷组件20传导给锂电池隔膜，相比于仅控制锂电池隔膜收卷环境温度，使得收卷中心及内侧部位有效迅速达到均匀温度，提高内应力释放效果。

进一步的，控温单元可控制圆柱体框架内温度为5-10℃或25-85℃之间；在锂电池隔膜在收卷时，控温单元可控制温度为圆柱体框架内温度为5-10℃，实现收卷低温控制，达到冻结热加工后锂电池隔膜的分子链链节运动，实现减少带力收卷过程中锂电池隔膜形变；在锂电池隔膜收卷完成后，控温单元可控制温度为圆柱体框架内温度高于室温且低于锂电池隔膜熔化温度Tm之间，以促进锂离子隔膜内应力的释放，实际操作时，多在为25-85℃之间。

控温单元可以通过风、水、化学剂等介质通过温度传导的方式，将圆柱体框架内温度控制在5-10℃或25-85℃之间；在某些实施例中，控温单元包括设置在圆柱体框架内的循环水箱30，收卷组件20、行程控制单元40均与循环水箱30嵌合，循环水箱30设置有与换热/冷站相连的快接头；通过更改循环水箱30与换热站或换冷站相通，不同温度的水将灌入循环水箱30内，以达到改变圆柱体框架内温度的目的。

在某些实施例中，圆柱体框架外围还套设有伸缩套50，以配合多个收卷组件20；一方面通过套设伸缩套50增加收卷组件20围合成的圆柱体框架的外围圆度，另一方面，若锂电池隔膜收卷完成后还需要进行涂布或二次分切收卷操作时，通过控制圆柱体框架直径大小，即可实现伸缩套50的收紧或脱松，便于生产操作。伸缩套为保证弹力强度，可选用伸缩棉、伸缩橡胶、伸缩绒布中的一种或几种。

在某些实施例中，上述锂电池隔膜的收卷装置还包括多个定位杆60、与地面相对静止设置的、槽长方向与收卷组件20的行进方向平行的多个导向槽，定位杆60的一端插置在导向槽内，另一端与收卷组件20连接；定位杆60受导向槽约束行进方向，带动收卷组件20亦受到行进方向的约束；可将定位杆60布置在收卷组件20垂直行进方向的两侧，轴对称设置能够增加收卷组件20位移时的稳定性。

收卷组件20可以为能够与行程控制单元40配合实现稳定往复运动的任意结构，具体的，基于提高位移精度的考虑，收卷组件20可以包括支撑弧块21、沿行进方向的两端分别与支撑弧块21的内弧面、行程控制单元40输出端连接的伸缩件22；定位杆60远离导向槽的一端与支撑弧块21连接，圆柱体框架由多个支撑弧块21的外弧面围合而成。

上述伸缩件22包括气囊221，行程控制单元40为气泵，气泵向气囊221冲气，在定位杆60的导向作用下，可驱动支撑弧块21沿圆柱体框架径向外位移，增加与收卷隔膜之间的抵触压力，当气泵对气囊221进行抽气时，气囊221的内压减少，硬度降低，在隔膜缠绕压力下，实现支撑弧块21的缩退。

另外，上述伸缩件22包括与行程控制单元40输出端连接的行进螺杆222以及螺接在行进螺杆222另一端的螺纹套223；螺纹套223与支撑弧块21连接；行程控制单元40可以为伺服电机，启动伺服电机后行进螺杆222正向或反向转动，在定位杆60的导向作用下，螺纹套223带动支撑弧块21前进或缩退。

实施例1

如图1所示，一种锂电池隔膜的收卷装置，包括控制处理单元10；行程控制单元40为气泵；由四个收卷组件20围合成的圆柱体框架，每个收卷组件20包括：支撑弧块21、沿行进方向的两端分别与支撑弧块21的内弧面、气泵的输出端连接的气囊221；

圆柱体框架由4个支撑弧块21的外弧面围合而成，本实施例中，相邻支撑弧块21之间留有间隙，支撑弧块21的外弧面内层设置压力传感器(图中未示出)，控制处理单元10与压力传感器、气泵电连接。

圆柱体框架外围还套设有伸缩套50；

圆柱体框架内固定有循环水箱30，开槽方向与支撑弧块21的行进方向平行的8个导向槽(图中未示出)开设在循环水箱30上，每个导向槽内均插置有定位杆60，定位杆60的另一端与支撑弧块21垂直行进方向的边侧连接；连接相同支撑弧块21的定位杆60对称设置。

使用时，S1,将一次分切后的9um隔膜卷绕在伸缩套50上，将循环水箱30与循环水温度为10℃的换冷站连通，收卷的同时进行隔膜冷定型，减少隔膜残余内应力释放，收卷规格为(300m*2000M)；

S2,收卷过程中，压力传感器实时检测不同气囊221所受压力值，并传输给控制处理单元10，控制处理单元10根据压力值驱动气泵对气囊221进行充气或抽气，实现压力值的增加或减少，维持伸缩套50表面等压，减少隔膜受挤压力形变；

S3,收卷完成后，通过气泵对气囊221进行抽气，使得伸缩套外径减少5mm，同时，切换循环水箱30与循环水温度为80℃的换热站连通，进行6h时效放置，在隔膜内应力释放无阻碍不受力情况下，加速释放隔膜内应力；

S4，将时效放置后的伸缩套50及其卷绕的隔膜装固定在圆柱体框架上，膨胀轴设定温度10℃，进行二次分切收卷。

实施例2

如图2所示，与实施例1不同的是：

行程控制单元40为伺服电机；

每个收卷组件20包括：碳纤维支撑弧块21、与伺服电机输出端连接的行进螺杆222以及螺接在行进螺杆222另一端的螺纹套223；螺纹套223与支撑弧块21连接；启动伺服电机后行进螺杆222正向或反向转动，在定位杆60的导向作用下，螺纹套223带动支撑弧块21前进或缩退；

隔膜收卷时，将循环水箱30与循环水温度为5℃的换冷站连通，收卷规格为2000m*2000M；

隔膜收卷完成后，伸缩套对应收缩30mm，在35℃下时效480h完成内应力释放。

将时效放置后的伸缩套50及其卷绕的隔膜装固定在圆柱体框架上，膨胀轴设定温度5℃，进行二次分切收卷。

比较例1

选用常规9um产品，使用170mm外径纸芯，缓冲棉硬度为20HA，一次分切张力为1N，速度30m/min，收卷规格为300mm*2000M，时效6h，进行测试，测试后进行二次分切，并进行测试。

比较例2

选用常规9um产品，使用210mm外径纸芯，缓冲棉硬度为80HA，一次分切张力为30N，速度120m/min，收卷规格为2000mm*2000M，时效480h，进行测试，测试后进行二次分切，并进行测试。

将上述实施例1-2与对比例1-2的隔膜性能测试均按照下述方法执行，并将结果记录在表1内：

塌边变形：将时效后隔膜，悬挂在支撑架上，引膜穿过双模薄膜平整度测量仪DCM2-T2N2-L1600D-20190845，平铺隔膜于定位线，保持隔膜单边与定位线重合，启动闭夹器，固定隔膜，测量长度为6m，配重标准依具M＝(30*宽度mm*长度m)g，悬挂配重，启动测试仪，15s后读数，选取读数最大值mm，在边缘判定为塌边，反之判定为变形。

褶皱暴筋：以目视及手触判定，凸起为暴筋，有鱼鳞状凹凸为褶皱。

表1

Claims (10)

1.一种锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，包括控制处理单元(10)、由至少两个收卷组件(20)围合成的圆柱体框架、用于驱动收卷组件(20)沿圆柱体框架径向做往复运动的行程控制单元(40)；

其中，收卷组件(20)用于围合成圆柱体框架的表层内设置有压力传感器，控制处理单元(10)与行程控制单元(40)、所述压力传感器电连接。

2.如权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，还包括控制所述圆柱体框架内温度的控温单元。

3.如权利要求2所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，控温单元包括设置在所述圆柱体框架内的循环水箱(30)，收卷组件(20)、行程控制单元(40)均与循环水箱(30)嵌合，循环水箱(30)设置有与换热/冷站相连的快接头。

4.如权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，控温单元可控制所述圆柱体框架内温度为5-10℃或25-85℃之间。

5.如权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，所述圆柱体框架外围还套设有伸缩套(50)。

6.如权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，还包括多个定位杆(60)、与地面相对静止设置的、槽长方向与收卷组件(20)的行进方向平行的多个导向槽，定位杆(60)的一端插置在所述导向槽内，另一端与收卷组件(20)连接。

7.如权利要求6所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，收卷组件(20)包括支撑弧块(21)、沿行进方向的两端分别与支撑弧块(21)的内弧面、行程控制单元(40)输出端连接的伸缩件(22)；

定位杆(60)远离导向槽的一端与支撑弧块(21)连接。

8.如权利要求7所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，伸缩件(22)包括气囊(221)，行程控制单元(40)为气泵，所述气泵控制气囊(221)冲/放气以驱动支撑弧块(21)在圆柱体框架径向做往复运动。

9.如权利要求7所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，伸缩件(22)包括与行程控制单元(40)输出端连接的行进螺杆(222)以及螺接在行进螺杆(222)另一端的螺纹套(223)；螺纹套(223)与支撑弧块(21)连接。

10.如权利要求1所述的锂电池隔膜的收卷装置，其特征在于，收卷组件(20)的行进范围为0-40mm。

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