CN115365091A - 一种涂层隔膜烘干工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种涂层隔膜烘干工艺，包括：将涂层隔膜送入烘干装置中并使其在烘干装置中干燥，烘干装置内部的温度低于70℃，涂层隔膜输入烘干装置内的速度为第一速度，涂层隔膜输出烘干装置外的速度的第二速度，第二速度大于第一速度。保证烘干装置内部的温度处于小于70℃的范围内，且使涂层隔膜输出烘干装置的速度大于涂层隔膜输入烘干装置的速度，由于涂层隔膜在烘干装置中的输送存在速度差，可以在对涂层隔膜进行干燥的同时进行拉伸，能够降低隔膜的烘干温度，并减小涂层隔膜的褶皱程度，降低涂层隔膜在烘干工序的褶皱率。
Description
技术领域
本发明涉及隔膜加工技术领域，具体而言，涉及一种涂层隔膜烘干工艺。
背景技术
锂离子电池由于其具有高电压、比能量大、工作温度范围宽、比功率大及放电稳定等众多优点，被广泛应用于手机、电脑及电动汽车等领域。特别是当其应用于电动汽车领域时，要求锂离子电池的电压和容量要足够大，而随着电压和容量的不断增大，锂离子电池的安全风险也随之增大。
隔膜作为锂离子电池的关键材料之一对其安全性能影响重大。隔膜作为锂离子电池内部重要组件之一，其不仅能够隔离电池正负极，防止电池内部发生短路，同时又能使锂离子自由通过，形成锂离子移动的通道。目前市场上常用的锂离子电池隔膜制备原料是聚烯烃(聚乙烯和聚丙烯)材质，其熔点范围只有130-180℃，而锂离子电池特别是动力电池在大功率输出等情况下会释放大量的热，导致采用聚烯烃材料制成的隔膜出现熔融收缩，使锂离子电池内部正负极发生短路，严重影响锂离子电池的安全性能。
为了提高隔膜的耐热性能，现有技术一般会在聚烯烃隔膜表面涂覆一层有机或无机的耐高温涂层后形成涂层隔膜。涂层后的隔膜需要通过水洗槽去除残留的有机溶剂，接着进行烘干去除涂层隔膜的水分，再经由牵引收卷工序将干燥后的涂层隔膜收到卷芯上。
但涂层隔膜在进行烘干的过程中，为了保证干燥效果，烘干的温度设置较高，涂层隔膜进入烘干工序时，由于隔膜表面温度急剧上升,其涂层表面水分快速挥发，涂层隔膜易产生褶皱，导致报废。为了减小涂层隔膜的褶皱程度，降低烘干的温度是一种措施，但降低烘干的温度又会增加烘干时间，延长生产耗时。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请实施例提供一种涂层隔膜烘干工艺，可以降低涂层隔膜的烘干温度，并减少涂层隔膜在烘干工序中的褶皱率。
为实现上述目的，本申请实施例提供一种涂层隔膜烘干工艺，包括：将涂层隔膜送入烘干装置中并使其在烘干装置中干燥，烘干装置内部的温度低于70℃，涂层隔膜输入烘干装置内的速度为第一速度，涂层隔膜输出烘干装置外的速度为第二速度，第二速度大于第一速度。
经过水洗槽去除残留有机溶剂后的涂层隔膜被送入烘干装置中进行干燥，保证烘干装置内部的温度处于小于70℃的范围内，且使涂层隔膜输出烘干装置的速度大于涂层隔膜输入烘干装置的速度，由于涂层隔膜在烘干装置中的输送存在速度差，可以在对涂层隔膜进行干燥的同时进行拉伸，能够降低隔膜的烘干温度，并减小涂层隔膜的褶皱程度，降低涂层隔膜在烘干工序的褶皱率。
在本申请的部分实施例中，烘干装置内部的温度为40-60℃，第二速度与第一速度的比值为1.1-1.3。保证烘干装置内部的温度保持在40-60℃范围内，同时使涂层隔膜输出烘干装置的速度略大于其输入烘干装置的速度，对涂层隔膜施以适度的拉伸作用，既能减小涂层隔膜的褶皱程度，降低涂层隔膜在烘干工序的褶皱率，又能避免隔膜由于拉伸作用过大，长度过分拉长而使其宽度过分变窄，导致烘干后的隔膜在沿其宽度方向的形变量(横向形变量)过大。提高涂层隔膜的良品率。
在本申请的部分实施例中，第一速度30-70m/min，第二速度为33-80m/min。
使用一定的第一速度与第二速度，在对涂层隔膜进行适度拉伸的同时，使涂层隔膜在烘干设备中的移动速度适中，保证涂层隔膜在烘干装置中进行干燥的时间，保证了对其的烘干效果。
在本申请的部分实施例中，烘干装置内部设置有导辊，靠近烘干装置入口处的导辊为第一导辊，靠近烘干装置出口处的导辊为第二导辊，烘干工艺包括：第二导辊的线速度为第二速度，第一导辊的线速度为第一速度。
涂层隔膜经第一导辊输入烘干装置，再经由第二导辊输出烘干装置，通过控制靠近烘干装置进口的第一导辊以及靠近烘干装置出口的第二导辊的线速度，以对涂层隔膜进行适度拉伸，涂层隔膜的输送速度控制更加方便。
在本申请的部分实施例中，烘干装置内部流通有湿度不大于40％及风量为4-8m3/min的热风。
烘干装置中温度、湿度与风量保持在一定范围内，涂层隔膜进入烘干装置并在此环境中进行干燥，同时对涂层隔膜施以适度拉伸，既能保证烘干装置对涂层隔膜的烘干效果，又能降低涂层隔膜的褶皱率并使沿其宽度方向的形变量(横向形变量)控制在工艺范围内，提高烘干后涂层隔膜的良品率。
在本申请的部分实施例中，热风的湿度为20％-40％。进一步保证对涂层隔膜的烘干效果及降低其褶皱率。
本申请的部分实施例中，涂层隔膜的厚度为7-20μm，宽度为800-1300mm。7-20μm厚度及800-1300mm宽度的涂层隔膜进入温度、湿度及风量保持在一定范围内的烘干装置中进行干燥，保证烘干装置对涂层隔膜的干燥效果。同时对涂层隔膜施以适度拉伸，又能提高烘干后涂层隔膜的良品率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的烘干装置的结构示意图。
图标：100-烘干装置；111-第一导辊；112-第二导辊；113-进风口；114-出风口；200-涂层隔膜。
具体实施方式
为了提高隔膜的耐热性能，可以在基膜至少一表面均匀涂覆涂层浆料，涂层浆料形成涂层，涂层隔膜的构成包括涂层与基膜。
基膜可以是聚烯烃薄膜，聚烯烃薄膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚烯烃共聚物中的一种或多种。例如：基膜可以是聚丙烯薄膜或聚乙烯薄膜。
涂层浆料包括有机组分、无机组分及有机溶剂，各组分按照一定比例混合后即可形成涂层浆料，其中有机组分包括：聚偏氟乙烯PVDF、聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDAF-HFP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙酰亚胺PEI、聚乙烯醇PVA、聚烯丙基胺PAH和聚丙烯酸PAA中的一种或多种。
无机组分可以是陶瓷材料。可选地，陶瓷材料可以是氧化铝、勃姆石、二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、钛酸钡、凹凸棒中的至少一种。
有机溶剂可以是甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、二氯乙烷、四氢呋喃、乙酸乙酯中、N-甲基吡咯烷酮和二甲基乙酰胺的至少一种。
将涂层浆料设置在基膜上以后，可以形成涂层隔膜，但该涂层隔膜上残留有一定的有机溶剂，可以经过水洗槽去除涂层中残留的有机溶剂。经过水洗槽以后，会使涂层隔膜上具有较多水分，所以，可以对水洗后的涂层隔膜进行烘干以去除涂层隔膜的水分。
但是，在涂层隔膜的烘干过程中，为了保证其干燥效果，烘干温度通常设置较高，涂层隔膜表面温度急剧上升使得涂层隔膜表面水分快速挥发，涂层隔膜易产生褶皱。而为了减小涂层隔膜的褶皱程度，对烘干温度进行降低，又会增加烘干时间，降低生产效率。
为了改善上述问题，本申请实施例提供一种涂层隔膜的烘干工艺。图1为本申请实施例提供的烘干装置100的结构示意图，请参阅图1。烘干装置100内部间隔设置有上下双排导辊，涂层隔膜200在相邻导辊间上下移动。涂层隔膜200在每根导辊上具有一定的包角，示例性的，涂层隔膜200在每根导辊上的包角为180°。靠近烘干装置100入口处的导辊为第一导辊111，靠近烘干装置100出口处的导辊为第二导辊112，第一导辊111的线速度为第一速度，第二导辊112的线速度为第二速度。
在其他实施例中，烘干装置100内部导辊还可以是单排间隔设置。
在本申请实施例提供的涂层隔膜烘干工艺中，第一导辊111旋转带动涂层隔膜200输入烘干装置100，涂层隔膜200输入烘干装置100内的速度为第一速度，涂层隔膜200在烘干装置100中移动至第二导辊112，经由第二导辊112输出烘干装置100，涂层隔膜200输出烘干装置100外的速度为第二速度，第二速度大于第一速度。涂层隔膜200被送入烘干装置100中并使其在烘干装置100中干燥，同时，烘干装置100内部的温度低于70℃。对进入温度低于70℃的烘干装置100中的涂层隔膜200施以拉伸作用，可以降低涂层隔膜200的烘干温度，同时减小涂层隔膜200的褶皱程度，降低其褶皱率。
请继续参阅图1，本实施例中，烘干装置100为热风循环装置，烘干装置100上设置有进风口113与出风口114，进风口113与出风口114设置在垂直于涂层隔膜200移动方向上。进风口113与出风口114均与烘干装置100内部连通，温度低于70℃、湿度不大于40％及风量为4-8m3/min的热风从进风口113进入烘干装置100内部，再经由出风口114排出烘干装置100，使烘干装置100内部流通有湿度不大于40％及风量为4-8m3/min的热风，且使烘干装置100内部的温度低于70℃。
在其他实施例中，烘干装置100还可以使用红外加热等方式，使烘干装置100内部的温度低于70℃。
进一步的，热风的温度为40-60℃，使烘干装置100内部的温度保持在40-60℃范围内，且设定第二速度与第一速度的比值为1.1-1.3，涂层隔膜200输出烘干装置100的速度略大于其输入烘干装置100的速度，对涂层隔膜200以适度拉伸，既能降低涂层隔膜200在烘干工序的褶皱率，又能避免烘干后的隔膜在沿其宽度方向的形变量(横向形变量)过大，提高涂层隔膜200的良品率。
作为示例性地，烘干装置100内部的温度为40℃、50℃或60℃；第二速度与第一速度的比值为1.1、1.2或1.3。
为进一步保证对涂层隔膜200的烘干效果，同时降低其褶皱率，热风的湿度为20％-40％。
作为示例性地，热风的湿度可以为20％、25％、30％、35％或40％。
为了对涂层隔膜200以适度拉伸，作为示例性地，位于第一导辊111与第二导辊112之间的导辊的线速度沿涂层隔膜200移动方向逐渐增大，后端导辊的线速度可以大于或等于前端导辊的线速度，但始终保证第二导辊112的线速度与第一导辊111的线速度的比值为1.1-1.3。
在另一实施例中，位于第一导辊111与第二导辊112之间的后端导辊的线速度还可以小于前端导辊的线速度，但第二导辊112的线速度与第一导辊111的线速度的比值仍保持1.1-1.3。
进一步的，为保证烘干装置100对涂层隔膜200的烘干效果，第一速度设置为30-70m/min，第二速度设置为33-80m/min。
作为示例性地，第一速度为30m/min，第二速度33m/min；或，第一速度为40m/min，第二速度为52m/min；或，第一速度为50m/min，第二速度为60m/min；或，第一速度为60m/min，第二速度为66m/min；或，第一速度为70m/min，第二速度为80m/min。
为了进一步保证对涂层隔膜200的烘干效果，同时提高其良品率，涂层隔膜200的厚度为7-20μm，宽度为800-1300mm。
可选地，基膜的厚度为2-14um，作为示例性地，基膜的厚度为2um、4um、6um、8um、10um、12um或14um。
涂层浆料可以涂覆于基膜一面之上形成单面涂层，可选地，涂层的厚度为3-20um，作为示例性地，涂层的厚度为3um、6um、9um、12um、15um、18um或20um；涂层浆料还可以涂覆于基膜的双面之上形成双面涂层，涂层的厚度为2-14um，作为示例性地，涂层的厚度为2um、4um、6um、8um、10um、12um或14um。
作为示例性地，涂层隔膜200的宽度可以为800mm、900mm、1000mm、1100mm、1200mm或1300mm。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
首先制备涂层隔膜200，包括：在厚度10μm的聚乙烯薄膜一表面均匀涂覆涂层浆料(浆料包括质量比依次为3:2:4的二氧化硅、聚偏氟乙烯PVDF和N-甲基吡咯烷酮混合后形成)，涂层浆料形成的涂层厚度为3μm，然后对其进行水洗后形成未经烘干的涂层隔膜200，涂层隔膜200的宽度为1000mm。
接下来对涂层隔膜200进行烘干，烘干装置100内部设置有上下双排导辊，靠近烘干装置100入口处的导辊的线速度为第一速度，靠近烘干装置100出口处的导辊的线速度为第二速度，第二速度为60m/min。同时烘干装置100中流通有湿度为25％及风量为6m3/min的热风，涂层隔膜200的烘干工艺如表1所示。
经过上述烘干工艺以后，对涂层隔膜200的褶皱率和沿其宽度方向的形变量(横向形变量)进行检测。其中，褶皱率的检测方法为：每个烘干工艺下得到相同卷数的隔膜，用米尺分别测量得到每个烘干工艺下各卷隔膜的褶皱部分面积之和与各卷隔膜的面积之和，并求取两者的百分比，即可得到每个烘干工艺下隔膜的褶皱率。沿涂层隔膜200宽度方向的形变量(横向形变量)的检测方法为：每个烘干工艺下得到相同卷数的隔膜，用米尺分别测量每个烘干工艺下各卷隔膜的放卷宽度之和L1与各卷隔膜的收卷宽度之和L2，L1减去L2的差再除以卷数即可得出横向形变量。检测结果如表1所示。
当涂层隔膜200褶皱率≤5％且涂层隔膜200沿其宽度方向的形变量(横向形变量)≤15mm时，烘干后的涂层隔膜200符合工艺要求。通过上述涂层隔膜200烘干工艺对涂层隔膜200进行干燥以后，确定涂层隔膜200的褶皱及在横向形变量，如表1。
表1涂层隔膜烘干工艺及涂层隔膜性能
从表1的内容可以看出，在烘干装置100内的温度小于70℃时，在烘干阶段对涂层隔膜200施以拉伸作用，能降低涂层隔膜200的褶皱率。
从表1的内容可以看出，当第二速度与第一速度的比值为1.1-1.3，且烘干装置100内部温度保持在40-60℃时，不仅可以改善涂层隔膜200褶皱的问题，降低涂层隔膜200的褶皱率，使涂层隔膜200的褶皱率不大于5％，还能使涂层隔膜200横向形变量不大于15mm，涂层隔膜200的褶皱率与横向形变量均在工艺范围内，提高涂层隔膜200良品率。
实施例2
实施例2是在实施例1的基础上进行的，两者区别在于：第二速度不同，且第二速度与第一速度的比值为1.2，烘干装置100温度保持在50℃。涂层隔膜200的烘干工艺如表2所示。
烘干后涂层隔膜200的褶皱率及沿其宽度的形变量(横向形变量)检测方法与实施例1保持一致。同样，当涂层隔膜200褶皱率≤5％且涂层隔膜200沿其宽度方向的形变量(横向形变量)≤15mm时，烘干后的涂层隔膜200符合工艺要求。通过上述涂层隔膜200烘干工艺对涂层隔膜200进行干燥以后，确定涂层隔膜200的褶皱及其横向形变量，如表2。
表2采用不同第二速度时涂层隔膜的性能
从表2内容可以看出，当第二速度≥90m/min，涂层隔膜200在烘干装置100中移动时间过快，进行烘干的时间不足，不能使涂层隔膜200烘干完全。第二速度≤20m/min，涂层隔膜200在烘干装置100中移动过慢，增加在烘干工序中的耗时。
使用33-80m/min的第二速度，且保证第二速度与第一速度的比值为1.1-1.3，在对涂层隔膜200进行适度拉伸的同时，使涂层隔膜200在烘干设备中的移动速度适中，保证烘干效果。
实施例3
首先制备涂层隔膜200，包括：在一定厚度的聚乙烯薄膜一表面均匀涂覆涂层浆料(浆料包括质量比依次为3:2:4的二氧化硅、聚偏氟乙烯PVDF和N-甲基吡咯烷酮混合后形成)，然后对其进行水洗后形成未经烘干的涂层隔膜200，涂层隔膜200的厚度及宽度如表3。
接下来对涂层隔膜200进行烘干，烘干装置100内部结构设置与实施例1相同，第二速度与第一速度的比值为1.2，涂层隔膜200的烘干工艺如表1所示。
烘干后涂层隔膜200的褶皱率及沿其宽度的形变量(横向形变量)检测方法与实施例1保持一致。当涂层隔膜200褶皱率≤5％且涂层隔膜200沿其宽度方向的形变量(横向形变量)≤15mm时，烘干后的涂层隔膜200符合工艺要求。通过上述涂层隔膜200烘干工艺对涂层隔膜200进行干燥以后，确定涂层隔膜200的褶皱及横向形变量，如表3。
表3不同厚度与宽度的涂层隔膜的性能
从表3内容可以看出，第二速度为60m/min、烘干装置100内部的温度为50℃及烘干装置100内部热风的湿度为25％情况下，当烘干装置100内部热风的风量≤3m3/min时，无法保证对13μm涂层隔膜200的烘干效果，烘干装置100内部热风的风量大小会影响涂层隔膜200的烘干效果。
从表3内容可以看出，第二速度为60m/min、烘干装置100内部热风的风量为6m3/min及涂层隔膜200厚度为13μm情况下，当烘干装置100内部热风的湿度≥45％时，无法保证对涂层隔膜200的烘干效果，烘干装置100内部热风的湿度会影响对涂层隔膜200的烘干效果。
从表3内容可以看出，第二速度为60m/min、烘干装置100内部的温度为50℃、烘干装置100内部的空气湿度为25％及烘干装置100风量≤6m3/min时，随着涂层隔膜200厚度的增加，褶皱率和横向形变量呈下降趋势，涂层隔膜200的厚度会影响其褶皱率和横向形变量。
从表3内容可以看出，在第二速度为60m/min、烘干装置100内部热风的风量为6m3/min、烘干装置100内部的空气湿度为25％及涂层隔膜200厚度为13μm情况下，当未经烘干的涂层隔膜200的宽度≥1400mm时，由于此宽度超过导辊的长度，涂层隔膜200经烘干工艺干燥后的褶皱率大幅上升；当未经烘干的涂层隔膜200的宽度≤700时，经烘干工艺干燥后，其横向形变量会相应增大。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种涂层隔膜烘干工艺，其特征在于，包括：
将涂层隔膜送入烘干装置中并使其在所述烘干装置中干燥，所述烘干装置内部的温度低于70℃；所述涂层隔膜输入所述烘干装置内的速度为第一速度，所述涂层隔膜输出所述烘干装置外的速度的第二速度，所述第二速度大于所述第一速度。
2.根据权利要求1所述的涂层隔膜烘干工艺，其特征在于，所述烘干装置内部的温度为40-60℃，所述第二速度与所述第一速度的比值为1.1-1.3。
3.根据权利要求2所述的涂层隔膜烘干工艺，其特征在于，所述第一速度为30-70m/min，所述第二速度为33-80m/min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的涂层隔膜烘干工艺，其特征在于，所述烘干装置内部设置有导辊，靠近所述烘干装置入口处的所述导辊为第一导辊，靠近所述烘干装置出口处的所述导辊为第二导辊；
所述烘干工艺包括：
所述第二导辊的线速度为所述第二速度，所述第一导辊的线速度为所述第一速度。
5.根据权利要求1-3任一项所述的涂层隔膜烘干工艺，其特征在于，所述烘干装置内部流通有湿度不大于40％及风量为4-8m3/min的热风。
6.根据权利要求5所述的涂层隔膜烘干工艺，其特征在于，所述热风的湿度为20％-40％。
7.根据权利要求1-3任一项所述的涂层隔膜烘干工艺，其特征在于，所述涂层隔膜的厚度为7-20μm，宽度为800-1300mm。
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