CN116198069A - 一种隔膜片保温流延挤出系统及其生产工艺 - Google Patents

一种隔膜片保温流延挤出系统及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种隔膜片保温流延挤出系统及生产工艺，属于锂电池隔膜生产技术领域，保温流延挤出系统为在流延成片之前，在流延模头2处增加热风机6，热风吹到从模头流出的熔融状原,7，保温片坯熔融料7，提高流延模头2附近环境温度，改善在贴辊之前迅速降温，在制片之前可以通过热风对刚流出的片坯熔融料7进行保温，减少在贴辊制片前因环境温度低迅速冷却，确保原料在流延模头2后保温，形成良好的结晶行为。可以得到表面平坦、厚薄均匀，边缘平直、无气泡、无杂质，对拉伸工艺适应性强，成膜率高的隔膜5产品，提高拉伸后膜的性能，通过温度传感探头608对挤出的原料进行温度测试，并根据温度的变化改变热风的风量。

Description

一种隔膜片保温流延挤出系统及其生产工艺
技术领域
本发明属于锂电池隔膜生产技术领域，具体涉及一种隔膜片保温流延挤出系统及其工艺。
背景技术
隔膜作为锂离子电池的关键部件之一，一方面起到阻隔正负极材料以防止短路的作用，另一方面需要为锂离子的迁移提供通道。隔膜质量好坏直接影响着锂离子电池体系的内阻、循环寿命及安全性能等。但是，隔膜片的好坏是后续成膜的关键。目前，现有的锂离子电池隔膜片流延工段挤出系统的工作原理为将塑化熔融后的物料经过滤网，分配器均匀地从模头挤出，成型薄片状熔料流延至平稳转动的辊筒，该工艺具有如下缺点： 模头与流延辊之间有一定的距离，熔融状态下的物料接触外部空气后表面温度降低提前产生较低温下的结晶，对锂离子电池隔膜的性能产生影响。目前设备厂商以及生产制造者对这一技术顽疾进行针对性解决。长距离的快速冷却较低温下的结晶普遍存在。CN201910651756.5公开了一种锂电池三层共挤隔膜生产设备，包括挤出平台、第一动力电机、第二动力电机、第一螺杆挤出机、第二螺杆挤出机、流延平台等，然而模头与流延辊之间有一定的距离，且距离较长，过程中，熔融状态下的物料接触外部空气后表面温度降低提前过早产生结晶，对隔膜生产工艺造成影响，产品仍存在孔径分布过宽、厚度均匀性较差、产品质量稳定性较低等问题，大部分产品只能用于低端领域，很难向动力汽车电池等对隔膜的孔径一致性、厚度均一性要求更高的高端领域拓展。在后续的生产工艺中，流延隔膜片的结晶形态以及成型状态决定后续拉伸成孔性，以及最终隔膜的性能。本领域技术人员亟待开发出一种隔膜保温流延挤出系统及其生产工艺以满足现有的应用市场和性能需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种隔膜片保温流延挤出系统及其生产工艺。
一种隔膜片保温流延挤出系统，包括压辊、流延模头、流延辊、牵引导辊、隔膜片、热风机，所述流延模头将熔融物挤出成片坯熔融料，流延模头下方设置有旋转的并其表面上流延成型由流延模挤出的片坯熔融料的流延辊以及压辊，所述流延辊与压辊之间施压形成辊隙并在该辊隙处将片坯熔融料夹压的同时成型成隔膜片，所述流延模头、流延辊下方，设置有对片坯熔融料热风保温到一定温度的热风机，所述隔膜片另一端连接牵引导辊。
通过隔膜片保温流延挤出系统，利用热风机对片坯熔融料进行加热，以往片坯熔融料从流延模头中在长距离的冷却下，加工厂房内的温度与片坯熔融料的温度差异大，迅速降温。
进一步的，所述热风机包括加热电阻、反射陶瓷板、加固器、卡槽、隔热板、外壳、出风口、温度传感探头、控制面板、鼓风机，其中外壳上设置有卡槽、出风口、温度传感探头、控制面板和鼓风机，所述加热电阻和反射陶瓷板嵌入在卡槽内，并通过加固器与外壳固定连接，所述隔热板设置在外壳内表面，所述鼓风机、反射陶瓷板、加热电阻、出风口按照从先到后的次第顺序进行空间排列，出风口的位置与片坯熔融料的位置相对应。
进一步的，所述片坯熔融料热风保温温度T与所述片坯熔融料的熔体温度Tm，满足125℃≤T≤Tm-25℃的关系。
例如，等规聚丙烯是结晶能力强的聚合物，隔膜片的好坏是后续成膜的关键。如果隔膜片提前在较低温度下迅速冷却，生产质量差，破膜现象往往发生在拉伸过程中，极大地影响隔膜产品的生产。
进一步的，所述流延辊是钢辊且内部中空且设有油冷内套。
进一步的，所述熔融物为熔体温度195~200℃的聚丙烯。
一种隔膜片保温流延挤出生产工艺，该工艺包括以下步骤：用流延模头将熔融物挤出成片坯熔融料，热风保温的热风机对片坯熔融料进行保温，保温温度为125~175℃，保温温度T与所述片坯熔融料的熔体温度Tm，满足125℃≤T≤Tm-25℃的关系，在流延模头表面上流延成型，经过流延辊与压辊夹压形成的辊隙同时成型成隔膜片，经导向牵引即得隔膜片，其中辊隙处将片坯熔融料夹压压力为0.3~0.4MPa，流延辊转速25~35m/min，流延辊表面温度为85~95℃，牵引导辊的速度为25~35m/min。
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种提高隔膜片生产稳定性、生产效率高、提高生产质量的流延机挤出系统及其生产工艺。隔膜片保温流延挤出系统为在流延机的模头处增加热风机，风机启动鼓风穿过热风机内部的反射陶瓷板，经过加热电阻将热风从出风口吹到从模头流出的片坯熔融料，提高模头附近环境温度，减缓片坯熔融料在贴流延辊之前的降温速度，极大程度上的改善隔膜片的结晶行为。通过热风机温度传感探头伺服保温，以往迅速降温得到明显改善，产品性能得到保证。整个流延挤出系统构造简单，造价低，效果好，形成表面平坦、厚薄均匀、边缘平直、无气泡、无杂质和“鱼眼”，对拉伸工艺适应性强，成膜率高的隔膜产品，产品质量好。
与现有的流延机生产工艺相比，本发明具有如下优点：
本发明在制片之前可以通过热风对刚流出的熔融状原料进行保温，减少原料在贴辊制片前因环境温度低而迅速降温；与现有技术熔融状原料直接贴辊不同，本发明在制片之前提高环境温度，确保原料在流延模头后可以缓慢地降温，形成良好的结晶行为，提高制片后膜的性能；与现有技术不同，本发明可以通过温度传感探头对挤出的原料进行温度测试，并根据温度的变化改变热风的风量。
附图说明
图1是实施例1隔膜片保温流延挤出系统的结构示意图；图2是实施例1热风机的结构示意图；图3是图2的侧视图；其中，1-压辊、2-流延模头、3-流延辊、4-牵引导辊、5-隔膜片、6-热风机，7-片坯熔融料，601-加热电阻、602-反射陶瓷板、603-加固器、604-卡槽、605-隔热板、606-外壳、607-出风口、608-温度传感探头、609-控制面板、610-鼓风机。
实施方式
实施例
如图1-图3所示，一种隔膜片保温流延挤出系统，包括压辊1、流延模头2、流延辊3、牵引导辊4、隔膜片5、热风机6，所述流延模头2将熔融物挤出成片坯熔融料7，流延模头2下方设置有旋转的并其表面上流延成型由流延模头2挤出的片坯熔融料7的流延辊3以及压辊1，所述流延辊3与压辊1之间施压形成辊隙并在该辊隙处将片坯熔融料7夹压的同时成型成隔膜片5，所述流延模头2、流延辊3下方，设置有对片坯熔融料7热风保温的热风机6，流延辊3是钢辊且内部中空且设有油冷内套，其中片坯熔融料7热风保温温度T为125℃，所述隔膜片5另一端连接牵引导辊4。而且，所述热风机6包括加热电阻601、反射陶瓷板602、加固器603、卡槽604、隔热板605、外壳606、出风口607、温度传感探头608、控制面板609、鼓风机610，其中外壳606上设置有卡槽604、出风口607、温度传感探头608、控制面板609和鼓风机610，所述加热电阻601和反射陶瓷板602嵌入在卡槽604内，并通过加固器603与外壳606固定连接，所述隔热板605设置在外壳606内表面，所述鼓风机610、反射陶瓷板602、加热电阻601、出风口607按照从先到后的次第顺序进行空间排列，出风口607的位置与片坯熔融料7的位置相对应。鼓风机610启动鼓风穿过热风机6内部的反射陶瓷板602，经过热电阻601将热风从出风口607吹到从流延模头2流出的片坯熔融料7，提高其及流延模头2附近环境温度。温度传感探头608对挤出的原料进行温度测试，并根据温度的变化改变鼓风机610的风量。
原料：按重量百分比计的，F302聚丙烯树脂华锦100%，DX-Z3C成核剂0.1%，在挤出转速150rpm、流延模头间歇1.8mm下，在1区175℃、2区185℃、3区190℃、4区195℃、5区200℃、6区200℃、7区200℃、8区195℃、模头195℃下挤出；
聚丙烯隔膜片保温流延挤出生产工艺，该工艺包括以下步骤：用流延模头将熔融物挤出成片坯熔融料，热风保温的热风机对片坯熔融料进行保温，保温温度为125℃，在流延模头表面上流延成型，经过流延辊与压辊夹压形成的辊隙同时成型成隔膜片，经导向牵引即得隔膜片，其中辊隙处将片坯熔融料7夹压压力为0.3MPa，流延辊3转速25m/min，流延辊表面温度为85℃，牵引导辊4的速度为25m/min。
隔膜片产品：隔膜片表面平坦、厚薄均匀、边缘平直、无气泡、无杂质和“鱼眼”，β晶含量90.8%，呈纤束结晶。
再将隔膜片产品150℃保温6h，室温28℃下冷拉50mm/min拉伸120%，热拉50mm/min130℃拉伸210%，135℃下定型15min，即得隔膜。
隔膜产品性能：厚度21.3μm、面密度13.5g/m2，穿刺强度3.6N，透过率4.23s/mL、孔隙率40.4%，拉伸强度MD133.4MPaTD0.401MPa、断裂伸长率MD35.4%TD132.3%、平均孔径1.1μm，无破膜、断膜的情况发生，不良品率0.1%。
对照例1
该对照例与实施例1相比，将热风机关闭，片坯熔融料在室温25℃、湿度50%下自然冷却，其余原料、步骤均与实施例1相同。
隔膜片产品性能：隔膜片表面平坦、厚薄均匀、边缘平直、无气泡、无杂质和“鱼眼”，β晶含量34.3%，呈模糊球晶结构。
隔膜产品性能：厚度21.4μm、面密度13.6g/m2，穿刺强度3.4N/μm，透过率4.16s/mL、孔隙率39.8%，拉伸强度MD135.6MPa、TD0.405MPa、断裂伸长率MD35.6%、TD133.6%、平均孔径1.1μm，有破膜、断膜的情况发生，隔膜不良品率8.6%。
可见没有热风机保温的生产条件下，片坯熔融料降温过快，难以形成良好的结晶行为，对后续的隔膜产品质量有严重影响。
实施例
一种隔膜片保温流延挤出系统，如图1所示，包括压辊1、流延模头2、流延辊3、牵引导辊4、隔膜片片5、热风机6，所述流延模头2将熔融物挤出成片坯熔融料7，流延模头2下方设置有旋转的并其表面上流延成型由流延模头2挤出的片坯熔融料7的流延辊3以及压辊1，所述流延辊3与压辊1之间施压形成辊隙并在该辊隙处将片坯熔融料7夹压的同时成型成隔膜片5，所述流延模头2、流延辊3下方，设置有对片坯熔融料7热风保温的热风机6，流延辊3是钢辊且内部中空且设有油冷内套，其中片坯熔融料7热风保温温度T为所述片坯熔融料的熔体温度Tm200℃-25℃=175℃，所述隔膜片5另一端连接牵引导辊4。而且，如图2~图3所示，所述热风机6包括加热电阻601、反射陶瓷板602、加固器603、卡槽604、隔热板605、外壳606、出风口607、温度传感探头608、控制面板609、鼓风机610，其中外壳606上设置有卡槽604、出风口607、温度传感探头608、控制面板609和鼓风机610，所述加热电阻601和反射陶瓷板602嵌入在卡槽604内，并通过加固器603与外壳606固定连接，所述隔热板605设置在外壳606内表面，所述鼓风机610、反射陶瓷板602、加热电阻601、出风口607按照从先到后的次第顺序进行空间排列，出风口607的位置与片坯熔融料7的位置相对应。鼓风机610启动鼓风穿过热风机6内部的反射陶瓷板602，经过热电阻601将热风从出风口607吹到从流延模头2流出的片坯熔融料7，提高其及流延模头2附近环境温度。温度传感探头608对挤出的原料进行温度测试，并根据温度的变化改变热风的风量。反射陶瓷板602可以阻隔热风传递的热量，沿出风口607传递，提高能源利用效率。
原料：按重量百分比计的100%S801树脂，2.16kg下230℃熔体流动速率2.62g/min，WBG-Ⅱ成核剂0.1%，在挤出转速150rpm、流延模头间歇1.8mm下，在1区175℃、2区185℃、3区190℃、4区195℃、5区200℃、6区200℃、7区200℃、8区195℃、模头185℃下，熔体温度200℃挤出；
聚丙烯隔膜片保温流延挤出生产工艺，该工艺包括以下步骤：用流延模头将熔融物挤出成片坯熔融料，热风保温的热风机对片坯熔融料进行保温，保温温度为175℃，在流延模头表面上流延成型，经过流延辊与压辊夹压形成的辊隙同时成型成隔膜片，经导向牵引即得隔膜片，其中辊隙处将片坯熔融料7夹压压力为0.4MPa，流延辊3转速35m/min，流延辊表面温度为95℃，牵引导辊4的速度为35m/min。
隔膜片产品：隔膜片表面平坦、厚薄均匀、边缘平直、无气泡、无杂质和“鱼眼”，β晶含量91.2%，呈纤束结晶。
再将隔膜片产品150℃保温7h，室温25℃下冷拉50mm/min拉伸120%，热拉50mm/min130℃拉伸210%，135℃下定型10min，即得隔膜。
隔膜产品性能：厚度21.6μm、面密度13.4g/m2，穿刺强度3.6N，透过率4.34s/mL、孔隙率40.2%，拉伸强度MD136.9MPa、TD0.412MPa、断裂伸长率MD34.7%、TD126.9%、平均孔径1.0μm，无破膜、断膜的情况发生，隔膜不良品率0.1%。
注：参考GB/T 36363-2018 锂离子电池用聚烯烃隔膜；用DSC计算材料的β晶相对含量，如下式所示Kβ=[Xβ/(Xα+Xβ)]×100%，其中40℃/min快速升温至210℃，保温3min，然后从210℃降温至30℃，在30℃恒温3min，再以10℃/min的升温速率升温至210℃。

Claims (6)

1.一种隔膜片保温流延挤出系统，其特征在于，包括压辊（1）、流延模头（2）、流延辊（3）、牵引导辊（4）、隔膜片（5）、热风机（6），所述流延模头（2）将熔融物挤出成片坯熔融料（7），流延模头（2）下方设置有旋转的并其表面上流延成型由流延模头（2）挤出的片坯熔融料（7）的流延辊（3）以及压辊（1），所述流延辊（3）与压辊（1）之间施压形成辊隙并在该辊隙处将片坯熔融料（7）夹压的同时成型成隔膜片（5），所述流延模头（2）、流延辊（3）下方，设置有对片坯熔融料（7）热风保温到一定温度的热风机（6），所述隔膜片（5）另一端连接牵引导辊（4）。
2.根据权利要求1所述的隔膜片保温流延挤出系统，其特征在于，所述热风机（6）包括加热电阻（601）、反射陶瓷板（602）、加固器（603）、卡槽（604）、隔热板（605）、外壳（606）、出风口（607）、温度传感探头（608）、控制面板（609）、鼓风机（610），其中外壳（606）上设置有卡槽（604）、出风口（607）、温度传感探头（608）、控制面板（609）和鼓风机（610），所述加热电阻（601）和反射陶瓷板（602）嵌入在卡槽（604）内，并通过加固器（603）与外壳（606）固定连接，所述隔热板（605）设置在外壳（606）内表面，所述鼓风机（610）、反射陶瓷板（602）、加热电阻（601）、出风口（607）按照从先到后的次第顺序进行空间排列，出风口（607）的位置与片坯熔融料（7）的位置相对应。
3.根据权利要求1所述的隔膜片保温流延挤出系统，其特征在于，所述片坯熔融料（7）热风保温温度T与所述片坯熔融料的熔体温度Tm，满足125℃≤T≤Tm-25℃的关系。
4.根据权利要求1所述的隔膜片保温流延挤出系统，其特征在于，所述流延辊（3）是钢辊且内部中空且设有油冷内套。
5.根据权利要求1所述的隔膜片保温流延挤出系统，其特征在于，所述熔融物为熔体温度195~200℃的聚丙烯。
6.一种隔膜片保温流延挤出生产工艺，其特征在于，该工艺包括：用流延模头将熔融物挤出成片坯熔融料，热风保温的热风机对片坯熔融料进行保温，保温温度为125~175℃，在流延模头表面上流延成型，经过流延辊与压辊夹压形成的辊隙同时成型成隔膜片，经导向牵引即得隔膜片，其中流延辊（3）与压辊（1）之间施压形成辊隙并在该辊隙处将片坯熔融料夹压压力为0.3~0.4MPa，流延辊（3）转速25~35m/min，流延辊表面温度为85~95℃，牵引导辊（4）的速度为25~35m/min。
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