CN116404356A - 一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法，属于锂离子电池隔膜生产技术领域，可解决锂离子电池隔膜在生产过程中容易产生形变的问题，本发明将纵向拉伸中，原来采用的L9‑L13共5段拉伸更改为L11‑L12共2段拉伸，经过实验发现，采用2段拉伸会有效减少膜面形变的产生，同时形变的深度也会有所降低。本发明将第一次横向拉伸中，夹边量由原来的1.3调整到2.1，经过实验发现，增大夹边量会改变对隔膜的拉伸程度，进而对形变造成影响。其它生产条件维持不变，可改善隔膜形变，降低产品不良率。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池隔膜生产技术领域，具体涉及一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法。
背景技术
随着消费电子产品（手机、平板、笔记本等）和新能源汽车在人们的生活中越来越普及，锂离子电池的需求越来越多，对锂离子电池的要求也越来越高。锂电池隔膜是锂离子电池中不可缺少的四大关键材料之一，它主要起到防止正负极直接接触而发生短路，同时使得电解液中的离子可以自由通过的作用。目前多用的聚烯烃多孔膜在生产过程中，由于机器设备原因和原料纯度以及生产工艺参数等因素的不稳定，在制造过程中会造成隔膜形变，而形变是因为在某一工序中使基膜产生内应力或应力释放不充分导致。因此，如何改善在隔膜生产过程中形变带来的异常问题已经成为隔膜制造行业急需解决的问题。
发明内容
本发明针对锂离子电池隔膜在生产过程中容易产生形变的问题，提供一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法。
本发明采用如下技术方案：
一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法，包括如下步骤：
第一步，混料和上料：将PE粉料和添加剂投入到料箱中进行均匀混合，通过风机吸送的方式，输送到存储斗内；
第二步，挤出混合：将第一步中的混合均匀的混料经过挤出机不同区域不同温度熔融后，通过T型模头挤出片材；
第三步，铸片冷却：将第二步得到的片材经过冷辊冷却成为固态厚片，贴附到辊面上；
第四步，纵向拉伸：将第三步得到的厚片经过纵向拉伸机拉伸，采用2段拉伸；
第五步，第一次横向拉伸：将第四步经过纵向拉伸的隔膜通过链夹传动到一次横向拉伸烘箱内，在此过程中，夹边量为2.1；
第六步，萃取：将第五步得到的薄膜通过导辊进入装有二氯甲烷的萃取槽内，将薄膜中的白油萃取出来，得到白色干膜，并将萃取槽中的白油回收液送入萃取液相回收系统进行分离回收；
第七步，第二次横向拉伸：将第六步拉伸得到的隔膜通过链夹传动到二次横向拉伸烘箱内进行拉伸；
第八步，热定型：将第七步中经过二次横向拉伸的隔膜通过导辊经过室温冷却后传送到热定型导辊上，进行干燥定型，得到干燥隔膜；
第九步，收卷：将第八步得到干燥隔膜通过收卷机进行收卷，得到大母卷隔膜；
第十步，分切：将第九步中收卷的隔膜经过行吊装置放置到分切装置上，根据生产规格进行分切。
进一步地，第一步中PE粉料和白油的质量比为29:71。
进一步地，第二步中所述挤出机包括剪切、混合和高温区域，温度分别为67℃-70℃、110℃-120℃和180℃-210℃。
生产线中使膜内积累应力的点：
1. 挤出：由于重力作用，使模头挤出料内部沿重力方向取向，积累了部分应力，但由于熔体热量高，且工序段靠前，不会对基膜产生过大的影响。
2. 纵向拉伸：
1）方式影响了基膜在纵向拉伸方向上的受力次数和大小，不同的方式所积累的应力不同；
2）速比越大，膜内积累的应力越多，定型速比越低，可使膜内应力得到释放；
3）拉伸温度越高，膜越容易被拉伸、取向，拉伸温度越低，会使膜内存在纵向应力积累，不易造成形变，定型温度越高，可使膜内应力得到释放。
3. 第一次横向拉伸：
1）预热段温度越高，可使膜片软化，分子结构易运动，便于膜充分的拉伸和取向，减少未取向的部分，甚至可提高拉伸强度和穿刺强度；拉伸段温度可使膜内分子发生取向，需要考虑孔隙率和透气值；定型段温度越高，应力释放会越多；
2）风机频率主要影响膜的受热，风机频率大会使膜受热迅速，内部结构变化较快；风机频率小使膜受热较慢，膜拉伸时取向不充分，内部产生应力；
3）幅宽是产生横向应力的重要原因。拉伸段数越多，拉伸会相对充分，产生的应力相对较少；定型段幅宽越小，膜在横向的应力越少，若不减小幅宽，保持最大幅宽，需要综合考虑，适当调整该段温度以消除膜内应力，起到定型作用。
4. 萃取：进入萃取槽的油膜会骤冷，油膜在第一次横向拉伸工序积累的应力会在这一工序保持。
5. 第二次横向拉伸：
该工序同样受到温度、风机频率和幅宽的影响，具体影响方式同第一次横向拉伸。
6. 热定型：该工序作为收卷前最后一步，对于消除应力有着重要的作用，速比越大，会使膜仍然受到较大的力，导致内部应力积累，容易造成形变，因此，该工序在不撕边的情况下，尽可能使用小的速比。
7. 收卷：张力越大，膜内积累的应力越多，虽然可以减少暴筋等缺陷，但不利于应力的释放，不利于改善形变。
8. 大分切：
1）放卷张力会有一定的拉伸效果，过大的放卷张力会使膜积累少量应力；
2）过大的收卷张力会产生翘边，且膜中间会收的很紧，积累大量应力。时效后，应力无法释放，会导致形变；
3）施加过大的压辊压力，同样会使膜受到挤压而形成内应力，无法释放的内应力，最终导致形变；
4）由于大母卷膜内应力积累，切刀切开膜后，会消除部分应力，不同部位积累应力不同，固调整切刀位置可使应力释放产生变化，利于改善形变。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明将纵向拉伸中，原来采用的L9-L13共5段拉伸更改为L11-L12共2段拉伸，经过实验发现，采用2段拉伸会有效减少膜面形变的产生，同时形变的深度也会有所降低。
2. 本发明将第一次横向拉伸中，夹边量由原来的1.3调整到2.1，经过实验发现，增大夹边量会改变对隔膜的拉伸程度，进而对形变造成影响。其它生产条件维持不变，可改善隔膜形变，降低产品不良率。
具体实施方式
一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法，包括如下步骤：
第一步，混料和上料：将PE粉料和添加剂投入到料箱中进行均匀混合，通过风机吸送的方式，输送到存储斗内；
第二步，挤出混合：将第一步中的混合均匀的混料经过挤出机不同区域不同温度熔融后，通过T型模头挤出片材；
第三步，铸片冷却：将第二步得到的片材经过冷辊冷却成为固态厚片，贴附到辊面上；
第四步，纵向拉伸：将第三步得到的厚片经过纵向拉伸机拉伸，采用2段拉伸；
第五步，第一次横向拉伸：将第四步经过纵向拉伸的隔膜通过链夹传动到一次横向拉伸烘箱内，在此过程中，夹边量为2.1；
第六步，萃取：将第五步得到的薄膜通过导辊进入装有二氯甲烷的萃取槽内，将薄膜中的白油萃取出来，得到白色干膜，并将萃取槽中的白油回收液送入萃取液相回收系统进行分离回收；
第七步，第二次横向拉伸：将第六步拉伸得到的隔膜通过链夹传动到二次横向拉伸烘箱内进行拉伸；
第八步，热定型：将第七步中经过二次横向拉伸的隔膜通过导辊经过室温冷却后传送到热定型导辊上，进行干燥定型，得到干燥隔膜；
第九步，收卷：将第八步得到干燥隔膜通过收卷机进行收卷，得到大母卷隔膜；
第十步，分切：将第九步中收卷的隔膜经过行吊装置放置到分切装置上，根据生产规格进行分切。
1. 纵向拉伸方式改变：纵向拉伸L9-L13共5段拉伸改为2段拉伸L11-L12主拉，通过改变纵向拉伸速比直接改变拉伸力度和速度，以此来对比拉伸方式对于膜面形变的影响。拉伸方式改变前后的速比如表1所示。
表1 拉伸方式改变前后的速比
时效前后各工位的形变程度如表2-表5所示，当前参数：由实验前的纵向拉伸L9-L13共5段拉伸，调整为2段拉伸（L11-L12）。
表2 时效前后1工位的形变程度
TS101卷号的平均孔径为45nm，泡点孔径为55.2nm。
表3 时效前后2工位的形变程度
表4时效前后4工位的形变程度
表5 时效前后5工位的形变程度
更改纵向拉伸方式后，5段拉伸变为2段拉伸，同时在定型区域做一定的回缩，纵向拉伸时间变短，拉伸区域相对集中，路程短，拉伸前后产生的回缩量减小，可以在一定程度上改善膜面形变。
2. 第一次横向拉伸夹边量调整：将第一次横向拉伸夹边量由原来的1.3调整到2.1，随着夹边量的增加，在进行横向拉伸时，拉伸方式会有变化，进而对形变产生影响，结果如表6-表10所示。
表6 夹边量调整之后时效前后1工位的形变程度
表7 夹边量调整之后时效前后2工位的形变程度
表8 夹边量调整之后时效前后3工位的形变程度
表9夹边量调整之后时效前后4工位的形变程度
表10 夹边量调整之后时效前后5工位的形变程度
卷号TS108的平均孔径为45nm，泡点孔径为55.3nm。
根据以上工艺参数进行生产，将纵向拉伸速比5段更改为2段，第一次横向拉伸的夹边量由原来的1.3调整到2.1，其它生产条件维持不变，可改善隔膜形变，降低产品不良率。
Claims (3)
1.一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，混料和上料：将PE粉料和白油投入到料箱中进行均匀混合，通过风机吸送的方式，输送到存储斗内；
第二步，挤出混合：将第一步中的混合均匀的混料经过挤出机不同区域不同温度熔融后，通过T型模头挤出片材；
第三步，铸片冷却：将第二步得到的片材经过冷辊冷却成为固态厚片，贴附到辊面上；
第四步，纵向拉伸：将第三步得到的厚片经过纵向拉伸机拉伸，采用2段拉伸；
第五步，第一次横向拉伸：将第四步经过纵向拉伸的隔膜通过链夹传动到一次横向拉伸烘箱内，在此过程中，夹边量为2.1；
第六步，萃取：将第五步得到的薄膜通过导辊进入装有二氯甲烷的萃取槽内，将薄膜中的白油萃取出来，得到白色干膜，并将萃取槽中的白油回收液送入萃取液相回收系统进行分离回收；
第七步，第二次横向拉伸：将第六步拉伸得到的隔膜通过链夹传动到二次横向拉伸烘箱内进行拉伸；
第八步，热定型：将第七步中经过二次横向拉伸的隔膜通过导辊经过室温冷却后传送到热定型导辊上，进行干燥定型，得到干燥隔膜；
第九步，收卷：将第八步得到干燥隔膜通过收卷机进行收卷，得到大母卷隔膜；
第十步，分切：将第九步中收卷的隔膜经过行吊装置放置到分切装置上，根据生产规格进行分切。
2.根据权利要求1所述的一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法，其特征在于：第一步中PE粉料和白油的质量比为29:71。
3.根据权利要求1所述的一种改善锂离子电池隔膜表面形变的方法，其特征在于：第二步中所述挤出机包括剪切、混合和高温区域，温度分别为67℃-70℃、110℃-120℃和180℃-210℃。
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