CN117477167A - 一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法，属于电池材料技术领域；装置包括集成于装置主体中的卷对卷设备、辊压设备、大气等离子体处理设备和真空等离子体处理设备；所述卷对卷设备用于传动并平整隔膜；所述大气等离子体处理设备和所述真空等离子体处理设备沿卷对卷设备的传动方向依次设置；所述辊压设备为若干个，分别设置于装置主体中的前端或后端。本发明针对锂电池涂覆隔膜，将辊压与等离子技术联用，开发辊压与等离子体改性一体化的处理装置及方法，实现“边辊压边处理”的效果，具有重要的商业价值和现实意义。
Description
技术领域
本发明属于电池材料技术领域，涉及一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法。
背景技术
随着消费电子产品和电动交通工具市场的蓬勃发展，对于高效的电化学储能设备的需求日渐增加。锂电池作为现代电池技术的代表，具有轻量化设计、高能量密度、长循环寿命等诸多优势，被广泛应用到了交通运输、工业生产以及生活娱乐的电子器件中。当然，较高的能量密度也附加了一定的安全风险，锂电池在深度应用于大电流高功率用电设备中时仍面临严峻的安全挑战。高倍率充放电过程中产生的锂枝晶以及来自内部或外部的应力穿刺可能导致脆弱的聚烯烃隔膜发生破损，电池内部短接造成短路释热。除此之外，电池过度充放电积累的焦耳热或者外在的高温环境可能促使电极材料分解，隔膜受热收缩，同样可能导致电池产生严重的短路现象，进而发生剧烈的热失控，威胁使用人的人身财产安全。鉴于锂电池存在的热学和力学问题，开发具有高热稳定性和机械强度的电池隔膜一直是储能领域研究的焦点。
在电池隔膜表面涂覆安全性材料并进行固化是一种行之有效的策略，可协助构建兼备耐热性和机械强度的新型隔膜，有效抵抗极片边缘毛刺、高倍率充放电产生的内应力和金属枝晶、局部高热等不良情况对电池造成的安全及性能损伤。迄今为止，在锂电池隔膜领域，已有数量众多的涂覆隔膜被开发投入研究与使用，如氧化铝涂覆隔膜、聚偏氟乙烯涂覆隔膜、芳纶纳米纤维涂覆隔膜等。涂覆隔膜的设计提高了电池安全性能，但较多惰性材料的引入以及厚涂覆层的存在削弱了电池的电化学性能及体积能量密度。
等离子体技术作为一种高效清洁的处理手段，可改善涂覆层的纳米孔道结构，提高涂覆隔膜的表面能，同时，高能态粒子可促使气态前驱体与涂覆层发生化学反应，实现表面化学修饰以增强材料性能的效果。值得注意的是，等离子体技术的穿透厚度仅为纳米级，对微米级涂层厚膜的深度处理效果较差，同时对于涂覆隔膜的压实密度几乎毫无影响。单纯增加辊压工序无法有效控制隔膜涂覆层的回弹，同时会增加拆装隔膜料卷的步骤，复杂化锂电池涂覆隔膜的改性工艺，不利于商业化推广。因此，亟待开发一种联用辊压与等离子技术的一体化处理装置。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中等离子体技术或辊压工序只能改进某一关键问题，难以实现高安全和高性能兼顾的技术问题，提供一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，包括集成于装置主体中的卷对卷设备(1)、辊压设备(2)、大气等离子体处理设备和真空等离子体处理设备；所述卷对卷设备(1)用于传动并平整隔膜；所述大气等离子体处理设备和所述真空等离子体处理设备沿卷对卷设备(1)的传动方向依次设置；所述辊压设备(2)为若干个，分别设置于装置主体中的前端或后端。
进一步地，所述大气等离子体处理设备包括多自由度平台(7)；所述多自由度平台(7)内设置有高压放电控制装置(3)和储气瓶(4)；多自由度平台(7)上方设置有若干等离子体清洗模组(6)。
进一步地，所述多自由度平台(7)后端还设置有尾气回收连通口(8)，用于回收尾气。
进一步地，所述真空等离子体处理设备包括密闭处理空腔；所述密闭处理空腔内设置有放电电极(10)，放电电极(10)还包括放电阻挡介质；密闭处理空腔外部连接地线(11)；密闭处理空腔上端还连接有混合气体装置(9)。
进一步地，所述混合气体装置(9)上还设置有气体流量计；混合气体装置(9)内的载气为氮气、氩气、氢气、氙气、氧气、氦气、氟化碳和氟利昂中的一种或多种混合物。
进一步地，所述卷对卷设备(1)包括设置值于前端的放卷装置、后端的收卷装置以及若干组辊轴；收卷装置尾部连接锂电池改性涂覆隔膜料轴(13)；所述辊轴尾部连接伺服电机并集成于装置主体中。
进一步地，所述装置主体内壁上方还设置有气体传感器(5)，用于检测气体是否泄漏；所述卷对卷设备(1)上的隔膜两侧还设置有纠偏传感器(12)。
进一步地，所述真空等离子体处理设备为微波等离子体处理装置、远程微波等离子体处理装置或桌面微波等离子体处理装置。
第二方面，本发明提供一种上述装置的锂电池涂覆隔膜的一体化处理方法，包括以下步骤：
将安全型涂覆材料与粘结剂添加至有机溶剂中进行搅拌，得到涂覆浆料；
将涂覆浆料置于涂覆设备放料板上，进一步涂覆至锂电池基膜表面并进行溶剂挥发和干燥处理，得到涂覆隔膜料卷；
将涂覆隔膜料卷安装在卷对卷传输设备中，通过辊压设备(2)对隔膜料卷进行辊压，再经过大气等离子体处理设备在隔膜表面造孔，最后通过真空等离子体处理设备创造均匀的含氟表面并改善载流子分布，得到锂电池涂覆隔膜。
进一步地，所述溶剂挥发和干燥处理过程中同时进行尾气连续回收处理；所述安全型涂覆材料为金属氧化物、非金属陶瓷、无机聚合物、合成聚合物、生物大分子、多环化合物或有机无机复合材料；所述粘结剂为PVA、PVDF、PAA、PTFE、羧甲基纤维素、聚合物导电胶、环氧树脂和硅橡胶中的一种或多种混合物；所述有机溶剂为DME、DEE、DMF、NMP、丙二酮和乙二酸二甲酯中的一种或多种混合物；安全型涂覆材料与粘结剂的质量比为(1～10):1；安全型涂覆材料与粘结剂在涂覆浆料中的质量占比为1wt％～99wt％；所述锂电池基膜材质为PP、PE、PVA、PVDF、PP/PE/PP和芳纶中的一种或多种复合物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法，前置辊压设备与大功率大气等离子体处理设备联用，可创造等离子体处理的合适条件，在辊压结束与活性涂覆层回弹的间隙进行即时处理，创造丰富的纳米孔道结构，增强快离子传输能力。在涂覆隔膜表面造孔结束后，使用小功率的真空等离子体处理方式，激发高能态的氟等离子体使聚合物分子开环氟化，创造均匀的含氟表面以改善载流子分布。不同类型的等离子体设备联用，可创造具有丰富纳米孔道结构和高反应活性表层的锂电池涂覆隔膜，解决了传统改性方法只能改进某一关键问题，难以实现高安全和高性能兼顾的窘境。等离子体处理结束后顺次进行辊压以获得指定厚度的改性涂覆隔膜，反复的辊压工序可将隔膜厚度控制在商业化电池的可接收厚度范围内，避免电池体积能量密度的过度削弱。本发明相比于常见的表面改性方法(溶剂浸渍、喷涂、化学接枝、单纯等离子体刻蚀)，最大限度发挥了等离子体技术的处理能力，对锂电池涂覆隔膜具有更佳的处理效果。并且该工序可以在同一组卷对卷设备上连续进行，实现高性能隔膜的规模化处理与低劳力成本控制，极大改善了改性隔膜高制作成本、工序复杂、材料损耗大的问题；具有极强的商业化应用潜力。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明实施例方法流程图。
其中：1-卷对卷设备；2-辊压设备；3-高压放电控制装置；4-储气瓶；5-气体传感器；6-等离子体清洗模组；7-多自由度平台；8-尾气回收连通口；9-混合气体装置；10-放电电极；11-地线；12-纠偏传感器；13-锂电池改性涂覆隔膜料轴。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明实施例公开了一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，包括集成于装置主体中的卷对卷设备1、辊压设备2、大气等离子体处理设备和真空等离子体处理设备；所述卷对卷设备1用于传动并平整隔膜；所述大气等离子体处理设备和所述真空等离子体处理设备沿卷对卷设备1的传动方向依次设置；所述辊压设备2为若干个，分别设置于装置主体中的前端或后端。
在本发明一个可行的实施方式中，所述大气等离子体处理设备包括多自由度平台7；所述多自由度平台7内设置有高压放电控制装置3和储气瓶4；多自由度平台7上方设置有若干等离子体清洗模组6。
在本发明一个可行的实施方式中，所述多自由度平台7后端还设置有尾气回收连通口8，用于回收尾气。
在本发明一个可行的实施方式中，所述真空等离子体处理设备包括密闭处理空腔；所述密闭处理空腔内设置有放电电极10，放电电极10还包括放电阻挡介质；密闭处理空腔外部连接地线11；密闭处理空腔上端还连接有混合气体装置9。
在本发明一个可行的实施方式中，所述混合气体装置9上还设置有气体流量计；混合气体装置9内的载气为氮气、氩气、氢气、氙气、氧气、氦气、氟化碳和氟利昂中的一种或多种混合物。
在本发明一个可行的实施方式中，所述卷对卷设备1包括设置值于前端的放卷装置、后端的收卷装置以及若干组辊轴；收卷装置尾部连接锂电池改性涂覆隔膜料轴13；所述辊轴尾部连接伺服电机并集成于装置主体中。
在本发明一个可行的实施方式中，所述装置主体内壁上方还设置有气体传感器5，用于检测气体是否泄漏；所述卷对卷设备1上的隔膜两侧还设置有纠偏传感器12。
在本发明一个可行的实施方式中，所述真空等离子体处理设备为微波等离子体处理装置、远程微波等离子体处理装置或桌面微波等离子体处理装置。
参见图2，本发明实施例公开了一种采用上述装置的锂电池涂覆隔膜的一体化处理方法，包括以下步骤：
S1，将安全型涂覆材料与粘结剂添加至有机溶剂中进行搅拌，得到涂覆浆料；
S2，将涂覆浆料置于涂覆设备放料板上，进一步涂覆至锂电池基膜表面并进行溶剂挥发和干燥处理，得到涂覆隔膜料卷；
S3，将涂覆隔膜料卷安装在卷对卷传输设备中，通过辊压设备2对隔膜料卷进行辊压，再经过大气等离子体处理设备在隔膜表面造孔，最后通过真空等离子体处理设备创造均匀的含氟表面并改善载流子分布，得到锂电池涂覆隔膜。
在本发明一个可行的实施方式中，所述溶剂挥发和干燥处理过程中同时进行尾气连续回收处理；溶剂挥发与干燥处理的方式包括但不限于鼓风干燥、真空烘干、冷冻干燥、自然干燥中的一种或多种。形成的尾气为NMP、DMF、DME、DEE、VOCs中的一种或多种混合物。
在本发明一个可行的实施方式中，S1中的安全型涂覆材料采用包括但不限于金属氧化物(氧化铝、氧化镁、氧化锌等)、非金属陶瓷(氮化硼、氮化硅、硅酸盐、固态电解质等)、无机聚合物(聚硅氧烷、聚硫化物、硅橡胶等)等无机物，合成聚合物(对位芳纶、间位芳纶、聚甲基丙烯酸甲酯等)、生物大分子(多糖、脂质、多胺等)、多环化合物(环戊二烯、多环萜烯、芳香族多环醚等)等有机物，以及金属有机框架、纤维增强复合材料、有机包埋无机纳米晶体材料等有机无机复合材料中的一种或几种。粘结剂包括但不限于PVA、PVDF、PAA、PTFE、羧甲基纤维素、聚合物导电胶、环氧树脂、硅橡胶中一种或几种。有机溶剂包括但不限于DME、DEE、DMF、NMP、丙二酮、乙二酸二甲酯中的一种或几种。安全型涂覆材料与粘结剂的混合质量比例为(1～10):1，安全型涂覆材料与粘结剂在涂覆浆料中的质量占比为1wt％～99wt％。搅拌的方式包括但不限于搅拌机搅拌、球磨机搅拌、玻璃棒搅拌等。
在本发明一个可行的实施方式中，S2中使用的涂覆设备包括但不限于小型刮涂涂覆机、半自动旋涂涂覆机、大型压延涂覆机等。使用的锂电池基膜材质为PP、PE、PVA、PVDF、PP/PE/PP、芳纶中的一种或几种的复合物。涂覆方式为连续涂覆或间歇涂覆，安全型涂覆材料的涂覆面在隔膜正极侧、负极侧或双侧。涂覆浆料取用量与待涂覆基膜的面积有关，每平方米基膜涂覆浆料的取用量为0.1g～100g，涂覆速度为1mm/s～100mm/s，收卷张力为10％～50％，放卷张力为5％～45％，纠偏分中速度为1mm/s～10mm/s，涂覆厚度为1μm～1000μm。
在本发明一个可行的实施方式中，S3中使用的辊压方式为冷压或热压，辊压次数为两次或多次，等离子体处理方式为连续处理或间歇处理，等离子体处理的功率为1kW～100kW，不同次等离子体处理的强度可以相同或不同。辊压设备2的压力为1MP～30MP，等离子体处理装置处理时间为1s～10s，激发电压为1kV～99kV，放电区域为1mm～1000mm，载气流速为1L/min～100L/min。
在本发明一个可行的实施方式中，所述的锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法用于制备隔膜、正负极。
本发明的工作原理如下：
本发明所提出的锂电池涂覆隔膜的辊压与等离子体改性一体化处理方法，相比于常见的表面改性方法(溶剂浸渍、喷涂、化学接枝、单纯等离子体刻蚀)，最大限度发挥了等离子体技术的处理能力，对锂电池涂覆隔膜具有更佳的处理效果。以“辊压-等离子体清洗-辊压-等离子体接枝氟化-辊压”的设备及工序为例，具体表现在，前置辊压设备2与大功率大气等离子体处理设备联用，可创造等离子体处理的合适条件，可在辊压结束与活性涂覆层回弹的间隙进行即时处理，创造丰富的纳米孔道结构，增强快离子传输能力。在涂覆隔膜表面造孔结束后，使用小功率的真空等离子体处理方式，激发高能态的氟等离子体使聚合物分子开环氟化，创造均匀的含氟表面以改善载流子分布。不同类型的等离子体设备联用，可创造具有丰富纳米孔道结构和高反应活性表层的锂电池涂覆隔膜，解决了传统改性方法只能改进某一关键问题，难以实现高安全和高性能兼顾的窘境。等离子体处理结束后顺次进行辊压以获得指定厚度的改性涂覆隔膜，反复的辊压工序可将隔膜厚度控制在商业化电池的可接收厚度范围内，避免电池体积能量密度的过度削弱。值得注意的是，该工序可以在同一组卷对卷设备1上连续进行，实现高性能隔膜的规模化处理与低劳力成本控制，极大改善了改性隔膜高制作成本、工序复杂、材料损耗大的问题，同时所制取的高性能隔膜相比于同类型竞品在耐热性、机械强度、离子传输、产品一致性等方面表现出色。该发明所述的锂电池涂覆隔膜辊压与等离子体改性一体化装置及方法具有极强的商业化应用潜力。
实施例1：
步骤1，称量2g PMIA纳米纤维、200mgPVDF、10g DMF，先将10g DMF与200mgPVDF加入到30mL玻璃瓶中，使用磁力搅拌器在500r/min下完全溶解，溶解完毕后加入2g PMIA芳纶纤维，使用磁力搅拌器在500r/min、50℃下溶解分散均匀，制备得到粘稠的芳纶涂覆浆料；
步骤2，在涂覆机上安装PE基膜，打开涂覆机抽风，控制收卷张力为10％，放卷张力为20％，纠偏分中速度为6mm/s。待涂覆机运行稳定后打开后端烘箱温控开关，控制加热温度升至80℃；
步骤3，取10g步骤1所得的涂覆浆料置于放料板上，调整涂覆间距，启动涂覆机涂覆，控制涂覆速度为10mm/s，涂覆厚度为10μm，单面涂覆，使用三节式烘箱将涂覆后的隔膜完全烘干；
步骤4，涂覆完成后拆卸隔膜料卷，将料卷转移至卷对卷设备1上，顺次进行“辊压-等离子体清洗-辊压-等离子体接枝氟化-辊压”步骤，控制收卷张力为10％，放卷张力为20％，三次辊压厚度为5μm，辊压压力为10MPa。前后等离子体处理设备的功率分别控制为15kW和2kW，第一次处理使用氩氢混合气为载气，第二次处理使用氟化碳和氢气，混合比例为1:1，控制气体流量为5L/min，隔膜在电场中停留时间为3s；
步骤5，将处理后的隔膜料卷从卷对卷设备1中拆卸下来，干燥封存，待用。
通过上述步骤能获得经过氟化处理，表面负载有PMIA纳米纤维的F-PMIA@PE隔膜，
对F-PMIA@PE隔膜和普通的PE隔膜进行热稳定性测试(点燃试验、加热台原位红外热监测实验)和机械强度测试(测试杨氏模量)。测试发现F-PMIA@PE隔膜在点燃实验中表现出了明显的阻燃特性，普通PE隔膜在火焰下完全烧化。使用加热台进行原位的红外热监测发现，F-PMIA@PE隔膜隔膜表面热分布均匀，无明显的热点，130℃时仍未出现明显的热收缩。而普通PE隔膜在50℃时出现了明显的热点，在接近100℃时隔膜收缩变形严重。在杨氏模量测试中，普通PE隔膜的穿刺模量低于两百帕斯卡，而F-PMIA@PE隔膜隔膜的穿刺模量值在普通PE隔膜的三倍以上。这表明改性隔膜在热稳定性和机械强度方面有了很大的提升。
将改性隔膜应用于磷酸铁锂软包电池中并与普通商用PE隔膜进行对比可以发现，F-PMIA@PE隔膜隔膜装配的磷酸铁锂软包电池在高倍率充放电过程中具有更强的稳定性，最高可实现10C的倍率充放电。在电池长循环测试中，0.5C条件下，循环300圈，普通隔膜电池的容量衰减到不足首圈容量的70％，而改性隔膜电池的容量保持率在85％以上，库伦效率在98％以上。芳纶表面负载的含氟物质协助实现了锂离子的均匀分布，并参与构建了稳固的SEI层，保障了大电流充放电下电极表层物质的稳定性。
实施例2
步骤1，称量2g纳米氧化铝粉末、1.8gPVDF、10gNMP，先将10gNMP与1.8gPVDF加入到30mL玻璃瓶中，使用磁力搅拌器在500r/min下完全溶解，溶解完毕后加入2g纳米氧化铝粉末，使用磁力搅拌器在500r/min下分散均匀，制备得到纳米氧化铝涂覆浆料；
步骤2，在涂覆机上安装好PP基膜，打开涂覆机抽风，控制收卷张力为10％，放卷张力为20％，纠偏分中速度为6mm/s。待涂覆机运行稳定后打开后端烘箱温控开关，控制加热温度升至80℃；
步骤3，取10g步骤1所得的涂覆浆料置于放料板上，调整涂覆间距，启动涂覆机涂覆，控制涂覆速度为10mm/s，涂覆厚度为10μm，单面涂覆，使用单节烘箱将涂覆后的隔膜完全烘干；
步骤4，涂覆完成后拆卸隔膜料卷，将料卷转移至卷对卷设备1上。涂覆隔膜经过两次辊压后进行等离子体处理。控制收卷张力为10％，放卷张力为20％，辊压厚度为5μm，辊压压力为5MPa。等离子体处理设备使用气体为氩气，控制气体流量为5L/min，电场电压为10kV，隔膜在电场中停留时间为5s。
步骤6，将隔膜料卷从等离子体处理设备中拆卸下来，干燥封存，待用。
通过上述步骤可获得经过氩等离子体处理的纳米Ar-Al2O3@PP隔膜，对Ar-Al2O3@PP隔膜和普通的PP隔膜进行热稳定性测试(点燃试验、加热台原位红外热监测实验)和机械强度测试(测试杨氏模量)。测试发现Ar-Al2O3@PP@PP隔膜相较于普通PP隔膜基本不具备可燃性，在原位的红外热监测下发现Ar-Al2O3@PP@PP隔膜虽然和普通PP隔膜一样存在较多热点，但陶瓷的耐热性较好，改性隔膜在150℃时才出现明显的热收缩。将Ar-Al2O3@PP@PP隔膜应用于镍钴锰酸锂电池(NCM811)并与普通商用PP隔膜进行对比可以发现，改性隔膜电池在0.2C的低电流长循环过程中拥有略高的初始比容量，同时在前三百圈中的库伦效率始终在99％以上。循环寿命相较于普通隔膜装配的NCM811电池提高了1.5倍。这得益于氩氢混合气有效去除了氧化铝隔膜中的气孔和微观缺陷，减少晶格杂质和阻碍离子传导的物质，使得等离子体处理后的氧化铝隔膜具备了更好的离子传导性能。在长循环寿命测试中可以发现，Ar-Al2O3@PP隔膜装配的NCM811电池，实现了高于普通隔膜电池1.5-2.0倍的循环寿命。
实施例3
步骤1，称量200g纳米级蒙脱石粉末、120g氮化硼粉末，10gPVDF、100gDMF，将上述原料加入到10L的行星搅拌设备中，控制搅拌转速为100r/min，连续搅拌11h至混合均匀，制备得到陶瓷涂覆浆料。
步骤2，将步骤1所得的涂覆浆料转移至大型压延式涂覆机上，安装PP/PE/PP基膜进行涂覆。控制收卷张力为20％，放卷张力为30％，纠偏分中速度为8mm/s。待涂覆机运行稳定后打开后端烘箱温控开关，控制加热温度升至80℃；
步骤3，将涂覆隔膜安装到卷对卷设备1上，使用对辊机进行两次辊压。辊压厚度为5μm，辊压压力为5MPa。
步骤4，步骤3辊压的同时，在辊压机后端使用大气等离子体处理设备对涂覆隔膜进行处理，氮气用量为180–250LPM，获得造孔后的陶瓷涂覆隔膜。
步骤5，将隔膜料卷从等离子体处理设备中拆卸下来，干燥封存，待用。
通过上述步骤可获得经过等离子体造孔处理的陶瓷涂覆隔膜，该隔膜表现出优异的耐火性与良好的润湿性。在接触角测试中，普通隔膜与电解液的接触角约为25°，而造孔后的陶瓷涂覆隔膜具备18°以下的接触角。同时具备高的机械强度，耐穿刺性有了较大提升。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，包括集成于装置主体中的卷对卷设备(1)、辊压设备(2)、大气等离子体处理设备和真空等离子体处理设备；所述卷对卷设备(1)用于传动并平整隔膜；所述大气等离子体处理设备和所述真空等离子体处理设备沿卷对卷设备(1)的传动方向依次设置；所述辊压设备(2)为若干个，分别设置于装置主体中的前端或后端。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，所述大气等离子体处理设备包括多自由度平台(7)；所述多自由度平台(7)内设置有高压放电控制装置(3)和储气瓶(4)；多自由度平台(7)上方设置有若干等离子体清洗模组(6)。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，所述多自由度平台(7)后端还设置有尾气回收连通口(8)，用于回收尾气。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，所述真空等离子体处理设备包括密闭处理空腔；所述密闭处理空腔内设置有放电电极(10)，放电电极(10)还包括放电阻挡介质；密闭处理空腔外部连接地线(11)；密闭处理空腔上端还连接有混合气体装置(9)。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，所述混合气体装置(9)上还设置有气体流量计；混合气体装置(9)内的载气为氮气、氩气、氢气、氙气、氧气、氦气、氟化碳和氟利昂中的一种或多种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，所述卷对卷设备(1)包括设置值于前端的放卷装置、后端的收卷装置以及若干组辊轴；收卷装置尾部连接锂电池改性涂覆隔膜料轴(13)；所述辊轴尾部连接伺服电机并集成于装置主体中。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，所述装置主体内壁上方还设置有气体传感器(5)，用于检测气体是否泄漏；所述卷对卷设备(1)上的隔膜两侧还设置有纠偏传感器(12)。
8.根据权利要求7所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置，其特征在于，所述真空等离子体处理设备为微波等离子体处理装置、远程微波等离子体处理装置或桌面微波等离子体处理装置。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述装置的锂电池涂覆隔膜的一体化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将安全型涂覆材料与粘结剂添加至有机溶剂中进行搅拌，得到涂覆浆料；
将涂覆浆料置于涂覆设备放料板上，进一步涂覆至锂电池基膜表面并进行溶剂挥发和干燥处理，得到涂覆隔膜料卷；
将涂覆隔膜料卷安装在卷对卷传输设备中，通过辊压设备(2)对隔膜料卷进行辊压，再经过大气等离子体处理设备在隔膜表面造孔，最后通过真空等离子体处理设备创造均匀的含氟表面并改善载流子分布，得到锂电池涂覆隔膜。
10.根据权利要求9所述的一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理方法，其特征在于，所述溶剂挥发和干燥处理过程中同时进行尾气连续回收处理；所述安全型涂覆材料为金属氧化物、非金属陶瓷、无机聚合物、合成聚合物、生物大分子、多环化合物或有机无机复合材料；所述粘结剂为PVA、PVDF、PAA、PTFE、羧甲基纤维素、聚合物导电胶、环氧树脂和硅橡胶中的一种或多种混合物；所述有机溶剂为DME、DEE、DMF、NMP、丙二酮和乙二酸二甲酯中的一种或多种混合物；安全型涂覆材料与粘结剂的质量比为(1～10):1；安全型涂覆材料与粘结剂在涂覆浆料中的质量占比为1wt％～99wt％；所述锂电池基膜材质为PP、PE、PVA、PVDF、PP/PE/PP和芳纶中的一种或多种复合物。
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| CN202311478942.6A CN117477167A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法 |
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| CN202311478942.6A CN117477167A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法 |
Publications (1)
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| CN117477167A true CN117477167A (zh) | 2024-01-30 |
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| CN202311478942.6A Pending CN117477167A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 一种锂电池涂覆隔膜的一体化处理装置及方法 |
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| CN (1) | CN117477167A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116967106A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-10-31 | 芜湖天弋能源科技有限公司 | 一种提高锂电池极片粘附力的涂布设备及其工艺方法 |
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2023
- 2023-11-07 CN CN202311478942.6A patent/CN117477167A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116967106A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-10-31 | 芜湖天弋能源科技有限公司 | 一种提高锂电池极片粘附力的涂布设备及其工艺方法 |
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