CN201369354Y - 锂离子电池隔膜制备系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种锂离子电池隔膜制备系统，包括搅拌装置、挤出装置、冷却成型装置、双向拉伸装置、萃取装置、热处理装置、分切包装装置。且搅拌装置、挤出装置、冷却成型装置、双向拉伸装置、萃取装置、热处理装置、分切包装装置依次连接。本实用新型可以制作出12微米的超薄电池，且其具有成本低、稳定性好、使用寿命长的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电池隔膜制备系统，特别涉及一种锂离子电池隔膜制备系统。
背景技术
可充电锂离子二次电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性，又具有安全、可靠且能快速充放电等优点，因而成为近年来新型电源技术研究的热点。由于锂离子电池是绿色环保型无污染的二次电池，符合当今各国能源环保方面大的发展需求，在各行各业的使用量正在迅速增加。目前二次锂离子电池除广泛用于日常熟知的手机、笔记本电脑以及MP3等数码电子产品外，近年在电动车、电动自行车等一些大功率电池方面也已经开始使用。从2001年起，全球锂离子电池产量以每年40％的速度在迅速递增。
隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环性能等特性。性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。但是，以往的制备工艺会导致锂离子电池隔膜成孔不均匀且膜厚不均匀，从而影响锂离子电池的质量。
中国专利号为200710071919.X的实用新型专利公布了一种双螺杆挤出机连续溶解聚乙烯制备锂离子电池隔膜的方法。该双螺杆挤出机连续溶解聚乙烯制备锂离子电池隔膜的方法步骤如下：
一、将超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯和矿物油一同加入连续配料加料釜中，以10～60转/分的速度搅拌，将原料混合均匀，其中超高分子量聚乙烯与高密度聚乙烯的质量比为1∶1～15，超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯的总质量与矿物油的质量比为1∶5～15；
二、将混合物连续加入双螺杆挤出机，在40～240℃条件下，超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯在双螺杆挤出机中连续溶解于矿物油中，再由双螺杆挤出机以50～250转/分的速度连续挤出；
三、混合物按照超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯的总质量与矿物油的质量比为1∶5～15连续输入到狭缝模头内；
四、混合物通过狭缝模头挤到流延冷却辊，在10～100℃条件下流延成带状物；
五、萃取步骤四得到的带状物表面的矿物油；
六、在80～120℃条件下将带状物连续送入双向拉伸机6拉伸成薄膜；
七、萃取步骤六得到的薄膜表面的矿物油；
八、在80～120℃条件下，进行热定型2～10分钟；
九、将薄膜以3～20米/分速度收卷，得到锂离子电池隔膜。
上述方法解决了传统技术中薄膜成孔不均匀的问题，但是还存在着下述缺陷：
第一、上述方法中步骤四中的混合物只经过了一组流延冷却辊，导致其制得的锂离子电池隔膜厚度不够均匀。
第二、上述方法使用了两次萃取工艺，增加了制作成本。
第三、以上述方法制得的锂离子电池隔膜的厚度在15～60毫米之间，其薄膜最低厚度还显过厚。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种锂离子电池隔膜制备系统，以解决现有技术制得的锂离子电池隔膜厚度不够均匀且成本较高的缺陷。
本实用新型提出一种锂离子电池隔膜制备系统，包括：
用以将超高分子聚乙烯、交联剂、抗氧剂和矿物油进行搅拌的搅拌装置；
用以将经搅拌装置搅拌后的混合物加热挤出，形成基片的挤出装置，其与搅拌装置相连；
用以将经搅拌装置搅拌后的混合物加热挤出，形成基片的挤出装置，其与搅拌装置相连；
用以对挤出装置挤出的基片进行冷却成型的冷却成型装置，其与挤出装置相连；
用以对经冷却成型装置冷却成型的基片进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成薄膜的双向拉伸装置，其与冷却成型装置相连；
用以对双向拉伸装置拉伸成型的薄膜进行一次萃取，并萃取出薄膜中矿物油的萃取装置，其与双向拉伸装置相连；
用以将萃取装置萃取过的薄膜进行热处理的热处理装置，其与萃取装置相连；
用以将热处理装置处理过的薄膜进行卷曲，并分切包装的分切包装装置，其与热处理装置相连。
依照本实用新型较佳实施例所述的锂离子电池隔膜制备系统，冷却成型装置包括温度不同的六组冷却辊。
依照本实用新型较佳实施例所述的锂离子电池隔膜制备系统，萃取装置为萃取槽。
依照本实用新型较佳实施例所述的锂离子电池隔膜制备系统，挤出装置为双螺杆挤出机。
表1与表2分别为16μm及12μm的锂离子电池隔膜的指标。
表1
表2
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型在搅拌装置中加入了抗氧剂，抗氧剂可以延长隔膜使用寿命，电池隔膜是使用在电池内部的，延长隔膜使用寿命不仅保证了电池使用安全，也保证了电池的使用寿命。
2、本实用新型使用了冷却成型机，其可以将膜在拉伸前成型。使用冷却成型机的目的还在于使原材料中的超高分子聚乙烯在高温后不结晶，这样膜厚比较均匀，双向拉伸的时候拉出的膜的厚度均一性比较好，能够拉伸出12微米的超薄电池。
3、本实用新型的锂离子电池隔膜制备流程只使用了一次萃取工艺，减少了萃取剂的使用，降低了成本。
4、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜的厚度偏差可以控制在一个微米以内，厚度的均一性更好。
5、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜，隔膜的闭合温度可以达到130-170度。
6、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜熔化温度可以达到130-160度。
7、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜通孔率为30-70％。
附图说明
图1为本实用新型实施例的一种锂离子电池隔膜制备系统结构图；
图2为抗氧剂Irganox的化学结构式。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本实用新型。
请参见图1，其为本实用新型实施例的一种锂离子电池隔膜制备系统结构图。此锂离子电池隔膜制备系统包括搅拌装置103、挤出装置105、冷却成型装置107、双向拉伸装置109、萃取装置111、热处理装置113、分切包装装置115。且搅拌装置103、挤出装置105、冷却成型装置107、双向拉伸装置109、萃取装置111、热处理装置113、分切包装装置115依次连接。
在本实用新型的锂离子电池隔膜制备系统工作时，首先将一定比例的超高分子聚乙烯、交联剂、抗氧剂和矿物油加入搅拌装置103中以40～300rpm的速度充分进行搅拌。其中，矿物油与抗氧剂的质量比为1500～1600∶1，矿物油与超高分子聚乙烯的质量比为4～8∶1，交联剂与矿物油的质量比为1∶30～35。超高分子聚乙烯的分子量在100万到700万之间。交联剂为聚降冰片烯。抗氧剂由两种酚类抗氧剂Irganox和2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚混合而成，其作为稳定剂，可以保证电池隔膜在高温下不发生热氧化降解，可以保证高温条件下隔膜收缩率比较小。矿物油的可利用粘度等级为35～55之间。其中，抗氧剂Irganox的化学结构式如图2所示，其分子量为1178。
在超高分子聚乙烯、交联剂、抗氧剂和矿物油经过搅拌装置103的充分搅拌后，将其混合物加入挤出装置105，并以100～250℃加热连续挤出，形成基片，此基片的厚度为1～5mm。其中挤出装置105可以是双螺杆挤出机，其螺杆直径为10～120毫米，挤出量大于260公斤每小时，加热方式为分段式加热，机头的温度一般可以为100～160℃。
挤出装置105挤出基片后，将挤出的基片以2～20米/分钟的速度通过冷却成型装置107，并以5～40℃的温度范围对基片进行冷却成型。冷却成型装置107可以由六组冷却辊组成，每组冷却辊的温度不同，冷却成型可以使基片中超高分子聚乙烯不结晶，达到膜厚度均一的目的。
基片经过冷却成型装置107冷却成型后，再通过双向拉伸装置109以2～20米/分钟的速度进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成厚度为30～100μm、针刺强度为300～600gf的薄膜。双向拉伸装置109为横纵向同时拉伸，可以通过调节拉伸比例来调节拉伸强度，这样可以保证膜厚度均匀，横纵向拉伸比例可以根据膜厚程度进行调整。
薄膜经过双向拉伸装置109拉伸成型后，再经过萃取装置111进行一次萃取，并萃取出薄膜中的矿物油。萃取装置111可以是萃取槽。萃取装置111中的萃取剂可以是正葵烷、正庚烷、二氯甲烷等，其中烷烃类的萃取剂可以使薄膜中的矿物油99％完全析出。
薄膜经过萃取装置111萃取后，再通过热处理装置113将其在100～160℃的温度下对进行1～3分钟热处理。
最后通过分切包装装置115将薄膜进行分切包装。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型在搅拌装置中加入了抗氧剂，抗氧剂可以延长隔膜使用寿命，电池隔膜是使用在电池内部的，延长隔膜使用寿命不仅保证了电池使用安全，也保证了电池的使用寿命。
2、本实用新型使用了冷却成型机，其可以将膜在拉伸前成型。使用冷却成型机的目的还在于使原材料中的超高分子聚乙烯在高温后不结晶，这样膜厚比较均匀，双向拉伸的时候拉出的膜的厚度均一性比较好，能够拉伸出12微米的超薄电池。
3、本实用新型的锂离子电池隔膜制备流程只使用了一次萃取工艺，减少了萃取剂的使用，降低了成本。
4、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜的厚度偏差可以控制在一个微米以内，厚度的均一性更好。
5、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜，隔膜的闭合温度可以达到130-170度。
6、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜熔化温度可以达到130-160度。
7、利用本实用新型的工艺生产的电池隔膜通孔率为30-70％。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1、一种锂离子电池隔膜制备系统，其特征在于，包括：
用以将超高分子聚乙烯、交联剂、抗氧剂和矿物油进行搅拌的一搅拌装置；
用以将经该搅拌装置搅拌后的混合物加热挤出，形成基片的一挤出装置，其与该搅拌装置相连；
用以对该挤出装置挤出的基片进行冷却成型的一冷却成型装置，其与该挤出装置相连；
用以对经该冷却成型装置冷却成型的基片进行横、纵双向同时拉伸，使基片拉伸成薄膜的一双向拉伸装置，其与该冷却成型装置相连；
用以对该双向拉伸装置拉伸成型的薄膜进行一次萃取，并萃取出薄膜中矿物油的一萃取装置，其与该双向拉伸装置相连；
用以将该萃取装置萃取过的薄膜进行热处理的一热处理装置，其与该萃取装置相连；
用以将该热处理装置处理过的薄膜进行卷曲，并分切包装的一分切包装装置，其与该热处理装置相连。
2、如权利要求1所述的锂离子电池隔膜制备系统，其特征在于，该冷却成型装置包括温度不同的六组冷却辊。
3、如权利要求1所述的锂离子电池隔膜制备系统，其特征在于，该萃取装置为一萃取槽。
4、如权利要求1所述的锂离子电池隔膜制备系统，其特征在于，该挤出装置为一双螺杆挤出机。
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