CN203254650U - 一种双向拉伸pp隔膜强化退火设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向拉伸PP隔膜强化退火设备，包括：双工位放卷机（1）、强化拉伸机预热辊（2）、强化拉伸机慢拉伸辊（3）、气动橡胶压辊（4）、强化拉伸机快拉伸辊（5）、强化拉伸机冷却辊（6）、牵引切边装置（7）、卷边装置（8）、牵引展平辊（9）采用橡胶弓形辊；牵引展平辊（9）后设有双工位收卷机（10），双工位收卷机（10）采用双工位收卷机构，气动卡头；本实用新型有效的解决了解决双向拉伸PP隔膜的脆性高、韧性差、穿刺强度低、在隔膜加工和使用过程中不太适应的缺点，并能相应的提高电池的性能。

Description

一种双向拉伸PP隔膜强化退火设备

技术领域

本实用新型涉及双向拉伸PP锂离子电池隔膜新材料，尤其涉及的是一种双向拉伸PP隔膜强化退火设备。 

背景技术

我国锂离子电池的市场蓬勃发展，隔膜材料被称为电池的“第三电极”，在制造电池的材料中占有非常重要的地位。锂离子电池隔膜是一种多孔的薄膜，阻隔正负极防止电池内部短路，但允许离子流快速通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。随着锂电池越做越精巧，对隔膜的要求也越来越高。无论在哪种电池中，隔膜的作用都非常重要，至今为止我们还没有得到性能最佳理想的电池。同样，不同种类的电池隔膜也存在各种不足。 

优异的隔膜材料要有以下特点：1、绝缘，是电子导电的绝缘体；2、对电解液的排斥最小；3、热性能稳定性；4、机械强度高便于加工，5、对电解液的化学稳定好，不降解；6、能够有效地阻止颗粒、胶体或其它可溶物在正负电极之间的迁移；7、能够快速地被电解液浸润；8、厚度及其它的性质应该是均一的；9、电阻小，即对电介质离子运动的阻力要小，这样电池在大电流放电时的能量损耗就小。 

双向拉伸PP隔膜，经过二次拉伸和TDO的热定型，在结构上有了很大的变化，在拉伸过程中基本完成了β晶形向ａ晶形的转化，因此经过TDO的热定型段后，结晶度较高，影响了隔膜的韧性和穿刺强度。同时因为在高弹态拉伸过程中，成孔的同时在孔隙的尖角处也形成了应力集中点，按照断裂力学的观点，这个尖角处严重影响了隔膜的强度，在实际的试验中也证明这一点。为了对双向拉伸PP隔膜的强度，韧性，穿刺强度的提高，必须采用强化退火工序，本专利就是为了这种隔膜的强化退火工序而产生。 

实用新型内容

为了解决双向拉伸PP隔膜的脆性高、韧性差、穿刺强度低、在隔膜加工和使用过程中不太适应的缺点，如：它的孔隙率高对隔膜强度影响很大，不能使孔隙率与强度同时增高，另外它的热收缩较大，这是PP材料有形状记忆的特性决定的，因此对电池的安全性危害很大，本实用新型提供一种双向拉伸PP隔膜强化退火设备。 

本实用新型的技术方案如下： 

一种双向拉伸PP隔膜强化退火设备，包括： 

双工位放卷机（1），采用双工位放卷机构； 

强化拉伸机预热辊（2），共有3只，强化拉伸机预热辊（2）的辊筒直径为320㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.05μｍ； 3只强化拉伸机预热辊（2）采用交叉式排列，每个强化拉伸机预热辊（2）都配有气动橡胶压辊（4）；强化拉伸机预热辊（2）的辊筒采用3组油加热单元加热； 

强化拉伸机慢拉伸辊（3）采用双流道、对流形式的流道加热，配一气动橡胶压辊（4），强化拉伸机慢拉伸辊3的辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.02μｍ； 

气动橡胶压辊（4），共6只，气动橡胶压辊（4）的直径为120㎜，外面包覆的硅橡胶厚度20㎜； 

强化拉伸机快拉伸辊（5）采用双流道、对流形式的流道加热，配有水加热单元一套，配一套气动压辊，辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.02μｍ； 

强化拉伸机冷却辊（6），共2只，强化拉伸机冷却辊（6）采用双流道、对流形式的流道，单独驱动，配有水加热单元各一套，2只冷却辊，强化拉伸机冷却辊（6）的辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.05μｍ； 

牵引切边装置（7），共2套，在强化拉伸机冷却辊（6）与牵引展平辊（9）之间，两边各设有一把气动切边刀； 

卷边装置（8），共2套，设置在切边装置（7）的两边切刀下方； 

牵引展平辊（9）采用橡胶弓形辊； 

牵引展平辊（9）后设有双工位收卷机（10），双工位收卷机（10）采用双工位收卷机构，气动卡头。 

本实用新型有效的解决了PP干法双向拉伸隔膜的上述问题，并能相应的提高电池的其他性能。 

附图说明

图1为本实用新型双向拉伸PP隔膜强化退火设备结构示意图； 

1、双工位放卷机，包括工位A和工位B；2、强化拉伸机预热辊，共3只；3、强化拉伸机慢拉伸辊；4、气动橡胶压辊，6只；5、强化拉伸机快拉伸辊；6、强化拉伸机冷却辊，2只；7、切边装置，2套；8、卷边装置，2套；9、牵引展平辊；10、双工位收卷机，包括工位C和工位D； 

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。 

实施例1 双向拉伸PP隔膜强化退火设备 

参考图1，双向拉伸PP隔膜强化退火设备，包括： 

双工位放卷机1，采用双工位放卷机构，气动卡头，卡头适用于3英寸纸管芯，放卷的最大直径为450㎜，卷芯长度1600㎜。一个工位A放卷，另一个工位B安装新膜卷待用，翻转采用手动。放卷张力控制，采用张力传感器显示，手动调整磁粉制动器的电流。 

强化拉伸机预热辊2，共有3只，强化拉伸机预热辊3只采用双流道，对流形式的流道加热，减少强化拉伸机预热辊2的横向温度差。强化拉伸机预热辊2的辊筒直径为320㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.05μｍ。为了增加隔膜的包角，3只强化拉伸机预热辊2采用交叉式排列，为了减少隔膜在预热过程中的收缩每个强化拉伸机预热辊2都配有气动橡胶压辊4。预热辊筒的加热，采用3组油加热单元，循环加热，用流量 比率阀和智能仪表进行温度控制，强化拉伸机预热辊2的驱动系统采用伺服电机，各强化拉伸机预热辊2单独驱动，功率2.2KW。 

强化拉伸机慢拉伸辊3采用双流道、对流形式的流道加热，单独驱动，伺服电机功率4KW，配有油加热单元一套，配一气动橡胶压辊4，强化拉伸机慢拉伸辊3的辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.02μｍ。 

气动橡胶压辊4，共6只，气动橡胶压辊4的直径为120㎜，外面包覆的硅橡胶厚度20㎜，伸缩由气缸执行，气动橡胶压辊4的压力调整是根据气源的压力进行调整，每一气路设一个调压阀进行调节。 

强化拉伸机快拉伸辊5也采用双流道、对流形式的流道加热，单独驱动，伺服电机功率4KW，配有水加热单元一套，配一套气动压辊，辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.02μｍ。强化拉伸机慢拉伸辊3、强化拉伸机快拉伸辊5的间隙可以调整，一般控制在＜50㎜。 

强化拉伸机冷却辊6，共2只，强化拉伸机冷却辊6也是采用双流道，对流形式的流道，单独驱动，伺服电机功率2.2KW，配有水加热单元各一套，2只冷却辊，强化拉伸机冷却辊6的辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.05μｍ。 

牵引切边装置7，共2套，在强化拉伸机冷却辊6与牵引展平辊9之间，两边各设有一把气动切边刀，采用剃须刀片，把因为拉伸颈缩的较厚的边切掉。两把切刀，手动按钮气动控制。牵引展平辊9是单独驱动，辊筒直径为320㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.05μｍ。 

卷边装置8，共2套，在切边装置7的两边切刀下方，设有废边卷取装置，速度可调整，与生产速度同步，采用3英寸纸卷芯，收到满卷后可以更换。 

牵引展平辊9采用橡胶弓形辊，它的弓度可以调整，主要是为了收卷隔膜时，隔膜不皱。 

牵引展平辊9后设有双工位收卷机10，双工位收卷机10采用双工位收卷机构，气动卡头，一个工位C收卷，另一个工位D安装纸卷芯待用，翻转采用手动。收卷张力控制，采用张力传感器与伺服电机自动反馈控制。收卷芯的长度1600㎜，卷芯规格为3 英寸，收卷的最大直径450㎜。 

实施例2双向拉伸PP隔膜强化退火方法 

A1、双工位放卷机放卷； 

双向拉伸的PP隔膜分切成卷的隔膜，放在双工位放卷机1上，两边采用气动卡头顶紧，调整磁粉制动器的电流，使隔膜的放卷张力在2—5N/M，进入强化拉伸机预热辊2时，使隔膜表面平整并且无拉伸变形。 

A2、纵向强化拉伸 

从双工位放卷机1放卷位置A上的隔膜卷，剥离出隔膜头，将其固定在纵拉伸机2的穿膜链条上，通过强化拉伸机慢拉伸辊3、气动橡胶压辊4、强化拉伸机快拉伸辊5达到拉伸机冷却辊6辊，并通过切边装置7，卷边装置8，牵引展平辊9进入双工位收卷机10的C轴。当把隔膜穿过强化拉伸机后，调整放卷张力，待各辊上的隔膜都平整，无皱折后，先打下强化拉伸机预热辊2第一只辊的压辊，如果没有褶皱依次打下后面压辊。 

拉伸机的拉伸比范围；1:2,一般为1:1.3—1.4； 

辊筒加热介质和温度范围；强化拉伸机预热辊2温度135℃，油加热； 

预热辊的速比1:1.02:1.05； 

强化拉伸机慢拉伸辊3温度140℃，油加热； 

拉伸间隙选择30㎜； 

强化拉伸机快拉伸辊5温度:40℃，水加热； 

强化拉伸机冷却辊6 温度：40℃，水加热； 

各辊速调整方式:第一个预热辊12M/min，后面的速度按速度比例增加。 

强化拉伸比为1:1.35,生产速度为17.37M/min。 

A3、切边, 卷边, 牵引展平 

a、当隔膜进入收卷机正常收卷后，打下气动切边装置7，同时开启卷边装置8，切边宽度；50±20mm。 

b、切边之前，首先要启动牵引展平辊9 ，调整展平辊9对隔膜进行展平，有利于 后 边收卷。 

A4、双工位收卷； 

在收卷机的双工位，装上收卷纸芯，把从拉伸机冷却辊6出来的隔膜，通过切边装置7，牵引展平辊9的隔膜平整的贴在双工位收卷机收卷工位C轴的纸芯上，进行收卷，当切边装置7工序切边后，收卷张力已经稳定，按下手动按钮，换卷转盘运转，再把切过边的隔膜收卷在D轴新的卷芯上。如果隔膜厚度偏差不理想，为了消除厚度的累积误差，收卷机可以开启摆动，然后调整好张力和压力，开启静电消除器，隔膜可以自动正常收卷。 

收卷宽度：1500mm；卷芯的尺寸：3英寸。长度1600mm；摆动范围：±30mm；张力调整范围：38N；压力调整范围：65N；收卷直径达到450㎜，按动换卷按钮，把收卷的隔膜转到卸卷位置，手动； 

切断隔膜附在待用卷芯上，进行收卷，卸下收卷好的膜卷后，换上空的纸卷芯。 

3、通过强化拉伸和退火，提高隔膜的性能； 

⑴、通过加热和微拉伸还可以减少锂离子电池隔膜表面的发皱现象，其平整度也改善了，提高了纵向强度，降低了横向收缩率。 

以下表格是热处理拉伸前后的性能对比表 

注；收缩率的试验温度150℃，强度单位Mpa。 

⑵、隔膜热处理后的组装电池，容量分布得窄，且均匀，容量一致性较好。隔膜热处理提高了电池的容量一致性，提高了电池的合格率。 

⑶、隔膜热处理的电池同样具有较低的自放电率。这主要是因为隔膜经热处理后，会导致结构收缩、细微的孔径变小及孔隙率下降。这些因素均对正极活性材料的颗粒穿透隔膜起到很好的阻碍作用。 

⑷、隔膜经过再次加热退火，同时进行微拉伸，高分子聚合物在较高的温度下又经过一次纵向取向，可以改善在横拉伸过程中产生弓形对隔膜的影响。还能在一定程度上减少原膜的厚度偏差，因为隔膜厚的地方应力消除较快，所以再拉伸时就先拉伸，因为第三次拉伸温度较高所以隔膜的记忆效应较低，所以使厚度偏差小。 

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。 

Claims (1)

1.一种双向拉伸PP隔膜强化退火设备，其特征在于，包括：

双工位放卷机（1），采用双工位放卷机构；

强化拉伸机预热辊（2），共有3只，强化拉伸机预热辊（2）的辊筒直径为320㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.05μｍ；3只强化拉伸机预热辊（2）采用交叉式排列，每个强化拉伸机预热辊（2）都配有气动橡胶压辊（4）；强化拉伸机预热辊（2）的辊筒采用3组油加热单元加热；

强化拉伸机慢拉伸辊（3）采用双流道、对流形式的流道加热，配一气动橡胶压辊（4），强化拉伸机慢拉伸辊3的辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.02μｍ；

气动橡胶压辊（4），共6只，气动橡胶压辊（4）的直径为120㎜，外面包覆的硅橡胶厚度20㎜；

强化拉伸机快拉伸辊（5）采用双流道、对流形式的流道加热，配有水加热单元一套，配一套气动压辊，辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.02μｍ；

强化拉伸机冷却辊（6），共2只，强化拉伸机冷却辊（6）采用双流道、对流形式的流道，单独驱动，配有水加热单元各一套，2只冷却辊，强化拉伸机冷却辊（6）的辊筒直径180㎜，长度为1600㎜，表面粗糙度Ra=0.05μｍ；

牵引切边装置（7），共2套，在强化拉伸机冷却辊（6）与牵引展平辊（9）之间，两边各设有一把气动切边刀；

卷边装置（8），共2套，设置在切边装置（7）的两边切刀下方；

牵引展平辊（9）采用橡胶弓形辊；

牵引展平辊（9）后设有双工位收卷机（10），双工位收卷机（10）采用双工位收卷机构，气动卡头。