CN207273925U - 一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置，包括热辐射室、远红外定向辐射加热器、压缩空气风刀、导向辊、卷绕辊和隔膜牵引装置；所述热辐射室内腔的顶部安装有远红外定向辐射加热器和压缩空气风刀，热辐射室内腔的底部也安装有远红外定向辐射加热器和压缩空气风刀，热辐射室内腔的中部依次安装有导向辊一、卷绕辊一、卷绕辊二、导向辊二，热辐射室的一侧设置有隔膜牵引装置。通过本实用新型应力处理装置的加热处理，能有效地去除电池隔膜内应力，得到低内应力隔膜材料，并有效地解决了商用聚烯烃类隔膜应力集中的性能缺陷，从而提高锂离子电池的安全性能及倍率性能。

Description

一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置。

背景技术

隔膜作为锂离子电池生产的关键材料，对电池的实际性能有着重要的影响，例如隔膜具有电子绝缘的作用，可避免电池内部发生短路；为离子传递提供通道，保证电化学反应顺利进行；在失控条件下隔膜可通过闭孔阻隔锂离子传递，防止发生安全事故。

目前，实现大规模商品化生产的锂离子电池隔膜均为聚烯烃类隔膜，在其生产过程中，需要通过设备对隔膜材料进行多次不同力度的物理拉伸，且主要是以拉力为主，导致隔膜材料蓄积了大量的内应力无处释放，隔膜的应力产生主要是因为聚烯烃高分子原材料在热熔过程中由固态变为液态时蓄留，同时在生产过程中不断的被拉伸而无缓冲及回弹装置或工艺，导致材料的内部结构蓄留的拉应力无处释放。应力的存在会使得隔膜材料易出现开裂、翘曲变形、甚至是产品尺寸发生变化的现象，如果将这种具有较强内应力的隔膜应用于电池组装，会导致隔膜在电化学过程中严重收缩变形，影响电池的安全性能。因此，为了有效地去除电池隔膜内应力，提高锂离子电池的安全性能，设计研发一种应力处理装置是该行业迫切需要解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置，其特征在于，包括热辐射室、远红外定向辐射加热器、压缩空气风刀、导向辊、卷绕辊和隔膜牵引装置。所述热辐射室内腔的顶部安装有远红外定向辐射加热器和压缩空气风刀，热辐射室内腔的底部也安装有远红外定向辐射加热器和压缩空气风刀，热辐射室内腔的中部依次安装有导向辊一、卷绕辊一、卷绕辊二、导向辊二。热辐射室的一侧设置有隔膜牵引装置，所述隔膜牵引装置包括底座、支架、第一气缸、第二气缸。所述支架固定在底座的一端，支架底部的两端分别安装有第一气缸，支架上部的两端分别安装有第二气缸，支架中部安装有隔膜放置架。所述隔膜放置架一端安装有PLC控制器，隔膜放置架另一端安装有电机。所述第一气缸的端部安装有第一伸缩体，第一伸缩体内设有第二伸缩体，第二伸缩体内设有第三伸缩体。所述第一伸缩体底部设有中空的腔体，所述第二伸缩体和第三伸缩体底部均设有气孔，这些气孔均与第一伸缩体底部的中空腔体相通。所述第三伸缩体内设有电磁铁，第三伸缩体上部设有弧形凹槽。所述第二气缸的端部安装有电磁铁，电磁铁的下部设有弧形凹槽，弧形凹槽内设有圆形的胶体，胶体中部设有可拆卸的金属夹块，胶体内围绕着金属夹块的三个面分别设有不可拆卸的金属块。所述底座上还安装有空压机。

进一步地，所述热辐射室内腔顶部和底部安装的两压缩空气风刀之间的夹角为40-55度，为了保证热辐射室内热量的分布均匀性，以及将热辐射室内的热量均匀地辐射于隔膜材料的正反两面，将风刀安装成相对夹角为40-55度的形式，从而使风刀吹出来的风更能辐射于整个隔膜幅面，更好地利用热能释放隔膜内部的蓄留应力。

进一步地，所述第一伸缩体底部的中空腔体两端安装有支撑块，一端的支撑块上安装有溢流阀，另一端的支撑块上安装有气管，该气管与空压机连通。当中空腔体与各伸缩体之间的空气压力超过设定值时，可通过溢流阀将多余的气体泄出。

进一步地，所述第一气缸上安装有电源，该电源与第一气缸端部的电磁铁电连接。

进一步地，所述第二气缸上安装有电源，该电源与第二气缸端部的电磁铁电连接。

本实用新型的优点在于：

1、通过加热处理能有效地去除电池隔膜内应力，得到低内应力隔膜材料。并有效地解决了商用聚烯烃类隔膜应力集中的性能缺陷，从而提高锂离子电池的安全性能及倍率性能。

2、目前，向高温微波室、热辐射室等工作环境内输送物料一般都是通过人工操作，存在一定的安全隐患。本实用新型采用隔膜牵引装置作为热辐射室的送膜装置，不再需要人工进入室内操作，不仅消除了安全隐患，通过PLC控制器的控制，输送时可使隔膜准确定位，大大拓展了隔膜的智能化生产空间。

3、胶体内围绕着金属夹块的三个面分别设置不可拆卸的金属块，利用金属块的自身重力，可使胶体在下降过程中不发生晃动，最终有效地落入弧形凹槽。

4、隔膜在热辐射室内按S形路径依次通过导向辊一、卷绕辊一、卷绕辊二、导向辊二，适当地延长了隔膜在热辐射室中的停留时间，使得应力的去除效果更好、更充分。

5、将风刀安装成相对夹角为40-55度的形式，可使风刀吹出来的风更能辐射于整个隔膜幅面，从而更好地利用热能释放隔膜内部的蓄留应力。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图

图2是隔膜牵引装置的侧视图

图3是图1A处的放大示意图

图4是图1B处的放大示意图

图中：1、热辐射室，2、远红外定向辐射加热器，3、压缩空气风刀，4、导向辊一，5、卷绕辊一，6、卷绕辊二，7、导向辊二，8、隔膜牵引装置，9、底座，10、支架，11、第一气缸，12、电源，13、PLC控制器，14、第二气缸，15、隔膜放置架，16、电磁铁，17、金属夹块，18、胶体，19、支撑块，20、溢流阀，21、气管，22、空压机，23、电机，24、隔膜，25、金属块，26、腔体，27、气孔，28、弧形凹槽，29、第一伸缩体，30、第二伸缩体，31、第三伸缩体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施阐述如下：

本实用新型所述热辐射室的长为2-5m，宽为1-5m，高为0.5-1m，以下实施例中热辐射室的长、宽、高分别取最大值5m、5m、1m，在高度只有1m的情况下，采用隔膜牵引装置作为热辐射室的送膜装置，相对于人工进入室内操作，不仅能消除安全隐患，输送时还可使隔膜定位更精确。

如图1和图2所示，一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置包括热辐射室1、远红外定向辐射加热器、压缩空气风刀3和隔膜牵引装置8。

所述热辐射室1内腔的顶部安装有远红外定向辐射加热器2和压缩空气风刀3，热辐射室1内腔的底部也安装有远红外定向辐射加热器2和压缩空气风刀3，热辐射室内腔顶部和底部安装的两压缩空气风刀3之间的夹角为50度。

热辐射室1内腔的中部依次安装有导向辊一4、卷绕辊一5、卷绕辊二6、导向辊二7。

热辐射室1的一侧设置有隔膜牵引装置8，所述隔膜牵引装置8包括底座9、支架10、第一气缸11、第二气缸14。所述底座9上还安装有空压机22，所述支架10固定在底座9的一端，支架10底部的两端分别安装有第一气缸11，支架10上部的两端分别安装有第二气缸14，支架10中部安装有隔膜放置架15。所述隔膜放置架15一端安装有PLC控制器13，隔膜放置架15另一端安装有电机23。

如图1和图4所示，第一气缸11的端部安装有第一伸缩体29，第一伸缩体29内设有第二伸缩体30，第二伸缩体30内设有第三伸缩体31。

所述第一伸缩体29底部设有中空的腔体26，腔体26两端安装有支撑块19，一端的支撑块19上安装有溢流阀20，另一端的支撑块19上安装有气管21，该气管21与空压机22连通。所述第二伸缩体30和第三伸缩体31底部均设有气孔27，这些气孔27均与第一伸缩体29底部的中空腔体26相通。

所述第三伸缩体31内设有电磁铁16，第三伸缩体31上部设有弧形凹槽28。

所述第一气缸11上安装有电源12，该电源12与第一气缸11端部的电磁铁16电连接。

如图1和图3所示，第二气缸14的端部安装有电磁铁16，电磁铁16的下部设有弧形凹槽28，弧形凹槽28内设有圆形的胶体18，胶体18中部设有可拆卸的金属夹块17，胶体18内围绕着金属夹块17的三个面分别设有不可拆卸的金属块25。

所述第二气缸14上安装有电源12，该电源12与第二气缸14端部的电磁铁16电连接。

使用前，先将金属夹块17从胶体18中取出，再将需要去除应力的隔膜24的端部用金属夹块17夹好后，将金属夹块17放入胶体18中，接通电源12使胶体18位于电磁铁16的弧形凹槽28内。PLC控制器发出指令，第一气缸11和第二气缸14同时伸出，第一气缸11端部的第一伸缩体29与第二气缸14端部的电磁铁16也随之伸出，当第一气缸11和第二气缸14伸出至设定位置，即第一气缸11端部的第一伸缩体29穿过导向辊一4并位于其下方、第二气缸14端部的电磁铁16穿过导向辊一4并位于其上方时，第一气缸11和第二气缸14停止工作。此时PLC控制器发出指令启动空压机22，压缩空气通过气管21进入第一伸缩体29底部的空腔26和气孔27，第二伸缩体30和第三伸缩体31在压缩空气的作用下向上伸出，直至第三伸缩体31位于胶体18的正下方。PLC控制器发出指令断开第二气缸14上的电源12，第二气缸14端部的电磁铁16与位于其下部的弧形凹槽28内的胶体18分离，胶体18在自身重力的作用下落入第三伸缩体31上部的弧形凹槽28内。开启第一气缸11上的电源12，开启空压机22，第二伸缩体30和第三伸缩体31回缩至第一伸缩体29内。位于第三伸缩体31上部的弧形凹槽28内的、安装有隔膜24的胶体18也随之落入第一伸缩体29内。

PLC控制器再次发出指令，第一气缸11和第二气缸14再次同时伸出，当第一气缸11和第二气缸14伸出至设定位置，即第一气缸11端部的第一伸缩体29穿过卷绕辊一5并位于其下方、第二气缸14端部的电磁铁16穿过卷绕辊一5并位于其上方时，第一气缸11和第二气缸14停止工作。启动空压机22，第二伸缩体30和第三伸缩体31在压缩空气的作用下向上伸出，直至第三伸缩体31位于第二气缸14端部的电磁铁16的下部时，开启第二气缸14上的电源12，断开第一气缸11上的电源12，安装有隔膜24的胶体18与第三伸缩体31上部的弧形凹槽28分离并与第二气缸14端部的电磁铁16连为一体。

周而复始，此后第一气缸11和第二气缸14继续伸出，重复前述动作，直至安装有隔膜24的胶体18通过卷绕辊二6、导向辊二7后输出。

工作时，开启远红外定向辐射加热器2和压缩空气风刀3，启动安装在隔膜放置架15上的电机23，隔膜24在热辐射室1内缓慢地向前运动，按S形路径依次从导向辊一4、卷绕辊一5、卷绕辊二6、导向辊二7后输出，在远红外定向辐射加热器2和压缩空气风刀3作用下，从而使隔膜蓄积的大量内应力得到有效释放，经过热辐射室1处理后得到的低应力隔膜材料，有效地解决了商用聚烯烃类隔膜应力集中的性能缺陷，从而提高了锂离子电池的安全性能及倍率性能。

当中空腔体26与各伸缩体之间的空气压力超过设定值时，可通过溢流阀20将多余的气体泄出。

当隔膜牵引装置8向热辐射室1内输送隔膜时，安装在隔膜放置架15上的电机23同步运转，也可使隔膜24能够更加顺利地通过热辐射室1内的各个导辊。

以上所述的第一气缸11与第二气缸14的伸出和回缩、空压机22的开启及关闭、电源12的断开闭合均由PLC控制器控制。

将通过本实用新型应力处理装置加热处理后得到的锂离子电池隔膜材料，与常规工艺生产的隔膜材料进行内应力对比检测，检测方法如下：

分别取以上两种隔膜材料100*50mm，采用0.1N恒拉力进行双向拉伸，拉伸比例为10%，保持拉伸状态并静置5min，卸掉拉力后，分别检测两种隔膜材料的塑性变形量。常规工艺生产的隔膜材料因为有内应力的存在，其拉伸后的塑性变形量小只有1%，使用时易变形，这样的隔膜在电化学过程中会严重收缩变形，影响电池的安全性能。本实用新型应力处理装置加热处理后的没有内应力或内应力较低的隔膜材料，拉伸后的塑性变形量较大，可达3%，塑性变形量大的隔膜弹性好，不易变形。

Claims (5)

1.一种锂离子动力电池隔膜应力处理装置，其特征在于，包括热辐射室、远红外定向辐射加热器、压缩空气风刀、导向辊、卷绕辊和隔膜牵引装置；所述热辐射室内腔的顶部安装有远红外定向辐射加热器和压缩空气风刀，热辐射室内腔的底部也安装有远红外定向辐射加热器和压缩空气风刀，热辐射室内腔的中部依次安装有导向辊一、卷绕辊一、卷绕辊二、导向辊二；

所述热辐射室的一侧设置有隔膜牵引装置，所述隔膜牵引装置包括底座、支架、第一气缸、第二气缸；所述支架固定在底座的一端，支架底部的两端分别安装有第一气缸，支架上部的两端分别安装有第二气缸，支架中部安装有隔膜放置架；所述隔膜放置架一端安装有PLC控制器，隔膜放置架另一端安装有电机；所述第一气缸的端部安装有第一伸缩体，第一伸缩体内设有第二伸缩体，第二伸缩体内设有第三伸缩体；所述第一伸缩体底部设有中空的腔体，所述第二伸缩体和第三伸缩体底部均设有气孔，这些气孔均与第一伸缩体底部的中空腔体相通；所述第三伸缩体内设有电磁铁，第三伸缩体上部设有弧形凹槽；所述第二气缸的端部安装有电磁铁，电磁铁的下部设有弧形凹槽，弧形凹槽内设有圆形的胶体，胶体中部设有可拆卸的金属夹块，胶体内围绕着金属夹块的三个面分别设有不可拆卸的金属块；所述底座上还安装有空压机。

2.如权利要求1所述的锂离子动力电池隔膜应力处理装置，其特征在于，所述热辐射室内腔顶部和底部安装的两压缩空气风刀之间的夹角为40-55度。

3.如权利要求1或2所述的锂离子动力电池隔膜应力处理装置，其特征在于，所述第一伸缩体底部的中空腔体两端安装有支撑块，一端的支撑块上安装有溢流阀，另一端的支撑块上安装有气管，该气管与空压机连通，当中空腔体与各伸缩体之间的空气压力超过设定值时，可通过溢流阀将多余的气体泄出。

4.如权利要求3所述的锂离子动力电池隔膜应力处理装置，其特征在于，所述第一气缸上安装有电源，该电源与第一气缸端部的电磁铁电连接。

5.如权利要求3所述的锂离子动力电池隔膜应力处理装置，其特征在于，所述第二气缸上安装有电源，该电源与第二气缸端部的电磁铁电连接。