CN207925566U - 一种锂离子二次电池隔膜的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂离子二次电池隔膜的生产系统，包括挤出机、冷却辊、预拉伸装置、萃取装置、拉伸装置以及热处理装置，所述挤出机的出口下方设有冷却辊，所述冷却辊的末端设有预拉伸装置，所述预拉伸装置、萃取装置、拉伸装置以及热处理装置相邻两装置之间均设有传动辊。本实用新型实现了低速萃取，通过控制纵方向的拉伸比，从而实现高速化制膜。

Description

一种锂离子二次电池隔膜的生产系统

技术领域

本实用新型涉及电池隔膜生产技术领域，具体涉及一种锂离子二次电池隔膜的生产系统。

背景技术

锂离子二次电池因其能量密度高、循环寿命长，在消费电子、电动汽车、储能领域得到越来越广泛的应用。

隔膜是锂离子二次电池的重要组成部件之一，对于电池的特性，特别对电池的安全性有非常大的影响。隔膜根据其制造方法可以分为干法隔膜和湿法隔膜。湿法隔膜由于其优良的特性、厚度较薄适用于高能量密度的三元电池体系，与干法制膜工艺比较，其制造工艺复杂，生产成本较高，在电动汽车用电池领域大量使用湿法隔膜，存在一定的挑战。故急需一种高性能、低成本的制膜方法。提高隔膜的产品合格率，及提高隔膜的生产速度都可以有效的降低湿法隔膜的生产成本。

传统湿法制膜工艺为先拉伸后萃取，随着产线速度提升，萃取速度也随之变快，高速萃取会带来一系列问题：①高速萃取时，必须增加萃取槽长度，产线延长，生产线投资成本增加；②高速萃取时，萃取槽出口薄膜带液量大，萃取剂无法完全挥发，造成膜面不佳；③高速萃取对设备的精度要求提高，生产线稳定性不容易控制。综上所述，采用先拉伸后萃取的传统工艺，无法实现高速化生产，生产效率低。目前，传统的制膜工艺产线制膜速度为30-50m/min。

因此设计一种能够避免上述问题，能够快速、高效、高质的生产锂离子二次电池隔膜是该领域亟待解决的问题之一。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种具有快速、高效、高质等优点的锂离子二次电池隔膜的生产系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种锂离子二次电池隔膜的生产方法，包括如下步骤：

A1：将聚乙烯与成孔剂在挤出机中混合熔融，得到熔体；

A2：将步骤A1得到的熔体在冷却辊上冷却，形成含油基片；

A3：将步骤A2中的含油基片通过传动辊进入预拉伸装置中进行预拉伸，形成预拉伸基片；

A4：将步骤A3中的预拉伸基片通过传动辊送入具有超声波发生器的萃取装置中进行超声萃取，所述萃取装置中含有萃取剂，萃取结束后得到去油基片；

A5：将步骤A4中的去油基片通过传动辊进入拉伸装置中进行拉伸，形成薄膜；

A6：将步骤A5中薄膜通过传动辊传送到热处理装置中进行热处理，形成具有稳定孔结构的微孔隔膜。

在步骤A1中所述聚乙烯的粘均分子量为30万-250万，所述聚乙烯的质量百分比为15％-50％，所述成孔剂的质量百分比为50％-85％，所述成孔剂为矿物油或人工合成油。

在步骤A3中预拉伸的横向倍率或纵向倍率为0.1-5倍、温度为85-130℃，且预拉伸方式为单向预拉伸或者双向预拉伸；在步骤A5中拉伸的横向倍率或纵向倍率为1.1-10倍，所述步骤A5中的拉伸方式为单向拉伸或者双向拉伸。

在步骤A4中超声波的功率密度为1.0-2.95w/cm²、频率为10-200kHz；所述萃取剂与成孔剂互溶，且所述萃取剂为三氯甲烷、二氯甲烷或癸烷中的一种，萃取时间为3-5min。

在步骤A2中冷却辊中的温度为15-40℃，在步骤A6中热处理温度为 100-140℃。

所述步骤A6中的制膜速度为100m/min以上。

本实用新型还提供一种锂离子二次电池隔膜的生产系统，包括挤出机、冷却辊、预拉伸装置、萃取装置、拉伸装置以及热处理装置，所述挤出机的出口下方设有冷却辊，所述冷却辊的末端设有预拉伸装置，所述预拉伸装置、萃取装置、拉伸装置以及热处理装置相邻两装置之间均设有传动辊。

所述萃取装置内填充有萃取剂，且所述萃取装置包括萃取槽及位于所述萃取槽下方的多个超声波发生器。

所述萃取槽内设有多个传动辊，该多个传动辊位于所述萃取槽内萃取剂的液面下方与萃取槽底部之间，该多个传动辊构成W型或者V型结构。

所述挤出机为双螺杆挤出机，所述预拉伸装置为拉伸机，拉伸装置为拉伸机，热处理装置为热定型装置。

公式及常识

测量得到的微孔膜的如下理化性能：

厚度(微米)：GB/T 6672-2001ISO 4593:1993。使用小野测厚仪进行厚度测试。

拉伸强度(Kgf/cm2)：GB 6672-2001。使用岛津万能拉伸仪，在200mm/min 的速度下对宽度为15mm的样条进行拉伸。

针刺强度(gf)：用φ1mm的针在一定速度下穿破隔膜所需要的力。

透气度(秒/100ml)：用Gurley试验100mL空气通过φ1英寸圆截面所需要的时间。

孔隙率(％)：计算公式如下

《(原材料密度*样品面积*厚度)-重量》/(原材料密度*样品面积*厚度)。

本实用新型具有的有益效果：

本实用新型对含油基片进行一定程度的预拉伸，降低基片中聚乙烯与成孔剂的界面张力，使萃取剂更容易对成孔剂进行置换；然后对预拉伸后的基片采用超声波萃取，加快萃取剂在基片中的扩散，缩短萃取时间，提高萃取效率，为高速化生产奠定基础；因此本实用新型的制膜方法，实现了低速萃取，通过控制纵向拉的伸比，从而实现高速化制膜。

附图说明

图1为本实用新型锂离子二次电池隔膜的生产系统的结构示意图；

图2为本实用新型锂离子二次电池隔膜的生产工艺流程图；

图3为传统锂离子二次电池隔膜的生产工艺流程图。

其中，1-预拉伸装置，2-含油基片，3-传动辊，4-萃取槽，40-传动辊，5-拉伸装置，6-热处理装置，7-超声波发生器，8-冷却辊，9-挤出机，10-模头。

具体实施方式

本实用新型提供了一种锂离子二次电池隔膜的生产系统，下面以具体实施例来说明具体实施方式，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

参照图2所述的工艺流程图，将质量百分比为30％的聚乙烯(分子量为80 万)与质量百分比为70％的矿物油(40℃时，运动粘度为45-55mm²/s)混合，加入双螺杆挤出机，在195℃下充分熔融，熔体经过挤出机模头，在25℃的冷却辊上形成1mm厚的含油基片，所述冷却辊上牵引含油基片的速度为6m/min，之后含油基片在120℃的拉伸机中进行预拉伸形成预拉伸基片，横向拉伸倍率为2倍，纵向拉伸倍率为2倍，然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽，在17kHz的条件下萃取3min，形成去油基片，之后去油基片在传动辊的带动下进入拉伸机中，在120℃下进行拉伸，横向、纵向的拉伸倍率均为3.5 倍，得到薄膜，薄膜经过130℃热处理，形成具有稳定孔结构的微孔隔膜，测量微孔膜特性。上述各参数详见表1。

实施例2

参照图2所述的工艺流程图，将质量百分比为30％的聚乙烯(分子量为80 万)与质量百分比为70％的矿物油(40℃时，运动粘度为45-55mm²/s)混合，加入双螺杆挤出机，在195℃下充分熔融，熔体经过挤出机模头，在25℃的冷却辊上形成1mm厚的含油基片，所述冷却辊上牵引含油基片的速度为10m/min，之后含油基片在120℃的拉伸机中进行预拉伸形成预拉伸基片，横向拉伸倍率为4倍(无纵向拉伸)，然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽，在 17kHz的条件下萃取3min，形成去油基片，之后去油基片在传动辊的带动下进入拉伸机中，在120℃下进行拉伸，横向拉伸倍率为1.75倍，纵向拉伸倍率为 7倍，得到薄膜，薄膜经过130℃热处理，形成具有稳定孔结构的微孔隔膜，测量微孔膜特性。

实施例3

参照图2所述的工艺流程图，将质量百分比为30％的聚乙烯(分子量为80 万)与质量百分比为70％的矿物油(40℃时，运动粘度为45-55mm²/s)混合，加入双螺杆挤出机，在195℃下充分熔融，熔体经过挤出机模头，在25℃的冷却辊上形成1mm厚的含油基片，所述冷却辊上牵引含油基片的速度为15m/min，之后含油基片在120℃的拉伸机中进行预拉伸形成预拉伸基片，横向拉伸倍率为2倍，纵向拉伸倍率为2倍，然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽，在17kHz的条件下萃取3min，形成去油基片，之后去油基片在传动辊的带动下进入拉伸机中，在120℃下进行拉伸，横向、纵向的拉伸倍率均为3.5 倍，得到薄膜，薄膜经过130℃热处理，形成具有稳定孔结构的微孔隔膜，测量微孔膜特性。

实施例4

参照图2所述的工艺流程图，将质量百分比为30％的聚乙烯(分子量为80 万)与质量百分比为70％的矿物油(40℃时，运动粘度为45-55mm²/s)混合，加入双螺杆挤出机，在195℃下充分熔融，熔体经过挤出机模头，在25℃的冷却辊上形成1.6mm厚的含油基片，所述冷却辊上牵引含油基片的速度为 20m/min，之后含油基片在120℃的拉伸机中进行预拉伸形成预拉伸基片，横向拉伸倍率为4倍，纵向拉伸倍率为1.6倍，然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽，在17kHz的条件下萃取3min，形成去油基片，之后去油基片在传动辊的带动下进入拉伸机中，在120℃下进行拉伸，横向拉伸倍率为2 倍、纵向拉伸倍率为5倍，得到薄膜，薄膜经过130℃热处理，形成具有稳定孔结构的微孔隔膜，测量微孔膜特性。

实施例5

参照图2所述的工艺流程图，将质量百分比为50％的聚乙烯(分子量为80 万)与质量百分比为50％的石蜡油(40℃时，运动粘度为45-55mm²/s)混合，加入双螺杆挤出机，在195℃下充分熔融，熔体经过挤出机模头，在25℃的冷却辊上形成1.3mm厚的含油基片，所述冷却辊上牵引含油基片的速度为20m/min，之后含油基片在120℃的拉伸机中进行预拉伸形成预拉伸基片，横向拉伸倍率为4倍，纵向拉伸倍率为1.6倍，然后通过传动辊运送进入装有超声波发生器的萃取槽，在17kHz的条件下萃取3min，形成去油基片，之后去油基片在传动辊的带动下进入拉伸机中，在120℃下进行拉伸，横向拉伸倍率为2.5 倍、纵向拉伸倍率为7倍，得到薄膜，薄膜经过130℃热处理，形成具有稳定孔结构的微孔隔膜，测量微孔膜特性。

对比例1：

参照图3所述的工艺流程图，将质量百分比为30％的聚乙烯(分子量为80 万)与质量百分比为70％的矿物油(40℃时，运动粘度为45-55mm2/s)混合，加入双螺杆挤出机，在195℃下充分熔融，熔体经过挤出机模头，在25℃的冷却辊上形成1mm厚的含油基片，所述冷却辊上牵引含油基片的速度为6m/min，然后含油基片在120℃进行双向拉伸形成拉伸薄膜，横向拉伸倍率为7倍，纵向拉伸倍率为7倍，拉伸薄膜通过传动辊运送进入萃取槽进行萃取形成薄膜，薄膜经过130℃热处理，形成具有稳定孔结构的微孔隔膜，测量微孔膜特性。

表1为不同工艺参数与制膜速度的关系

本实用新型实施例中萃取速度为含油基片牵引速度与预拉伸纵向倍率乘积，制膜速度为含油基片牵引速度与总的纵向拉伸倍率乘积，传统工艺中萃取速度为含油基片牵引速度与拉伸纵向倍率乘积，制膜速度为萃取速度。本实用新型中的预拉伸的横向倍率或纵向倍率为0.1-5倍，拉伸的横向倍率或纵向倍率为 1.1-10倍，上述实施例以其中一个值为例。

通过实施例1与对比例1比较，在相同的制膜速度下，可以更低的速度进行萃取，解决了萃取速度制约制膜速度的难题。

实施例2、3、4、5与比较例1对比，在萃取速度不提升的情况下，通过不同的拉伸倍率(预拉伸纵向倍率×拉伸纵向倍率)，有效的提高了制膜速度。

对比上表，采用本实用新型工艺，实现了低速萃取，通过控制纵向拉伸比，从而实现高速化制膜。

表2为本实用新型的隔膜特性及与传统工艺对比

通过表2可以看出通过本实用新型生产的隔膜与传统工艺生产的隔膜的特性相同。

综上表明，采用本实用新型的制膜方法，实现了低速萃取，通过控制纵向的拉伸比、以及采用超声萃取的方式，实现高速化制膜，同时采用本实用新型的制膜方法不会改变隔膜的特性，与传统工艺生产的隔膜特性相同。

参考图1所示，本实用新型还涉及一种锂离子二次电池隔膜的生产系统，包括挤出机9、冷却辊8、预拉伸装置1、萃取装置、拉伸装置5以及热处理装置6，所述挤出机9的出口下方设有冷却辊8，所述冷却辊8的末端设有预拉伸装置1，所述预拉伸装置1、萃取装置、拉伸装置5以及热处理装置6相邻两装置之间均设有传动辊3。

所述预拉伸装置1、萃取装置、拉伸装置5以及热处理装置6依次衔接有传动辊3。

所述萃取装置内填充有萃取剂，且所述萃取装置包括萃取槽4及位于所述萃取槽4的底部设有多个超声波发生器7；所述萃取槽4内设有多个传动辊40，多个传动辊40设置于所述萃取槽4的萃取剂液面下方与萃取槽4底部之间，多个传动辊40构成W型或者V型结构。

所述挤出机9为双螺杆挤出机，所述预拉伸装置1为拉伸机，拉伸装置5 为拉伸机，热处理装置6为热定型装置。

所述系统在使用时，首先将成孔剂和聚乙烯投入到所述挤出机9中，在所述挤出机9中进行加热混合，形成混合熔料，该混合熔料经过所述挤出机9的模头10挤出，该熔料直接在所述冷却辊8上进行冷却(冷却辊中的温度为 15-40℃)，形成冷却的含油基片2，该含油基片2进入所述预拉伸装置1中(温度为85-130℃)，在所述预拉伸装置1中进行预拉伸(可为单向的横向或纵向预拉伸，或为双向的横向和纵向预拉伸，其中纵向为含油基片牵引的方向)，经过预拉伸装置1后形成预拉伸基片，该预拉伸基片在所述传动辊3的带动下进入所述萃取装置中，所述萃取装置中的萃取剂对拉伸基片中成孔剂的进行萃取，所述萃取装置中的超声波发生器7开启，所述超声波发生器7产生的超声波使萃取剂更易在预拉伸基片中进行扩散，进而使其分化溶解于萃取剂中，有效的提高了萃取效率，缩短萃取时间，其中超声波的功率密度为1.0-2.95w/cm²、频率为10-200kHz，萃取时间可为3-5min，其中萃取剂为三氯甲烷、二氯甲烷或癸烷中的一种。所述预拉伸基片经过萃取装置后形成了去油基片，该去油基片继续在传动辊40的带动下进入所述拉伸装置5，所述拉伸装置5对去油基片进行拉伸(可为单向的横向或纵向拉伸，或为双向的横向和纵向拉伸，其中纵向为去油基片牵引的方向)，使其形成薄膜，之后该薄膜在传动辊3的带动下进入热处理装置6(热处理温度为100-140℃)，经过热处理装置6处理后形成具有稳定孔结构的微孔隔膜。

本实用新型中的成孔剂为矿物油或人工合成油，本实用新型中的聚乙烯的粘均分子量为30万-250万，其中聚乙烯的质量百分比为15％-50％，成孔剂的质量百分比为50％-85％，本实用新型中的上述实施例是以聚乙烯的粘均分子量为80万，聚乙烯的质量百分比为30％，成孔剂的质量百分比为70％为例。本实用新型中的预拉伸可以为单向拉伸或者双向拉伸，拉伸亦可为单向拉伸或双向拉伸。

本实用新型所述的锂离子二次电池隔膜的生产系统，结构简单、操作方便、能够缩短生产周期，实现高速化隔膜生产，降低企业生产成本。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种锂离子二次电池隔膜的生产系统，其特征在于，包括挤出机、冷却辊、预拉伸装置、萃取装置、拉伸装置以及热处理装置，所述挤出机的出口下方设有冷却辊，所述冷却辊的末端设有预拉伸装置，所述预拉伸装置、萃取装置、拉伸装置以及热处理装置相邻两装置之间均设有传动辊。

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池隔膜的生产系统，其特征在于，所述萃取装置内填充有萃取剂，且所述萃取装置包括萃取槽及位于所述萃取槽下方的多个超声波发生器。

3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池隔膜的生产系统，其特征在于，所述萃取槽内设有多个传动辊，该多个传动辊位于所述萃取槽内萃取剂的液面下方与萃取槽底部之间，该多个传动辊构成W型或者V型结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的锂离子二次电池隔膜的生产系统，其特征在于，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述预拉伸装置为拉伸机，拉伸装置为拉伸机，热处理装置为热定型装置。