CN110739426A - 一种锂离子电池隔膜制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池隔膜制造装置，尤其涉及一种小型隔膜制造装置，包括：第一辊，烘干装置，第一拉伸辊，第二拉伸辊，夹持辊，第二辊，喷涂装置；所述展平装置，展平装置包括框架，立板，刮板，基膜刷；所述喷涂装置包括喷嘴，物料通道、内锥，以及凸出部和平坦部，本发明装置简单适合实验室、工厂试验制备质量稳定，均一的电池隔膜，喷涂的物料具有良好的嵌合性，物料之间的通道完整，本发明尤其适合多种组分物料喷涂形成隔膜，由本发明制备的隔膜稳定性良好，并且质量均一，重现性好。

Description

一种锂离子电池隔膜制备装置
技术领域
本申请涉及一种隔膜制备装置，尤其涉及一种用于锂电池隔膜制备装置，具体地说涉及一种小型锂电池隔膜制备装置，特别是用于小型生产测试用的隔膜制备装置。
背景技术
锂电池是新能源产业中的重要组成部分，是目前的研发重点和难点，锂电池的电池隔膜是电池中的重要成分，影响着锂离子电池的容量、循环性能以及安全性能。锂离子电池隔膜位于锂离子电池的正极和负极之间，因此锂离子电池隔膜必须要有丰富的微孔结构，可以使得锂离子自由通过的同时又阻止电子通过，从而完成在充放电过程中锂离子能够在正负极之间快速传输的任务。锂离子电池隔膜隔绝着正级和负极，当温度过高时，隔膜如果收缩或熔解会造成电池短路，造成事故，所以拥有微孔自闭的功能的隔膜有着更好的安全性。锂离子电池隔膜不仅需求着一般隔膜材料的基本性能，还对其他的性能有更高的要求，如更高的离子迁移率，化学稳定性，热稳定性、离子电导率，机械性能等性能。现有技术中使用最多锂离子电池隔膜是聚烯烃类的隔膜，主要是PE、PP以及PP/PE/PP多层膜。
而目前这些隔膜存在热稳定性不佳、离子迁移率低、化学稳定性不好、离子电导率不高、机械性能不佳问题；
例如，采用干法工艺制备的PP或者PE膜尽管在受热时保持形状，但是其机械强度较差，在使用过程中容易导致开裂，这会给消费者使用带来危险，以及缩短电池寿命。
再例如采用湿法工艺制作的微孔膜，其热稳定性相对较差。
无机涂层隔膜属于新兴的锂电池隔膜，该种隔膜具有优异的电化学性能和出色的热稳定性，在锂电池安全、高效性上具有重大意义，然而现有技术中的隔膜制备设备，一般为较为大型的膜复合设备，难以应用于试验性质和测试性质的生产过程，传统的膜制备装置通常包括很多辊装置以及压膜装置，难以应用到实验室制备或者工厂测试中。
而目前实验室制备膜装置又比较简陋，一般采用刮膜方法制备，然而刮膜方法尽管方便快捷，但是在产品质量稳定性方面难以保证；难以实现技术方案的再现性和产品一致性。
如现有技术中关于锂电池隔膜的制备装置如CN 207404564U公开的一种实现超低张力和压力的锂电池隔膜收卷装置，其有效解决了在低张力、压力下收卷隔膜时靠辊转动不均匀，避免了收卷产品端面不齐、内松外紧的情况；实现在超低张力、压力下的平稳收卷，在充分保证隔膜层空气含量的同时保证收卷产品的端面整齐，使内外收卷松紧一致，但其装置复杂，难以用于实验室制备或者工厂测试之用。
如现有技术JP2016124100 A，公开了一种分切装置，其卷绕辅助辊为凹型辊，并设置于卷绕的第1隔离件的卷绕位置与方向转换辊之间以缩短卷绕位置与其之前最近的辊之间的输送距离，同样存在装置复杂难以小规模使用的问题。
如现有技术CN109585752 A公开了一种个膜制备方法以及隔膜制造装置，其主要是通过在隔膜上声称一层耐热隔膜进而增强隔膜的安全性能，提高膜制造的不良率。
再如现有技术CN102442566A公开了一种锂电池隔膜复合机，该及其包括众多的卷装置以及辊装置，其结构复杂，而且占地面积比较大，难以在实验室或者工厂测试使用。
现有技术中关于有机和无机涂层隔膜的制备装置，实验室通常通过涂覆，喷涂，刮膜等手段进行制备隔膜，然而实验室手段比较原始，并且没有办法很好地固定喷涂材料，并且针对有机和无机涂层隔膜的制备一般需要添加较多的有机改性剂，较多的有机改性添加剂造成喷涂困难以及难以均匀成膜，这对于电池隔膜而言，会导致安全隐患和质量问题；
对于采用无机颗粒喷涂成膜技术领域，目前缺乏双甚至多组分无机颗粒制备锂离子电池隔膜，一般实验室或者工厂试验采用两个或者以上的喷嘴分别喷涂无机颗粒，这种无差别的喷涂无机颗粒难以适应多组分无机颗粒成膜，并且难以适应较少粘结剂成膜的要求，针对此，本发明解决了双组份甚至多组分无机成膜的问题，并且使得成膜质量稳定，再现性强，颗粒不易脱落。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种隔膜制造装置，尤其是一种方便用于实验室、工厂测试用的隔膜制造装置，通过本装置可以使得隔膜涂层材料不易脱落，并且使隔膜在卷绕过程中不易变形、褶皱，利于更换原料，方便调整原料可以实现实验室条件下装备的隔膜质量稳定产品再现性强。
为解决上述问题，本发明的隔膜制造装置包括：第一辊，第一辊用于卷绕基膜；第一辊动力装置，第一辊动力装置用于驱动第一辊转动；第一辊动力装置和第一辊通过齿轮、履带或者链条动力连接。
优选地，还包括展平装置，展平装置用于展平基膜，展平装置包括框架，立板，刮板，基膜刷；基膜穿过所述展平装置，展平装置包括前后立板，左右框架，左右框架呈倾斜对立设置，形成锥形，锥形缩小部位具有缝隙，左右框架上分别设置左右刮板，左右刮板交错设置，左右刮板用于刮平基膜，刮板宽度方向一端固接至左右框架上，刮板长度和框架同宽，刮板宽度方向另一端具有圆弧弯曲部位；左右框架端部固定有基膜刷，基膜刷前后交错设置。
优选地，所述基膜刷还可以适应性地粘附可选择的粘合剂。
优选地，刮板还可以选择地为刮刀、滚轮、压紧辊、压紧轮等。
优选地，还包括喷涂装置，喷涂装置位于基膜左右设置，喷涂装置为喷嘴，所述喷嘴为多组分喷嘴，喷嘴具有外壳，气体入口，第一物料通道，第二物料通道，第一和第二物料通道中心轴线平行，第一物料通道和第二物料通道端部为锥形，喷嘴还连接第一物料输入管，第二物料输入管以及气体管道，第一物料输入管和第二物料输入管均设置控制阀；
优选地，第一物料通道和第二物料通道设置在喷嘴内锥中，喷嘴内锥具有大于喷嘴外壳锥形的圆锥角，内锥和喷嘴外壳之间形成空隙逐渐减小的空隙，该空隙为气体通道；
优选地，内锥端部具有凸出部和平坦部，第一物料通道位于凸出部内，第二物料通道位于平坦部内，凸出部和平坦部具有高度差；所述凸出部和所述平坦部与喷嘴外壳之间形成颗粒混合通道。
优选地，第一物料通道与第二物料通道具有第一物料流速和第二物料流速，第一物料流速为第二物料流速的70-80％，第一物料通道具有大于第二物料通道的横截面积。
优选地，第一物料通道和第二物料通道的横截面形状为圆形、半圆或者椭圆形。
优选地，第一物料通道和第二物料通道的出口部均设置在内锥端部，第一物料通道出口为环形，第二物料通道出口位于第一物料通道出口环形通道的中心，第二物料通道出口突出于第一物料通道出口。
优选地，还具有烘干装置，烘干装置为干燥板，干燥板左右平行设置，优选地干燥板为电热板。
优选地，还包括第一拉伸辊，第二拉伸辊，第一拉伸辊和第二拉伸辊分别位于膜的两侧，第一拉伸辊和第二拉伸辊之间还设置与拉伸辊轴线平行的夹持辊，所述夹持辊为一对辊组，该一对夹持辊以相同的圆周速度进行纵向拉伸；夹持辊为一对橡胶辊，夹持辊之间具有一定的压力，优选地夹持辊之间的压力为0.02-0.3Mpa，夹持辊之间的压力旨在将膜两侧的喷涂物料压紧，而又不破坏喷涂物料形成的空隙层。
优选地，所述第一和第二拉伸辊具有适当的表面粗糙度，应当避免地拉伸辊和基膜之间的相对滑动，优选地粗糙度为0.7-1.2S；第一和第二拉伸辊表面为金属，优选地为镀铬表层；
第二辊，第二辊用于膜材料卷绕收集膜材料；
优选地第二辊和第一辊具有相同的驱动装置。
进一步地，所述凸出部和平坦部的高度差为1-2mm；
进一步地，所述气体通道中流通的气体为氮气、氦气、压缩空气等相对于喷涂物料惰性的的气体；
进一步地，第一物料和第二物料均为颗粒状物料、球形物料，并且第一物料和第二物料均经过改性。
本发明的有益效果：本发明装置简单适合实验室、工厂试验制备质量稳定，均一的电池隔膜，喷涂的物料具有良好的嵌合性，物料之间的通道完整，本发明尤其适合多种组分物料喷涂形成隔膜，多种物料在物料混合通道中混合喷出之后，在粗糙化的基材表面形成空隙良好，不易脱落的颗粒层，由本发明制备的隔膜稳定性良好，并且质量均一，重现性好。
附图说明
下面结合附图对本发明做出进一步的说明。
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明展平装置示意图；
图3是本发明展平装置截面示意图；
图4是本发明实施例1喷嘴装置示意图；
图5是本发明实施例2喷嘴装置示意图。
本申请所述的“第一”、“第二”、“左右”等应当做广义的理解，例如可以理解为并没有位置、次序的限定，这对于本领域技术人员来说应当是不受限制的，仅仅是为表述清楚本申请的合理的实施方式，本发明的实施例，落入所附加权利要求的精神和内涵范围内所有变化、修改和等同物。
具体实施方式
实施例1
参照附图1-3，本发明为一种小型隔膜制备装置，包括第一辊1，第一辊1用于卷绕基膜2；第一辊动力装置1-2，第一辊动力装置1-2用于驱动第一辊1转动；第一辊动力装置1-2和第一辊1通过齿轮、履带或者链条动力连接，展平装置3，展平装置3用于展平基膜，展平装置3包括框架3-2，立板3-1，刮板3-4，基膜刷3-3；基膜2穿过所述展平装置3，展平装置3包括前后立板3-1，左右框架3-2，左右框架3-2呈倾斜对立设置，形成锥形，锥形缩小部位具有缝隙，左右框架上分别设置左右刮板3-4，左右刮板3-4交错设置，左右刮板3-4用于刮平基膜2，刮板3-4宽度方向一端固接至左右框架3-2上，刮板3-4长度和框架3-2同宽，刮板3-4宽度方向另一端具有圆弧弯曲部位；左右框架端部固定有基膜刷3-3，基膜刷3-3前后交错设置。装置还包括喷涂装置9，喷涂装置9位于基膜2左右设置，喷涂装置9为喷嘴，所述喷嘴为多组分喷嘴，喷嘴具有外壳9-3，气体入口9-1，第一物料通道9-4，第二物料通道9-5，第一和第二物料通道中心轴线平行，第一物料通道和第二物料通道端部为锥形，喷嘴还连接第一物料输入管9-4-1，第二物料输入管9-5-1以及气体管道，第一物料输入管和第二物料输入管均设置控制阀9-6；第一物料通道9-4和第二物料通道9-5设置在喷嘴内锥9-2中，喷嘴内锥具有大于喷嘴外壳锥形的圆锥角，内锥9-2和喷嘴外壳9-3之间形成空隙逐渐减小的空隙，该空隙为气体通道；内锥9-2端部具有凸出部9-7和平坦部9-8，第一物料通道9-4位于凸出部9-7内，第二物料通道9-5位于平坦部9-8内，凸出部9-7和平坦部9-8具有高度差，高度差为1mm；第一物料通道9-4和第二物料通道9-5的横截面形状为圆形。装置还具有烘干装置4，烘干装置4为干燥板，干燥板左右平行设置，干燥板为电热板。装置还包括第一拉伸辊5，第二拉伸辊6，第一拉伸辊5和第二拉伸辊6分别位于膜的两侧，第一拉伸辊5和第二拉伸辊6之间还设置与拉伸辊轴线平行的夹持辊7，所述夹持辊7为一对辊组，该一对夹持辊7以相同的圆周速度进行纵向拉伸；夹持辊7为一对橡胶辊，夹持辊7之间具有一定的压力，优选地夹持辊之间的压力为0.08Mpa，夹持辊7之间的压力旨在将膜两侧的喷涂物料压紧，而又不破坏喷涂物料形成的空隙层。所述第一和第二拉伸辊具有适当的表面粗糙度，粗糙度为1.0S；第一和第二拉伸辊表面为镀铬表层；
装置还包括第二辊8，第二辊8用于膜材料卷绕收集膜材料2-1；第二辊用于卷绕膜材料2-1；
所述气体通道中流通的气体为氮气；第一物料和第二物料均为球形物料，并且第一物料和第二物料均经过改性。
本发明的工作原理为：
第一辊卷绕纸基膜材，经过动力装置的驱动，再经过展平装置之后，展平装置利用刮板、基膜刷将基膜展平和粗糙活化，以利于喷涂物料的附着，以及纠偏基膜位置，展平后的基膜在经过喷涂装置之后，双面被喷涂第一和第二物料，第一和第二物料经由气体加压，第一和第二物料叠加附着在基膜上，形成第一物料层和第二物料层，第一物料层和第二物料层在基膜上镶嵌形成具有空隙的膜材料，由于第一和第二物料的喷嘴喷出力度不同，因此二者形成空隙良好的且结合疏松而不易脱落的锂离子电池无机膜材料；
由于喷嘴内部的气体通道，第一和第二物料在气体通道内形成均匀和良好的湍流状态，尤其在采用辅助结合化学试剂时，可以保证物料的良好混合，以及分布均匀，比较普通的喷头而言，具有预先混合物料并且均匀物料的技术效果。
然后基膜经过烘干装置，烘干装置双面烘干膜材料，膜材料被烘干之后传送到拉伸辊，拉伸辊拉伸避免膜材料皱褶，然后经过压紧辊，压紧辊由于合适的压力，又不破坏喷涂物料形成的空隙层，最终再经过拉伸辊，经过拉伸辊的拉伸，最终卷绕于第二辊上，形成膜材料。
实施例2
实施例2和实施例1相比，区别在于，实施例2中的喷嘴为：第一物料通道9-4和第二物料通道9-5的出口部均设置在内锥9-2端部，第一物料通道9-4出口为环形，第二物料通道9-5出口位于第一物料通道9-4出口环形通道的中心，第二物料通道9-5出口突出于第一物料通道9-4出口。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池隔膜制备装置，包括：第一辊，第一辊用于卷绕基膜；第一辊动力装置，第一辊动力装置用于驱动第一辊转动，烘干装置，第一拉伸辊，第二拉伸辊，夹持辊，第二辊，喷涂装置；
其特征在于：还包括展平装置，展平装置包括框架，立板，刮板，基膜刷；基膜穿过所述展平装置，展平装置包括前后立板，左右框架，左右框架呈倾斜对立设置，形成锥形，锥形缩小部位具有缝隙，左右框架上分别设置左右刮板，左右刮板交错设置，左右刮板用于刮平基膜，刮板宽度方向一端固接至左右框架上，刮板长度和框架同宽，刮板宽度方向另一端具有圆弧弯曲部位；左右框架端部固定有基膜刷，基膜刷前后交错设置。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜制备装置，其特征在于：还包括喷涂装置，喷涂装置位于基膜左右设置，喷涂装置为喷嘴，所述喷嘴为双组分喷嘴，喷嘴具有外壳，气体入口，第一物料通道，第二物料通道，第一和第二物料通道中心轴线平行，第一物料通道和第二物料通道端部为锥形，喷嘴还连接第一物料输入管，第二物料输入管以及气体管道，第一物料输入管和第二物料输入管均设置控制阀。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜制备装置，其特征在于：第一物料通道和第二物料通道设置在喷嘴内锥中，喷嘴内锥具有大于喷嘴外壳锥形的圆锥角，内锥和喷嘴外壳之间形成逐渐减小的空隙，所述空隙为气体通道；内锥端部具有凸出部和平坦部，第一物料通道位于凸出部内，第二物料通道位于平坦部内，凸出部和平坦部具有高度差；
所述凸出部和所述平坦部与喷嘴外壳之间形成颗粒混合通道。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜制备装置，其特征在于：第一物料通道和第二物料通道的出口部均设置在内锥端部，第一物料通道出口为环形，第二物料通道出口位于第一物料通道出口环形通道的中心，第二物料通道出口突出于第一物料通道出口。
5.根据权利要求2或3所述的锂离子电池隔膜制备装置，其特征在于：所述喷涂装置的第一物料通道和第二物料通道的横截面形状为圆形、半圆或者椭圆形。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池隔膜制备装置，所述喷涂装置的第一物料通道与第二物料通道内的物料具有第一物料流速和第二物料流速，第一物料流速为第二物料流速的70-80％，第一物料通道具有大于第二物料通道的横截面积。
7.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜制备装置，其特征在于：所述凸出部和平坦部具有高度差，所述高度差为1-2mm。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜制备装置，其特征在于：所述第一拉伸辊和第二拉伸辊具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面具有0.7-1.2S的粗糙度，第一拉伸辊和第二拉伸辊的表面均为镀铬表层。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜制备装置，其特征在于：所述夹持辊为橡胶辊，所述夹持辊之间的压力为0.02-0.3Mpa。
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