CN111231359A - 一种电池隔膜、电池隔膜的生产方法及生产设备 - Google Patents

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CN111231359A CN202010148758.5A CN202010148758A CN111231359A CN 111231359 A CN111231359 A CN 111231359A CN 202010148758 A CN202010148758 A CN 202010148758A CN 111231359 A CN111231359 A CN 111231359A
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刘建金
程庚
范宇
姚坤
陈官茂
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Wuhan Zhongxing Innovation Material Technology Co ltd
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Abstract

本申请公开了一种电池隔膜的生产设备、生产方法及电池隔膜，包括挤出机、烘箱、复合辊和拉伸辊组。挤出机用于将隔膜原料经过熔融后挤出，以得到基膜。烘箱用于对基膜进行退火处理。复合辊用于将经过退火处理的多层基膜复合形成复合膜。拉伸辊组包括冷拉段、热拉段和定型段，用于供复合膜依次通过，以拉伸复合膜，并形成电池隔膜，冷拉段包括第一压辊和冷拉辊，热拉段包括第二压辊和热拉辊，定型段包括第三压辊和定型辊，第一压辊、第二压辊和第三压辊中的至少一个采用加热辊，以使复合膜的正反两面受热均匀。第一压辊、第二压辊和/或第三压辊具有加热功能，使得拉伸过程中复合膜的正反两面受热均匀，有效提高了电池隔膜的一致性。

Description

一种电池隔膜、电池隔膜的生产方法及生产设备
技术领域
本申请涉及电池隔膜技术领域，特别涉及一种电池隔膜、电池隔膜的生产方法及生产设备。
背景技术
锂离子电池具有安全性好，能量密度较高，适合大电流放电等特性，在数码产品、电动自行车、电动摩托、电动汽车、电力储能、通信储能等多个领域得到广泛应用。锂电池主要由四大配件组成，包括正、负极片，隔离膜(隔膜)，电解液组成。其中锂电池隔离膜在电池中起隔离正负极，导通离子的作用，是锂电池重要组件之一。
电池隔膜的一致性是评价电池隔膜质量的重要因素之一，在实际生产中，通常使用极差判定方法来评价电池隔膜的一致性，具体的，实验中多层电池隔膜有3-20层，共同拉伸一次成型，通常测试每层隔膜的横向一侧到另一侧的透气值，最终用透气值极差来判定一致性的坏。现有的电池隔膜层间透气值极差通常大于70S，但是随着科技的进步，对电池隔膜一致性的要求越来越高，现有的电池隔膜无法满足高一致性的需求。
发明内容
本申请提供一种电池隔膜、电池隔膜的生产方法及生产设备，用以解决现有电池隔膜的一致性不高的问题。
本申请所提供的一种电池隔膜的生产设备，包括：
挤出机，所述挤出机用于将隔膜原料经过熔融后挤出，以得到基膜；
烘箱，所述烘箱用于对基膜进行退火处理；
复合辊，所述复合辊用于将经过退火处理的多层基膜复合形成复合膜；
以及拉伸辊组，所述拉伸辊组包括冷拉段、热拉段和定型段，用于供复合膜依次通过，以拉伸复合膜，并形成电池隔膜，所述冷拉段包括第一压辊和冷拉辊，所述第一压辊和冷拉辊间具有供复合膜通过的第一间隙，所述热拉段包括第二压辊和热拉辊，所述第二压辊和热拉辊间具有供复合膜通过的第二间隙，所述定型段包括第三压辊和定型辊，所述第三压辊和定型辊间具有供复合膜通过的第三间隙，所述第一压辊、第二压辊和第三压辊中的至少一个采用加热辊，以使复合膜的正反两面受热均匀。
作为所述生产设备的进一步改进，所述第一压辊、第二压辊和第三压辊均采用加热辊，所述第一压辊的温度与冷拉辊的温度相同，所述第二压辊的温度与热拉辊的温度相同，所述第三压辊的温度与定型辊的温度相同。
作为所述生产设备的进一步改进，所述第一压辊和冷拉辊的温度均为a，a的取值范围为：40≤a≤90℃。
作为所述生产设备的进一步改进，所述第二压辊和热拉辊的温度均为b，b的取值范围为：130≤b≤155℃。
作为所述生产设备的进一步改进，所述第三压辊和定型辊的温度均为c，c的取值范围为：150≤c≤170℃。
作为所述生产设备的进一步改进，所述复合膜的层数为d，d的取值范围为：3≤d≤20层。
作为所述生产设备的进一步改进，所述拉伸辊组的拉伸放卷速度为e，e的取值范围为2≤e≤10m/min。
作为所述生产设备的进一步改进，所述隔膜原料包括聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯晴和聚4-甲基戊烯中的至少一种。
本申请所提供的一种电池隔膜的生产方法，应用于如上述任一项所述的隔膜生产设备，所述生产方法包括：
流延挤出步骤：将隔膜原料经过熔融后挤出，再收成长卷状的基膜；
退火热处理步骤：将收成卷装的基膜放入烘箱中进行烘烤热处理；
复合步骤：对退火后的基膜进行复合工作，将多层基膜复合到一起，形成复合膜卷；
拉伸步骤：将复合膜依次通过冷拉段、热拉段和定型段拉伸，得到电池隔膜，在冷拉段中，复合膜通过第一压辊和冷拉辊间的第一间隙，在热拉段中，复合膜通过第二压辊和热拉辊间的第二间隙，在定型段中，复合膜通过第三压辊和定型辊间的第三间隙，第一压辊、第二压辊和第三压辊中的至少一个采用加热辊，以使复合膜的正反两面受热均匀；
分层步骤：将拉伸制备的多层电池隔膜进行分层，得到单层的电池隔膜。
本申请所提供的一种电池隔膜，使用如上述任一项所述的隔膜生产方法制造，所述电池隔膜的层间横向透气值极差为f，f的取值范围为：20≤f≤60S。
本申请的有益效果：
本申请所提供的一种电池隔膜的生产设备，包括挤出机、烘箱、复合辊和拉伸辊组。挤出机用于将隔膜原料经过熔融后挤出，以得到基膜。烘箱用于对基膜进行退火处理。复合辊用于将经过退火处理的多层基膜复合形成复合膜。拉伸辊组包括冷拉段、热拉段和定型段，用于供复合膜依次通过，以拉伸复合膜，并形成电池隔膜，冷拉段包括第一压辊和冷拉辊，第一压辊和冷拉辊间具有供复合膜通过的第一间隙，热拉段包括第二压辊和热拉辊，第二压辊和热拉辊间具有供复合膜通过的第二间隙，定型段包括第三压辊和定型辊，第三压辊和定型辊间具有供复合膜通过的第三间隙，第一压辊、第二压辊和第三压辊中的至少一个采用加热辊，以使复合膜的正反两面受热均匀。第一压辊、第二压辊和/或第三压辊具有加热功能，使得拉伸过程中复合膜的正反两面受热均匀，有效提高了电池隔膜的一致性。
附图说明
图1为本申请一种实施例中电池隔膜的生产设备的结构示意图。
附图标记：100、冷拉段；110、第一压辊；120、冷拉辊；200、热拉段；210、第二压辊；220、热拉辊；300、定型段；310、第三压辊；320、定型辊；400、放卷段；500、基膜；600、复合膜；700、电池隔膜；800、复合辊。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明，其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
当前电池隔膜的一致性不够高，越来越难以满足技术发展的需求，为了提升电池隔膜的一致性，发明人进行了一系列研究和试验，发明人发现在拉伸隔膜时，钢辊需要进行加热，而与钢辊配合的压辊不具有加热功能，进而导致拉伸过程中，隔膜正反面受热不均匀，影响产品的一致性。
本实施例提供一种电池隔膜的生产设备。
请参考图1，该生产设备包括挤出机(图中未示出)、烘箱(图中未示出)、复合辊800和拉伸辊组。
挤出机用于将隔膜原料经过熔融后挤出，以得到基膜500。烘箱用于对基膜500进行退火处理。复合辊800用于将经过退火处理的多层基膜500复合形成复合膜600。拉伸辊组包括冷拉段100、热拉段200和定型段300，用于供复合膜600依次通过，以拉伸复合膜600，并形成电池隔膜700，冷拉段100包括第一压辊110和冷拉辊120，第一压辊110和冷拉辊120间具有供复合膜600通过的第一间隙，热拉段200包括第二压辊210和热拉辊220，第二压辊210和热拉辊220间具有供复合膜600通过的第二间隙，定型段300包括第三压辊310和定型辊320，第三压辊310和定型辊320间具有供复合膜600通过的第三间隙，第一压辊110、第二压辊210和第三压辊310中的至少一个采用加热辊，以使复合膜600的正反两面受热均匀。
第一压辊110、第二压辊210和/或第三压辊310具有加热功能，使得拉伸过程中复合膜600的正反两面受热均匀，有效提高了电池隔膜700的一致性。进而改善电池隔膜700的质量，提高电池隔膜700在锂电池应用中的安全性。
具体的，基膜500可以是聚丙烯微孔膜，聚乙烯微孔膜，或由聚乙烯和聚丙烯组成的多层复合微孔膜。基膜500厚度为5-30um，孔隙率范围为30％-80％，孔径范围为0.01-0.15um。聚丙烯熔指为0.5-3.5(g/10min，230℃)，重均分子量为2×105-5.5×105，分子量分布为2-8。聚乙烯熔指为0.5-3.0(g/10min，190℃)，重均分子量为1.1×105-4.5×105，分子量分布为2-6。
具体的，挤出隔膜原料的挤出量为20-100kg/h，挤出温度为150-280℃，挤出用的模头温度为160-260℃，流延挤出时的流延牵伸速度为60-150m/min，使用的流延辊温度为60-95℃。
具体的，退火热处理时将流延收成卷状基膜500，放入烘箱中进行烘烤热处理，其中，烘烤温度为120-160℃，烘烤时间为8-20h。通过对复合膜600拉伸得到多层理化、结构相同的电池隔膜700。
在实际生产中，可以通过调整拉伸倍率、拉伸温度实现对不同孔结构的隔膜的调控。
请参考图1，冷拉段100、热拉段200、定型段300的倍率、温度是不同的，且拉伸各段的温度和倍率是相匹配的。其中各段拉伸倍率是通过不同钢辊间的速度差及压辊的隔断作用实现的。冷拉辊120、热拉辊220和定型辊320可以使用钢辊。
请参考图1，在一种实施例中，第一压辊110、第二压辊210和第三压辊310均采用加热辊，第一压辊110的温度与冷拉辊120的温度相同，第二压辊210的温度与热拉辊220的温度相同，第三压辊310的温度与定型辊320的温度相同。
在一种更为具体的实施例中，第一压辊110、第二压辊210和第三压辊310的加热温度区间最高可达350℃，辊面温度精度为±0.5℃，每一根压辊均可以单独控制温度，其采用的材料是钢辊表层套导热好的胶辊。冷拉辊120、热拉辊220和定型辊320的辊面温度可以单独调控，辊面温度偏差＜1℃。
请参考图1，在一种实施例中，加热辊的加热方式采用油温加热、电阻加热、红外加热中的至少一种。
具体的，冷拉倍率为1.05-1.3，热拉倍率为1.8-2.3，定型倍率为0.7-0.95。冷拉辊/压辊温度为40-90℃，热拉辊/压辊温度为130-155℃，定型辊/压辊温度为150-170℃，拉伸放卷速度为2m/min-10m/min。拉伸的膜卷数为3-20卷。
请参考图1，在一种实施例中，第一压辊110和冷拉辊120的温度能够单独调控，第一压辊110和冷拉辊120的温度均为a，a的取值范围为：40≤a≤90℃。
请参考图1，在一种实施例中，第二压辊210和热拉辊220的温度能够单独调控，第二压辊210和热拉辊220的温度均为b，b的取值范围为：130≤b≤155℃。
请参考图1，在一种实施例中，第三压辊310和定型辊320的温度能够单独调控，第三压辊310和定型辊320的温度均为c，c的取值范围为：150≤c≤170℃。
请参考图1，在一种实施例中，复合膜600的层数为d，d的取值范围为：3≤d≤20层。
具体的。本实施例中，将4层隔膜复合在一起，在其他实施例中，也可以将5层、6层或范围内其他合适层数的隔膜复合在一起。
请参考图1，在一种实施例中，生产设备包括放卷段400，放卷段400设置有多卷基膜500，基膜500从放卷段400延伸到复合辊800上堆叠，再通过复合辊800复合形成复合膜600。
请参考图1，在一种实施例中，拉伸辊组的拉伸放卷速度为e，e的取值范围为2≤e≤10m/min。
请参考图1，在一种实施例中，隔膜原料包括聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯晴和聚4-甲基戊烯中的至少一种。
另一方面，本实施例还提供一种电池隔膜的生产方法。
该生产方法应用于上述的隔膜生产设备，生产方法包括：
流延挤出步骤：将隔膜原料经过熔融后挤出，再收成长卷状的基膜；
退火热处理步骤：将收成卷装的基膜放入烘箱中进行烘烤热处理；
复合步骤：对退火后的基膜进行复合工作，将多层基膜复合到一起，形成复合膜卷；
拉伸步骤：将复合膜依次通过冷拉段、热拉段和定型段拉伸，得到电池隔膜，在冷拉段中，复合膜通过第一压辊和冷拉辊间的第一间隙，在热拉段中，复合膜通过第二压辊和热拉辊间的第二间隙，在定型段中，复合膜通过第三压辊和定型辊间的第三间隙，第一压辊、第二压辊和第三压辊中的至少一个采用加热辊，以使复合膜的正反两面受热均匀；
分层步骤：将拉伸制备的多层电池隔膜进行分层，得到单层的电池隔膜。
上述方法可以制作多层隔膜孔隙率分布为30％-50％，厚度为5-30um的单层多层隔膜。
另一方面，本实施例还提供一种电池隔膜。
该电池隔膜采用上述的隔膜生产设备和生产方法制造，电池隔膜的层间横向透气值极差为f，f的取值范围为：20≤f≤60S。
另一方面，本实施例还提供一些电池隔膜的生产设备和生产方法在实际使用中得到的，具体的实施例和对比例的数据。
在一种实施例中，拉伸机冷拉、热拉、热定型处压辊是采用加热压辊。拉伸前单层厚度为10μm，放卷速度为5m/min，拉伸卷数为16卷。冷拉辊温度为50℃，热拉辊温度为150℃，定型辊温度为160℃。冷拉压辊为50℃，热拉压辊为150℃，定型压辊为160℃。冷拉倍率为1.1，热拉倍率为1.9，定型倍率为0.8。拉伸后对隔膜进行分层，得到单层隔膜。实验后测试得到层间透气值极差为35S。
在一种对比例中，采用不带加热压辊(压辊无加热功能)的设备进行拉伸。拉伸前单层厚度为10μm，放卷速度为5m/min，拉伸卷数为16卷。冷拉辊温度为50℃，热拉辊温度为150℃，定型辊温度为160℃；冷拉压辊、热拉压辊、定型压辊均是不带加热功能辊；冷拉倍率为1.1，热拉倍率为1.9，定型倍率为0.8。拉伸后对隔膜进行分层，得到单层隔膜。实验后测试得到层间透气值极差为90S。
在一种实施例中，拉伸机冷拉、热拉、热定型处压辊是采用加热压辊。拉伸前单层厚度为10μm，放卷速度为5m/min，拉伸卷数为16卷。冷拉辊温度为60℃，热拉辊温度为155℃，定型辊温度为162℃。冷拉压辊为60℃，热拉压辊为155℃，定型压辊为162℃。冷拉倍率为1.1，热拉倍率为1.9，定型倍率为0.8。拉伸后对隔膜进行分层，得到单层隔膜。实验后测试得到层间透气值极差为28S。
在一种对比例中，采用不带加热压辊(压辊无加热功能)的设备进行拉伸。拉伸前单层厚度为10μm，放卷速度为5m/min，拉伸卷数为16卷。冷拉辊温度为60℃，热拉辊温度为155℃，定型辊温度为162℃。冷拉压辊、热拉压辊、定型压辊均是不带加热功能辊。冷拉倍率为1.1，热拉倍率为1.9，定型倍率为0.8。拉伸后对隔膜进行分层，得到单层隔膜。实验后测试得到层间透气值极差为70S。
在一种实施例中，拉伸机冷拉、热拉、热定型处压辊是采用加热压辊。拉伸前单层厚度为10μm，放卷速度为5m/min，拉伸卷数为16卷。冷拉辊温度为80℃，热拉辊温度为155℃，定型辊温度为162℃。冷拉压辊为80℃，热拉压辊为155℃，定型压辊为162℃。冷拉倍率为1.1，热拉倍率为1.9，定型倍率为0.8。拉伸后对隔膜进行分层，得到单层隔膜。实验后测试得到层间透气值极差37S。
在一种对比例中，采用不带加热压辊(压辊无加热功能)的设备进行拉伸。拉伸前单层厚度为10μm，放卷速度为5m/min，拉伸卷数为16卷。冷拉辊温度为80℃，热拉辊温度为155℃，定型辊温度为162℃。冷拉压辊、热拉压辊、定型压辊均是不带加热功能辊。冷拉倍率为1.1，热拉倍率为1.9，定型倍率为0.8。拉伸后对隔膜进行分层，得到单层隔膜。实验后测试得到层间透气值极差为110S。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种电池隔膜的生产设备，其特征在于，包括：
挤出机，所述挤出机用于将隔膜原料经过熔融后挤出，以得到基膜；
烘箱，所述烘箱用于对基膜进行退火处理；
复合辊，所述复合辊用于将经过退火处理的多层基膜复合形成复合膜；
以及拉伸辊组，所述拉伸辊组包括冷拉段、热拉段和定型段，用于供复合膜依次通过，以拉伸复合膜，并形成电池隔膜，所述冷拉段包括第一压辊和冷拉辊，所述第一压辊和冷拉辊间具有供复合膜通过的第一间隙，所述热拉段包括第二压辊和热拉辊，所述第二压辊和热拉辊间具有供复合膜通过的第二间隙，所述定型段包括第三压辊和定型辊，所述第三压辊和定型辊间具有供复合膜通过的第三间隙，所述第一压辊、第二压辊和第三压辊中的至少一个采用加热辊，以使复合膜的正反两面受热均匀。
2.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述第一压辊、第二压辊和第三压辊均采用加热辊，所述第一压辊的温度与冷拉辊的温度相同，所述第二压辊的温度与热拉辊的温度相同，所述第三压辊的温度与定型辊的温度相同。
3.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述第一压辊和冷拉辊的温度均为a，a的取值范围为：40≤a≤90℃。
4.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述第二压辊和热拉辊的温度均为b，b的取值范围为：130≤b≤155℃。
5.如权利要求1所述的生产设备，其特征在于，所述第三压辊和定型辊的温度均为c，c的取值范围为：150≤c≤170℃。
6.如权利要求1-5任一项所述的生产设备，其特征在于，所述复合膜的层数为d，d的取值范围为：3≤d≤20层。
7.如权利要求1-5任一项所述的生产设备，其特征在于，所述拉伸辊组的拉伸放卷速度为e，e的取值范围为2≤e≤10m/min。
8.如权利要求1-5任一项所述的生产设备，其特征在于，所述隔膜原料包括聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯晴和聚4-甲基戊烯中的至少一种。
9.一种电池隔膜的生产方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的隔膜生产设备，所述生产方法包括：
流延挤出步骤：将隔膜原料经过熔融后挤出，再收成长卷状的基膜；
退火热处理步骤：将收成卷装的基膜放入烘箱中进行烘烤热处理；
复合步骤：对退火后的基膜进行复合工作，将多层基膜复合到一起，形成复合膜卷；
拉伸步骤：将复合膜依次通过冷拉段、热拉段和定型段拉伸，得到电池隔膜，在冷拉段中，复合膜通过第一压辊和冷拉辊间的第一间隙，在热拉段中，复合膜通过第二压辊和热拉辊间的第二间隙，在定型段中，复合膜通过第三压辊和定型辊间的第三间隙，第一压辊、第二压辊和第三压辊中的至少一个采用加热辊，以使复合膜的正反两面受热均匀；
分层步骤：将拉伸制备的多层电池隔膜进行分层，得到单层的电池隔膜。
10.一种电池隔膜，其特征在于，使用如权利要求9所述的隔膜生产方法制造，所述电池隔膜的层间横向透气值极差为f，f的取值范围为：20≤f≤60S。
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