锂离子电池隔膜的制造装置及制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂离子电池隔膜的制造装置及制造方法。所述制造装置包括用于萃取成膜溶剂形成聚烯烃微孔膜的萃取单元和用于将隔膜干燥和消除内应力的热定型单元，它还包括设置于所述萃取单元和热定型单元之间的用于在聚烯烃微孔膜上涂覆一层陶瓷层的陶瓷涂布单元，所述陶瓷涂布单元的输入端与所述萃取单元的输出端相接，所述陶瓷涂布单元的输出端与所述热定型单元的输入端相接。本发明的目的是提供一种锂离子电池隔膜的制造装置及制造方法，其陶瓷涂布速度快、效率高、生产成本低。
【专利说明】锂离子电池隔膜的制造装置及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂离子电池隔膜的制造装置及制造方法，特别是一种具有陶瓷涂层的锂离子陶瓷隔膜的制造装置及制造方法。
【背景技术】
[0002]聚烯烃材料具有强度高、耐酸碱腐蚀性好、防水、耐化学试剂、生物相容性好、无毒性等优点，在众多领域得到了广泛的应用。当前，商品化的液态锂离子电池大多使用微孔聚烯烃隔膜，因为聚烯烃隔膜在合理的成本范围内可以提供良好的机械性能和化学稳定性，而且具有高温自闭性能，可以确保锂离子电池在日常使用上的安全性。目前市场上普遍使用的锂电池隔膜主要是聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜以及聚乙烯和聚丙烯的复合隔膜三种。而对于高功率高能量动力电池和大容量3C电池来说，这类电池对安全性要求很高，上述三种聚烯烃隔膜存在与电解液的浸润性能差、高温下的热稳定性差、不耐高压氧化等缺点，单独使用聚烯烃隔膜已无法满足使用要求。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池隔膜的制造装置及制造方法，其陶瓷涂布速度快、效率高、生产成本低。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种锂离子电池隔膜的制造装置，包括用于萃取成膜溶剂形成聚烯烃微孔膜的萃取单元和用于将隔膜干燥和消除内应力的热定型单元，它还包括设置于所述萃取单元和热定型单元之间的用于在聚烯烃微孔膜上涂覆一层陶瓷层的陶瓷涂布单元，所述陶瓷涂布单元的输入端与所述萃取单元的输出端相接，所述陶瓷涂布单元的输出端与所述热定型单元的输入端相接。
[0005]优选地，所述陶瓷涂布单元包括机架、可绕自身轴心线转动地设置于所述机架上的涂布辊、设置于所述机架上的用于去除所述涂布辊上多余的涂布液的刮刀、用于将膜导入和导出陶瓷涂布单元的导辊、储存有涂布液的料筒、用于将涂布液转移至所述涂布辊上的料盒、用于将所述料筒中的涂布液输送至所述料盒的供料泵，所述涂布辊水平设置，所述涂布辊的下部与所述料盒中的涂布液相接触，所述导辊将聚烯烃微孔膜导引至所述涂布辊并与涂布辊的圆周面相接触，所述涂布辊的转动方向与聚烯烃微孔膜在所述涂布辊上的输送方向相反。
[0006]更优选地，所述涂布辊的圆周面上开设有多条凹槽，所述凹槽相交错呈网状。
[0007]更优选地，聚烯烃微孔膜与所述涂布辊的上部相接触，所述刮刀位于所述涂布辊的侧方，且所述涂布辊依次经过所述料盒、聚烯烃微孔膜、所述刮刀。
[0008]一种采用上述的制造装置制造锂离子电池隔膜的制造方法，它依次包括以下步骤:
A将成膜溶剂和聚烯烃熔融混合均匀，通过模头挤出后冷却形成片材； B将步骤A中的片材纵向和横向拉伸形成薄膜，纵向拉伸比和横向拉伸比均大于4倍，总拉伸比为25?45倍，拉伸温度为90?125°C ；
C将步骤B中的薄膜通过有机溶剂萃取出成膜溶剂后干燥形成聚烯烃微孔膜；
D在步骤C中的微孔膜上涂覆一层陶瓷层形成隔膜；
E将步骤D中的隔膜依次经过干燥以消除涂布液中的水分和热定型以消除隔膜的内应力。
[0009]优选地，步骤B中，纵向和横向拉伸的拉伸比均大于5倍，拉伸温度为10(Tl20°C。
[0010]优选地，所述成膜溶剂为石蜡油，步骤C中，聚烯烃微孔膜中石蜡油的含量小于等于1%，所述有机溶剂为二氯甲烷。
[0011]优选地，步骤E中，通过烘箱进行干燥和热定型。
[0012]本发明采用上述技术方案，相比现有技术具有如下优点:在锂离子电池隔膜的制造装置中设置陶瓷涂布单元这种在线陶瓷涂覆方式，直接通过陶瓷涂布单元将陶瓷层涂覆在聚烯烃隔膜基材上，然后通过热处理，牵引收卷获得陶瓷涂覆隔膜。一方面通过陶瓷涂覆处理提高了聚烯烃隔膜的耐温性和耐高压氧化性，提高了对电解液的浸润性，另外，在线陶瓷涂覆方式不仅速度快、效率高，可连续地进行涂布生产，极大地降低了成本，而且可以通过在线调整隔膜生产工艺来改变进入陶瓷涂布单元前的聚烯烃隔膜基材的性能，以获得更优的陶瓷隔膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的锂离子电池隔膜的制造装置的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为本发明的锂离子电池隔膜的制造装置的俯视图。
[0014]其中，1、萃取单元；2、陶瓷涂布单元；21、机架；22、料筒；23、料盒；24、涂布辊；25、刮刀；26、导辊；3、热定型单元；4、薄膜。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
[0016]图1至图3所示为一种锂离子电池隔膜的制造装置。该锂离子电池制造装置包括用于萃取成膜溶剂形成聚烯烃微孔膜的萃取单元I和用于将隔膜干燥和消除内应力的热定型单元3,萃取单元I之前还包括挤出单元、拉伸单元(图中未示出)等。该制造装置还包括设置于所述萃取单元I和热定型单元3之间的用于在聚烯烃微孔膜上涂覆一层陶瓷层的陶瓷涂布单元2，所述陶瓷涂布单元2的输入端与所述萃取单元I的输出端相接，所述陶瓷涂布单元2的输出端与所述热定型单元3的输入端相接。
[0017]结合图1和图2所示，所述陶瓷涂布单元2包括机架21、可绕自身轴心线转动地设置于所述机架21上的涂布辊24、设置于所述机架21上的用于去除所述涂布辊24上多余的涂布液的刮刀25、用于将薄膜4导入和导出陶瓷涂布单元2的导辊26、储存有涂布液的料筒22、用于将涂布液转移至所述涂布辊24上的(图中未示出)、用于将所述料筒22中的涂布液输送至所述料盒23的供料泵，所述涂布辊24水平设置，所述涂布辊24的下部与所述料盒23中的涂布液相接触，所述导辊26将聚烯烃微孔膜导引至所述涂布辊24并与涂布辊24的圆周面相接触，所述涂布辊24的转动方向与聚烯烃微孔膜在所述涂布辊24上的输送方向相反，又称为逆向吻涂法。所述涂布辊24的圆周面上开设有多条凹槽，所述凹槽相交错呈网状。具体地，聚烯烃微孔膜与所述涂布辊24的上部相接触，所述刮刀25位于所述涂布辊24的侧方，且所述涂布辊24依次经过所述料盒23、聚烯烃微孔膜、所述刮刀25。
[0018]一种采用上述的制造装置制造锂离子电池隔膜的制造方法，它依次包括A、B、C、D、E五个步骤，具体如下:
A将成膜溶剂和聚烯烃熔融混合均匀，通过模头挤出后冷却形成片材。所述成膜溶剂为石蜡油，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯或两者的混合物。石蜡油和聚烯烃可在双螺杆挤出机、捏合机或混合器进行混合后挤出；或先混合均匀后加入挤出机中挤出。采用辊筒冷却，冷却介质为水或空气。
[0019]B将步骤A中的片材纵向和横向拉伸形成薄膜4，纵向拉伸比和横向拉伸比均大于4倍，总拉伸比为25?45倍，拉伸温度为9(Tl25°C。纵向和横向拉伸的拉伸比优选为均大于5倍，拉伸温度优选为10(Tl20°C。
[0020]C将步骤B中的薄膜4输送至萃取单元I中通过有机溶剂萃取出成膜溶剂后干燥形成聚烯烃微孔膜。萃取通常采用浸入，结合超声波、喷洒或震动等方式，经萃取干燥后形成的聚烯烃微孔膜中石蜡油的含量小于等于1%，若石蜡油含量超过1%，则会影响隔膜产品的物理性能和透气度，进而影响锂离子电池的性能。所述有机溶剂为二氯甲烷或其它烃类。
[0021]D在步骤C中的微孔膜导引至陶瓷涂布单元2中涂覆一层陶瓷层形成隔膜。通过改变涂布辊24上凹槽的分布密度、形式以及改变涂布辊24与微孔膜的速度比可以调节涂布量，即陶瓷层的厚度。
[0022]E将步骤D中的隔膜依次经过干燥以消除涂布液中的水分和热定型以消除隔膜的内应力。通过烘箱进行干燥和热定型。涂布液中的水分在烘箱中被充分蒸发，涂覆的陶瓷材料被固化，同时通过烘箱来热定型，消除薄膜4内应力，稳定薄膜4内部结构，通常配合采用拉幅机来完成。
[0023]本发明中述及的薄膜4是微孔膜、隔膜等的泛称。
[0024]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种锂离子电池隔膜的制造装置，包括用于萃取成膜溶剂形成聚烯烃微孔膜的萃取单元和用于将隔膜干燥和消除内应力的热定型单元，其特征在于:它还包括设置于所述萃取单元和热定型单元之间的用于在聚烯烃微孔膜上涂覆一层陶瓷层的陶瓷涂布单元，所述陶瓷涂布单元的输入端与所述萃取单元的输出端相接，所述陶瓷涂布单元的输出端与所述热定型单元的输入端相接。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池隔膜的制造装置，其特征在于:所述陶瓷涂布单元包括机架、可绕自身轴心线转动地设置于所述机架上的涂布辊、设置于所述机架上的用于去除所述涂布辊上多余的涂布液的刮刀、用于将膜导入和导出陶瓷涂布单元的导辊、储存有涂布液的料筒、用于将涂布液转移至所述涂布辊上的料盒、用于将所述料筒中的涂布液输送至所述料盒的供料泵，所述涂布辊水平设置，所述涂布辊的下部与所述料盒中的涂布液相接触，所述导辊将聚烯烃微孔膜导引至所述涂布辊并与涂布辊的圆周面相接触，所述涂布辊的转动方向与聚烯烃微孔膜在所述涂布辊上的输送方向相反。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜的制造装置，其特征在于:所述涂布辊的圆周面上开设有多条凹槽，所述凹槽相交错呈网状。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池隔膜的制造装置，其特征在于:聚烯烃微孔膜与所述涂布辊的上部相接触，所述刮刀位于所述涂布辊的侧方，且所述涂布辊依次经过所述料盒、聚烯烃微孔膜、所述刮刀。
5.一种采用如权利要求1至4中任一项所述的制造装置制造锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于，它依次包括以下步骤: A将成膜溶剂和聚烯烃熔融混合均匀，通过模头挤出后冷却形成片材； B将步骤A中的片材纵向和横向拉伸形成薄膜，纵向拉伸比和横向拉伸比均大于4倍，总拉伸比为25?45倍，拉伸温度为90?125°C ； C将步骤B中的薄膜通过有机溶剂萃取出成膜溶剂后干燥形成聚烯烃微孔膜； D在步骤C中的微孔膜上涂覆一层陶瓷层形成隔膜； E将步骤D中的隔膜依次经过干燥以消除涂布液中的水分和热定型以消除隔膜的内应力。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于:步骤B中，纵向和横向拉伸的拉伸比均大于5倍，拉伸温度为10(Tl20°C。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于:所述成膜溶剂为石蜡油，步骤C中，聚烯烃微孔膜中石蜡油的含量小于等于1%，所述有机溶剂为二氯甲烷。
8.根据权利要求5所述的锂离子电池隔膜的制造方法，其特征在于:步骤E中，通过烘箱进行干燥和热定型。
【文档编号】H01M2/16GK104183804SQ201410408814
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】邓斌, 彭立群 申请人:苏州捷力新能源材料有限公司