一種制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隔膜原材料配方及過程控制制備工藝，具體為一種制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)鋰離子隔膜的廠家在生產(chǎn)鋰離子電池隔膜的過程中，隔膜的原材料、材料配方、生產(chǎn)工藝控制，完全依賴進(jìn)口設(shè)備的設(shè)計(jì)原理和提供的參數(shù)進(jìn)行隔膜生產(chǎn)。
[0003]目前濕法鋰離子電池高端隔膜技術(shù)一直被日本、韓國等國家壟斷，國內(nèi)高端新能源動(dòng)力電池隔膜2 70%依賴進(jìn)口，由于國外高端技術(shù)的壟斷及國內(nèi)技術(shù)的創(chuàng)新不足，導(dǎo)致國內(nèi)鋰離子電池隔膜生產(chǎn)廠家制備的隔膜產(chǎn)品只能適用于3C數(shù)碼類、玩具類等中低端電池行業(yè)，并無法進(jìn)入高端市場(chǎng)。進(jìn)口鋰離子電池隔膜的成本高、采購周期長，從而也大大的限制了我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)工藝，解決【背景技術(shù)】中的缺點(diǎn)。將制備鋰離子電池濕法隔膜從原料選型、原料配方、過程中控制及萃取成孔等四個(gè)方面進(jìn)行實(shí)施，最終制備出高端鋰離子電池濕法隔膜產(chǎn)品，新制備的產(chǎn)品應(yīng)用于動(dòng)力電池配套組件，沖擊國外進(jìn)口隔膜價(jià)格市場(chǎng)，降低鋰離子動(dòng)力電池成本，為加速發(fā)展中國新能源動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)做出貢獻(xiàn)。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)設(shè)備，包括擠出機(jī)、齒輪栗、過濾器、流延機(jī)組、MD0縱拉機(jī)、TD01橫拉機(jī)、萃取及干燥裝置、TD02橫拉機(jī)、收卷機(jī)、雙流道交叉模頭，所述擠出機(jī)后端設(shè)置有齒輪栗，所述齒輪栗后端設(shè)置有過濾器，所述過濾器后端設(shè)置有雙流道交叉模頭，所述雙流道交叉模頭后端設(shè)置有流延機(jī)組，所述流延機(jī)組后端設(shè)置有MD0縱拉機(jī)后端設(shè)置有TD01橫拉機(jī)，所述TD01橫拉機(jī)后端設(shè)置有萃取及干燥裝置，所述萃取及干燥裝置后端設(shè)置有TD02橫拉機(jī)，所述TD02橫拉機(jī)后端設(shè)置有收卷機(jī)。
[0006]—種制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:
第一步:混煉熔融:利用計(jì)量下料器對(duì)原料進(jìn)行配比，原料按照重量份的百分比:超高分子聚乙烯:超高分子石蠟油:抗氧化劑=1: 1: 1，將稱量后的原料直接進(jìn)入高強(qiáng)度混煉擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行混煉、熔融;其中高強(qiáng)度混煉擠出機(jī)內(nèi)各混煉區(qū)域溫度設(shè)定在:190°C_245°C，確保流體溫度不超過各原料的碳化溫度、閃點(diǎn)溫度，讓納米級(jí)直徑的石蠟油與超高分子聚乙烯完全相溶；
第二步:擠出片材:將混煉熔融后的物料經(jīng)過齒輪栗計(jì)量和過濾器過濾后，利用金屬軟管連接輸送至雙流道交叉模頭，所述金屬軟管上連接有溫度檢測(cè)傳感器，所述溫度檢測(cè)傳感器與控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)接收溫度檢測(cè)傳感器的信號(hào)，并控制雙流道交叉模頭內(nèi)的加熱器溫度高于混煉熔融后的物料溫度2°C，所述雙流道交叉模頭的溫度分為左、中、右三個(gè)區(qū)域來分別控制，所述雙流道交叉模頭中間溫度區(qū)域低于左溫度區(qū)域和右溫度區(qū)域2°C；
第三步:片材冷卻:將雙流道交叉模頭擠出片材后垂直落至流延機(jī)組，所述流延機(jī)組內(nèi)的冷卻輥的冷卻方式采用純水冷凍進(jìn)行冷卻，冷卻溫度設(shè)定在20°C_40°C范圍內(nèi)，冷卻后離開流延輥的片材溫度應(yīng)該確定在:50°C 土 10°C;
第四步:縱向拉伸:將冷卻后的片材輸送至MDO縱拉機(jī)進(jìn)行縱向拉伸，所述MDO縱拉機(jī)內(nèi)預(yù)熱溫度控制在結(jié)晶點(diǎn)溫度下10°C_20°C，拉伸溫度控制在結(jié)晶溫度下10°C_30°C，冷卻溫度設(shè)定為:20°C_50°C，縱向拉伸倍數(shù)控制工藝參數(shù):6-7倍;片材厚度控制在0.3mm±0.1mm；第五步:橫向拉伸:將經(jīng)過縱向拉伸后的片材進(jìn)入TD01橫拉機(jī)中，所述TD01橫拉機(jī)的預(yù)熱區(qū)、拉伸區(qū)在MD0縱拉機(jī)輥輪設(shè)定范圍的基礎(chǔ)上上升2°C_10°C，薄膜定型區(qū)溫度控制在<100°C;所述TD01橫拉機(jī)內(nèi)拉伸區(qū)域的風(fēng)口采用片口的形式出風(fēng)，冷卻區(qū)域采用平口的形式出風(fēng)，TD01橫拉機(jī)內(nèi)的拉伸比例控制在MD0縱拉機(jī)內(nèi)縱拉倍數(shù)的0.8倍；
第六步:萃取抽孔:將橫向拉伸后的片材薄膜牽弓I進(jìn)入萃取及干燥裝置中，微孔抽出的環(huán)境溫度控制在:10°C 土 2°C，負(fù)壓狀態(tài):-15Kpa~-30Kpa，萃取溶劑二氯甲烷采用內(nèi)置循環(huán)結(jié)構(gòu)，薄膜從萃取每格萃取溶劑出來后采用反向刮液結(jié)構(gòu)進(jìn)行石蠟油的抽出，隔膜萃取完成后進(jìn)行水洗工序，軟水溫度控制在:25°C ± 1°C，水洗完成后隔膜微孔成型，然后進(jìn)行干燥處理；
第七步:熱定型及收卷:將萃取抽孔完成后的鋰離子電池隔膜通過干燥牽引導(dǎo)向至TD02橫拉機(jī)進(jìn)行熱定型工序，熱定型工序中溫度設(shè)定比原材料的熔點(diǎn)溫度低10°C_20°C，隔膜拉伸倍率為1.1倍-1.15倍;將熱定型送入到收卷機(jī)中進(jìn)行收卷成膜，即得到一種高比能電池隔膜。
[0007]本發(fā)明中，所述超高分子石蠟油為高粘度超高分子石蠟油。
[0008]本發(fā)明中，所述計(jì)量下料器的精度控制在±0.lkg/H的范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明中，所述超高分子量聚乙烯為UHMWPE。
[0010]本發(fā)明中，所述萃取及干燥裝置連接有恒壓風(fēng)機(jī)裝置和恒濕控制裝置。
[0011]有益效果:本發(fā)明完全利用三種物質(zhì)的高分子的材料特性進(jìn)行共混，通過自主研發(fā)的同步剪切和反剪切共存的雙螺桿組態(tài)，將液體、固體進(jìn)行一次混煉、熔融擠出，在鑄片、拉伸過程中利用高分子材料的相分離原理進(jìn)行鋰離子電池隔膜的成孔、拉伸孔、抽出孔、定型孔;經(jīng)過以上控制工藝的緊密結(jié)合制備出:高孔隙、小孔徑、高物理性能的鋰離子電池隔膜，本發(fā)明從試驗(yàn)、小批量試生產(chǎn)、中批量試產(chǎn)等結(jié)果論證，完全滿足未來新能源汽車產(chǎn)業(yè)動(dòng)力高比能電池的要求，并可以大規(guī)模工生產(chǎn)化，制備的鋰離子電池隔膜替代進(jìn)口。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為使用高分子聚乙烯材料和石蠟油利用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的濕法鋰離子隔膜進(jìn)行高倍率電鏡掃描對(duì)比圖；
圖3為使用超高分子聚乙稀材料、超高分子石錯(cuò)油和Ant1xidants通過自主工藝配方、生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)的濕法鋰離子隔膜進(jìn)行高倍率電鏡掃描圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0015]參見圖1，一種制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，一種濕法制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)設(shè)備，包括擠出機(jī)1、齒輪栗2、過濾器3、流延機(jī)組4、MD0縱拉機(jī)5、TD01橫拉機(jī)6、萃取及干燥裝置7、TD02橫拉機(jī)8、收卷機(jī)9、雙流道交叉模頭10，所述擠出機(jī)1后端設(shè)置有齒輪栗2，所述齒輪栗2后端設(shè)置有過濾器3，所述過濾器3后端設(shè)置有雙流道交叉模頭10，所述雙流道交叉模頭10后端設(shè)置有流延機(jī)組4，所述流延機(jī)組4后端設(shè)置有MD0縱拉機(jī)5后端設(shè)置有TD01橫拉機(jī)6，所述TD01橫拉機(jī)6后端設(shè)置有萃取及干燥裝置7，所述萃取及干燥裝置7后端設(shè)置有TD02橫拉機(jī)8，所述TD02橫拉機(jī)8后端設(shè)置有收卷機(jī)9。
[0016]—種制備高比能電池隔膜的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:
第一步:混煉熔融:利用計(jì)量下料器對(duì)原料進(jìn)行配比，原料按照重量份的百分比:超高分子聚乙烯:超高分子石蠟油:抗氧化劑=1: 1: 1，將稱量后的原料直接進(jìn)入高強(qiáng)度混煉擠出機(jī)1內(nèi)進(jìn)行混煉、熔融;其中高強(qiáng)度混煉擠出機(jī)1內(nèi)各混煉區(qū)域溫度設(shè)定在:190°C-245°C，確保流體溫度不超過各原料的碳化溫度、閃點(diǎn)溫度，讓納米級(jí)直徑的石蠟油與超高分子聚乙稀完全相溶；
第二步:擠出片材:將混煉熔融后的物料經(jīng)過齒輪栗2計(jì)量和過濾器3過濾后，利用金屬軟管連接輸送至雙流道交叉模頭10，所述金屬軟管上連接有溫度檢測(cè)傳感器，所述溫度檢測(cè)傳感器與控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)接收溫度檢測(cè)傳感器的信號(hào)，并控制雙流道交叉模頭10內(nèi)的加熱器溫度高于混煉熔融后的物料溫度2°C，所述雙流道交叉模頭10的溫度分為左、中、右三個(gè)區(qū)域來分別控制，所述雙流道交叉模頭10中間溫度區(qū)域低于左溫度區(qū)域和右溫度區(qū)域2°C;
第三步:片材冷卻:將雙流道交叉模頭10擠出片材后垂直落至流延機(jī)組4，所述流延機(jī)組4內(nèi)的冷卻輥的冷卻方式采用純水冷凍進(jìn)行冷卻，冷卻溫度設(shè)定在20°C_40°C范圍內(nèi)，冷卻后離開流延輥的片材溫度應(yīng)該確定在:50°C ± 10°C ；
第四步:縱向拉伸:將冷卻后的片材輸送至MDO縱拉機(jī)5進(jìn)行縱向拉伸，所述MDO縱拉機(jī)5內(nèi)預(yù)熱溫度控制在結(jié)晶點(diǎn)溫度下10°C_20°C，拉伸溫度控制在結(jié)晶溫度下10°C_30°C，冷卻溫度設(shè)定為:20°C_50°C，縱向拉伸倍數(shù)控制工藝參數(shù):6-7倍；片材厚度控制在0.3mm 土
0.1mm；
第五步:橫向拉伸:將經(jīng)過縱向拉伸后的片材進(jìn)入TDO 1橫拉機(jī)6中，所述TDO 1橫拉機(jī)6的預(yù)熱區(qū)、拉伸區(qū)在MD0縱拉機(jī)5輥輪設(shè)定范圍的基礎(chǔ)上上升2°C_10°C，薄膜定型區(qū)溫度控制在<100°C;所述TDO 1橫拉機(jī)6內(nèi)拉伸區(qū)域的風(fēng)口采用片口的形式出風(fēng)，冷卻區(qū)域采用平口的形式出風(fēng)，TD01橫拉機(jī)6內(nèi)的拉伸比例控制在MD0縱拉機(jī)5內(nèi)縱拉倍數(shù)的0.8倍；
第六步:萃取抽孔:將橫向拉伸后的片材薄膜牽引進(jìn)入萃取及干燥裝置7中，微孔抽出的環(huán)境溫度控制在:10°C ± 2°C，負(fù)壓狀態(tài):-15Kpa~-30Kpa，萃取溶劑二氯甲烷采用內(nèi)置循環(huán)結(jié)構(gòu)，薄膜從萃取每格萃取溶劑出來后采用反向刮液結(jié)構(gòu)進(jìn)行石蠟油的抽出，隔膜萃取完成后進(jìn)行水洗工序，軟水溫度控制在:25°C ± 1°C，水洗完成后隔膜微孔成型，然后進(jìn)行干燥處理； 第七步:熱