一种锂电池隔膜铸片的成型装置及其成型方法
阅读说明：本技术 一种锂电池隔膜铸片的成型装置及其成型方法 (Forming device and forming method for lithium battery diaphragm casting sheet ) 是由 袁海朝 李董超 徐锋 韩义龙 杜鹏宇 于 2019-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了锂电池隔膜铸片的成型装置及成型方法,包括挤出机、挤出模头、多组铸轧冷却辊组和冷却定型辊；挤出机用于挤出熔融的聚乙烯；挤出模头与挤出机的出口连接,用于承接挤出机挤出的熔融的聚乙烯通过挤出模头挤出聚乙烯熔体；铸轧冷却辊组承接在挤出模头的出口处,用于将挤出的聚乙烯熔体流延并牵引至铸轧冷却辊组上以形成流延膜；冷却定型辊承接在铸轧冷却辊组的下料处,用于将形成的流延膜流延并牵引至冷却定型辊上,以冷却结晶成型形成铸片。铸轧冷却辊组对聚乙烯熔体流延的两面进行初步冷却,保证两面的冷却效果一致,再通过冷却定型辊定型形成铸片,减少铸片内部的成孔剂从背辊侧渗出,使得微孔隔膜的均匀一致,提高产品质量。(the invention discloses a forming device and a forming method of a lithium battery diaphragm cast sheet, which comprises an extruder, an extrusion die head, a plurality of groups of cast-rolling cooling roller sets and cooling shaping rollers, wherein the plurality of groups of cast-rolling cooling roller sets are arranged on the extruder; an extruder for extruding molten polyethylene; the extrusion die head is connected with an outlet of the extruder and is used for receiving the molten polyethylene extruded by the extruder and extruding polyethylene melt through the extrusion die head; the casting and rolling cooling roller group is connected with an outlet of the extrusion die head and used for casting and drawing the extruded polyethylene melt onto the casting and rolling cooling roller group to form a casting film; the cooling shaping roller is connected with the discharging position of the casting and rolling cooling roller group and used for casting and drawing the formed casting film to the cooling shaping roller so as to form a casting sheet through cooling crystallization. The cast rolling cooling roll group carries out primary cooling to the two sides of polyethylene melt curtain coating, guarantees that the cooling effect on two sides is unanimous, and rethread cooling sizing roller is stereotyped and is formed the casting piece, reduces the inside pore-forming agent of casting piece and oozes out from the back roll side for microporous diaphragm's even unanimity improves product quality.)
技术领域
本发明属于电化学领域，尤其是涉及一种锂电池隔膜铸片的成型装置及其成型方法。
背景技术
锂电池隔膜是一种聚乙烯微孔膜，其制备工艺通常分为干法和湿法两类，上述两类制备方法均需要将预处理的原料在挤出系统中，经熔融后从模头挤出熔体，熔体经流延冷却后形成特定结晶结构的基膜铸片。
隔膜生产在流延形成基膜铸片阶段中，通常是采用将流延熔体悬空一段距离后再与冷却定型辊接触，流延贴附缠绕在冷却定型辊上进行冷却定型，使之形成固态厚片并使成孔剂与聚乙烯发生热致性而分离，铸片的表面被急速冷却后，使成孔剂被所在厚片的基膜铸片中。由于流延与冷却定型辊之间有一段距离，并且流延贴附缠绕在冷却定型辊上时，仅有一面与冷却定型辊的辊面接触，从而造成流延的另一侧处于自然冷却状态，导致流延两面的冷却效果不一致，直接影响隔膜的微孔结构，进而影响隔膜的透气性能。
由于隔膜的微孔结构是锂离子往返于正负极的重要通道，因此隔膜的透气性会直接影响锂电池的性能，目前，现有技术中，为了进一步提高锂电池隔膜的性能，通常需要对隔膜表面进行涂覆工艺，由于基膜铸片冷却定型时的微孔结构不一致而造成涂覆处理后的隔膜两面透气增值差异较大，从而影响产品的良率。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、操作简单、基膜铸片的两面冷却、提高隔膜的透气性能、产品合格率高的锂电池隔膜铸片的成型装置。
本发明的技术方案如下：
一种锂电池隔膜铸片的成型装置，其特征在于：包括挤出机、挤出模头、多组铸轧冷却辊组和冷却定型辊；
所述挤出机用于挤出熔融的聚乙烯；
所述挤出模头与挤出机的出口连接，用于承接所述挤出机挤出的熔融的聚乙烯并通过模头挤出聚乙烯熔体；
所述铸轧冷却辊组设置在所述挤出模头与冷却定型辊之间，所述铸轧冷却辊组位于挤出模头的出口下方，用于将挤出的聚乙烯熔体牵引至铸轧冷却辊组上，以冷却形成半固态的流延膜；
所述冷却定型辊承接在所述铸轧冷却辊组的下料处，用于将形成的流延膜牵引至冷却定型辊上，以冷却结晶成型，形成固态的铸片。
在上述技术方案中，多组所述铸轧冷却辊组呈圆弧状设置在挤出模头与冷却定型辊之间，且该圆弧中心为所述冷却定型辊的竖直轴线与挤出模头的模唇处水平线的交点，圆弧的半径为250-1000mm。
在上述技术方案中，所述铸轧冷却辊组的数量为2-8组。
在上述技术方案中，所述铸轧冷却辊组的每个铸轧冷却辊为中空辊芯，所述铸轧冷却辊的旋转接头与外部用于循环冷却水的温度控制器连通，以保证铸轧冷却辊温度恒定。
在上述技术方案中，所述铸轧冷却辊的长度与挤出机的模头幅宽相适应，铸轧冷却辊的长度≥挤出机的模头幅宽+100㎜，辊子居中布置，两侧各留余量≥50㎜，所述铸轧冷却辊的直径为100-300mm。
本发明的另一个目的是提供一种基于所述成型装置的锂电池隔膜铸片的成型方法，包括以下步骤：
(1)挤出：将聚乙烯原料加入到挤出机中，经挤出机的挤出模头挤出聚乙烯熔体；
(2)预冷却：所述聚乙烯熔体从挤出模头流延至铸轧冷却辊组的表面，对所述聚乙烯熔体的双面均匀的冷却以形成半固态的流延膜；
(3)冷却定型：将步骤(2)形成的所述流延膜流延至冷却定型辊，在冷却定型辊上冷却结晶成型，获得固态的铸片。
在上述技术方案中，在步骤(3)得到的所述铸片后，对该铸片进行热处理退火，而后再进行双向同步拉伸成孔，烘干定型，获得所述锂电池隔膜。
在上述技术方案中，在步骤(4)中所述铸片在双向同步拉伸时，拉伸倍数为横向1-5倍、纵向5-10倍。
在上述技术方案中，所述熔融的聚乙烯的熔融温度为140℃-280℃。
在上述技术方案中，所述铸轧冷却辊的温度为30℃-120℃。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.铸轧冷却辊组对聚乙烯熔体流延的两面进行初步冷却，并保证两面的冷却效果一致，之后再通过冷却定型辊定型形成铸片，有效减少铸片内部的成孔剂从背辊侧渗出，使得后序制成微孔隔膜的均匀一致，提高产品质量。
2.在挤出模头唇口与冷却定型辊之间设置的多组铸轧冷却辊组，对流延两面的表层施加压力，预先发生急冷形成固态，极大提高流延两面的冷却定型效果。
附图说明
图1是本发明的成型装置的结构示意图；
图2是本发明中铸轧冷却辊的剖视图。
图中：
1、挤出机 2、挤出模头 3、铸轧冷却辊组
4、冷却定型辊 5、辊芯 6、旋转接头
7、辊套 8、进水口
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，决不限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本发明的锂电池隔膜铸片的成型装置，包括挤出机、挤出模头、多组铸轧冷却辊组和冷却定型辊。
上述挤出机用于挤出熔融的聚乙烯；
上述挤出模头与挤出机的出口连接，用于承接挤出机挤出的熔融的聚乙烯通过挤出模头挤出聚乙烯熔体；
上述铸轧冷却辊组承接在挤出模头的出口处，用于将挤出的聚乙烯熔体流延并牵引至铸轧冷却辊组上以形成流延膜，8组铸轧冷却辊组设置在挤出模头唇口处于冷却定型辊之间，(8组铸轧冷却辊组沿流延流动方向的圆弧均匀设置)，该圆弧中心为冷却定型辊的竖直轴线与挤出模头的模唇处水平线的交点，该圆弧的圆心角为45°(圆弧的半径为800mm)；每组铸轧冷却辊组包括2根铸轧冷却辊，采用液压机构控制每组的2根铸轧冷却辊之间的压力，辊间的缝隙移动距离为0-5mm；每根铸轧冷却辊为中空辊芯(辊芯采用铝型材制成)，辊套采用镀碳化钨材料制成，铸轧冷却辊的旋转接头与外部用于循环冷却水的温度控制器连通，以保证铸轧冷却辊温度恒定。
上述冷却定型辊承接在铸轧冷却辊组的下料处，用于将形成的流延膜牵引至冷却定型辊上，以冷却结晶成型，形成铸片，在流延膜从铸轧冷却辊组通过后，沿冷却定型辊的切线贴附其表面进行完全的冷却定型，流延膜与冷却定型辊接触的另一面设置最后一根单独的铸轧冷却辊，以用于对流延膜进行导向及冷却。
进一步地说，每组铸轧冷却辊组共用一个伺服电机，实现同步驱动，可以调节转速，使得铸轧冷却辊组的转速与生产过程中流延的流速相一致。
多组铸轧冷却辊组设置在挤出模头的唇口处与冷却定型辊之间，对熔融的聚乙烯流延进行预冷却处理，对流延的两面施加压力，使得流延膜的两面既能冷却还可以得到初步定型，有效提高流延膜两面的冷却定型效果，减少铸片内部的成孔剂从背辊侧渗出，对隔膜为空成型的均匀一致性产生良好的影响，提高隔膜产品的质量。
实施例2
在实施例1的基础上，一种基于所述锂电池隔膜铸片的成型装置的锂电池隔膜铸片的成型方法，包括以下步骤：
(1)挤出：将140℃的聚乙烯加入到挤出机中，经挤出机的挤出模头挤出聚乙烯熔体；
(2)预冷却：聚乙烯熔体从挤出模头流延至铸轧冷却辊组的表面，铸轧冷却辊的温度为30℃，对聚乙烯熔体的双面均匀的冷却以形成半固态的流延膜；
(3)冷却定型：将步骤(2)形成的流延膜流延至冷却定型辊，在冷却定型辊上冷却结晶成型，获得固态的铸片。
(4)拉伸：将步骤(3)得到的铸片后，对该铸片进行热处理退火，而后再进行双向同步拉伸成孔，铸片在双向同步拉伸时，拉伸倍数为横向1倍、纵向8倍，烘干定型，获得锂电池隔膜。
通过上述成型方法，隔膜12μm双面涂覆后的透气标准值要求为160-280，隔膜对制备而成的隔膜进行涂覆加工，其涂覆隔膜的过程中，隔膜的透气值始终保持在220±15，产品良率达到90％。
对比例
现有技术中使用的锂电池隔膜铸片的成型方法，包括以下步骤：
(1)将聚乙烯加入到挤出机中进行熔融塑化，再通过共挤模头流延至冷鼓上形成铸片；
(2)对铸片进行热处理退火，然后再进行纵向拉伸、横向拉伸，最后经热定型处理得到锂电池隔膜。
在上述步骤中，共挤模头挤出的流延膜经过冷鼓而冷却，但是冷鼓只能对流延膜的单面实现冷却，流延膜的另外一面无法进行冷却。对单面冷却制备的隔膜进行涂覆加工，隔膜背辊侧透气值为330，超过了透气标准值的要求，其产品良率仅为60％。
实施例2与对比例的具体数值见下表1：
表1
实验编号
对比例
实施例2
厚度(μm)
12
12
涂覆后近辊侧透气值
220±15
200±15
涂覆后背辊侧透气值
300±60
220±15
结论：实施例2与对比例相比，结果为：采用实施例2中的成型方法对锂电池隔膜进行成型时，能够对隔膜铸片的正反两面进行冷却，使得隔膜铸片的正反两面的均匀性好，因此在后期对涂覆隔膜的正反两面的透气值的均匀性有较大的改善，其产品良率可以达到90％，有效提高了隔膜的产品质量均匀性。
实施例3
在实施例1的基础上，铸轧冷却辊的长度与挤出机的模头幅宽相适应，(挤出机的模头幅宽为800mm时，铸轧冷却辊的长度为90mm，辊子居中布置，两侧各留余量≥50mm)。在铸轧冷却辊的支撑座下方安装有压力传感器，压力传感器将检测到的压力值反馈给液压机构的控制器，通过控制器的参数设置以控制液压压力的大小，从而以控制辊组间的压力。
通过控制辊组之间的压力，同步调节对流延的压力，有效保证对流延的压力及冷却效果，提高隔膜的生产质量。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的等同变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。