一种高一致性隔膜的制备系统和烤箱论文和设计

全文摘要

本申请公开了一种高一致性隔膜的制备系统和烤箱。本申请高一致性隔膜的制备系统，包括放卷装置和烤箱；放卷装置用于对流延膜卷进行放卷；烤箱接收放卷的流延膜，并在烤箱中设置有若干个错位布置的传输辊，用于延长流延膜经过烤箱的路径，流延膜在烤箱中移动时进行热处理。本申请的高一致性隔膜的制备系统，通过对流延膜的烤箱进行改进，在烤箱中设置若干个错位布置的传输辊，改变传统的整卷流延膜一起进行烘烤的方式，使流延膜在经过烤箱的过程中进行热处理，避免了整卷流延膜热处理不均匀的问题；不仅提高了热处理的均匀性和热处理质量，而且，相对于整卷流延膜进行热处理的方式，本申请系统的热处理所需时间更短，大大提高了生产效率。

主设计要求

1.一种高一致性隔膜的制备系统，其特征在于：包括放卷装置和烤箱；所述放卷装置用于对流延膜卷进行放卷；所述烤箱接收放卷的流延膜，并在烤箱中设置有若干个错位布置的传输辊，用于延长流延膜经过烤箱的路径，流延膜在烤箱中移动时进行热处理。

设计方案

1.一种高一致性隔膜的制备系统，其特征在于：包括放卷装置和烤箱；

所述放卷装置用于对流延膜卷进行放卷；

所述烤箱接收放卷的流延膜，并在烤箱中设置有若干个错位布置的传输辊，用于延长流延膜经过烤箱的路径，流延膜在烤箱中移动时进行热处理。

2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于：还包括拉伸装置；

所述拉伸装置工艺承接所述烤箱，热处理后，无需进行收卷，直接通过传输辊将热处理产物导入拉伸装置中进行拉伸处理。

3.根据权利要求2所述的制备系统，其特征在于：还包括收卷装置；

所述收卷装置工艺承接所述拉伸装置，用于对拉伸处理产物进行收卷。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备系统，其特征在于：还包括多层复合装置，所述多层复合装置设置于所述放卷装置和所述烤箱之间；

所述放卷装置包括若干放卷机，每个放卷机用于对一个流延膜卷进行放卷；

所述多层复合装置工艺承接所述放卷装置，用于对多个放卷机放卷的流延膜进行复合处理，形成多层复合流延膜；多层复合装置输出的多层复合流延膜再经传输辊输送到所述烤箱中进行热处理。

5.一种制备高一致性隔膜的烤箱，其特征在于：所述烤箱用于流延膜热处理，烤箱中设置有若干个错位布置的传输辊，流延膜或多层复合流延膜通过全部或部分传输辊在烤箱中移动，并在移动的过程中实现热处理。

设计说明书

技术领域

本申请涉及电池隔膜制备领域，特别是涉及一种高一致性隔膜的制备系统和烤箱。

背景技术

锂离子电池隔膜按照制备工艺可以分为干法单向拉伸、干法双向拉伸和湿法双向拉伸三种工艺。在高端动力领域，干法单向拉伸以其成本低、一致性优、安全性好等优势得到广泛的应用，特别是在大电流充电及大功率电池领域，干法单向拉伸隔膜具有绝对的优势。

干法单向拉伸按照工艺流程可以分为流延、热处理及拉伸成孔三个工序。目前采用的热处理方式是，先将流延膜收卷，收卷长度一般为数千米，然后再将整卷流延膜放入烤箱中进行热处理。对于大规模的批量化生产，一个烤箱无法满足生产需求，通常会采用多个烤箱分别对同一批次的不同流延膜卷进行热处理；而不同烤箱的温度和加热效率难以完全一致，这就导致同一批次的不同流延膜卷一致性较差。甚至，同一卷流延膜中，由于热传递的关系，也存在热处理效果和质量一致性不好的问题；特别是收卷长度较长的情况下，卷外层和里层的热处理时间和温度上都存在较大差异，这直接影响了后续制备的电池隔膜的一致性。另外，对于多层复合隔膜而言，现有的生产工艺流程也是，将各层的流延膜整卷放入烤箱进行热处理，热处理完成后再放卷，将各层复合在一起形成复合层，再将复合层收卷，转移至拉伸工位，放卷、拉伸，制成多层复合隔膜。同样的，各层的流延膜卷分别在不同的烤箱中进行热处理，一致性较差，影响隔膜质量。

此外，现有的热处理方式中，为了确保流延膜卷里层也能够被有效的进行热处理，通常需要进行较长时间的烘烤，严重影响生产效率。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的高一致性隔膜的制备系统和烤箱。

为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种高一致性隔膜的制备方法，包括在对流延膜卷进行热处理时，无需将整卷流延膜直接放入烤箱中，而是在烤箱外将流延膜卷放卷，使其通过烤箱，并在烤箱中设置若干个错位布置的传输辊，用于延长流延膜经过烤箱的路径，流延膜在烤箱中移动时进行热处理。本申请的流延膜是指聚烯烃原料熔融塑化加工后挤出的完成初始结晶、还没有形成微孔的膜，流延膜卷即流延膜经收卷形成的膜卷。

需要说明的是，本申请的制备方法，其关键在于在进行热处理时，不是将整卷流延膜卷放入烤箱中，而是流延膜通过传输辊经过烤箱进行热处理，避免了流延膜整卷进行热处理时外层和里层受热不均匀的问题，提高了隔膜生产质量。本申请的制备方法采用动态热处理，可以用一个烤箱持续或同时对多个流延膜卷进行热处理，热处理的一致性好。并且，由于是流延膜直接经过烤箱进行热处理，流延膜的厚度相对较薄，能够在较短的时间内完成热处理；本申请的一种实现方式中，采用传统的流延膜整卷进行热处理需要至少48小时；而采用本申请的制备方法，在8小时以内就可以完成等量流延膜的热处理；大大提高了生产效率。

还需要说明的是，烤箱中设置的传输辊的数量可以根据需要进行热处理的时间而定；原则上，流延膜在烤箱中进行热处理的时间，就是流延膜进入烤箱到由烤箱输出的这段时间，该时间取决于两个因素，即流延膜通过烤箱的路程和速度，其中速度直接影响生产效率，而烤箱的大小也是限定的；因此，在确保速度的情况下，在烤箱大小一定的情况下，可以通过错位布置的传输辊延长流延膜通过烤箱的路程，以达到所需的热处理时间。

优选的，本申请的制备方法还包括在热处理后，无需进行收卷，直接通过传输辊将热处理的流延膜导入拉伸装置中进行拉伸。

需要说明的是，现有的热处理方式需要整卷进行热处理后，再拿出来进行后续操作；而本申请的制备方法，由于是流延膜在动态过程中进行热处理，因此，可以在热处理的同时进行拉伸处理，即对于一卷流延膜而言，一部分在进行热处理，处理完后紧接着就可以进行拉伸处理，而在拉伸处理时，后续的一部分继续进行热处理，这进一步提高了生产效率。

优选的，本申请的制备方法还包括在热处理之前进行多层膜复合处理，具体的，将组成多层膜的各流延膜卷放卷后经多层复合装置将多个流延膜复合成多层复合流延膜，然后，直接将多层复合流延膜导入烤箱中进行热处理。

需要说明的是，现有的多层隔膜制备方法是，各层膜的流延膜分别整卷进行热处理，然后再放卷、复合处理、收卷，收卷后再转移至拉伸处理工位进行放卷、拉伸、收卷。本申请的制备方法可以制备单层隔膜，也可以制备多层隔膜；本申请制备多层隔膜的方法与现有方法不同的是，本申请是将组成多层隔膜的各层的流延膜先放卷、复合在一起，然后再对多层复合流延膜进行热处理；这就有效的避免了各层热处理不一致的问题；并且热处理后紧接着进行拉伸，减少了工序，提高了生产效率。

本申请的另一面公开了一种用于本申请的制备方法的烤箱，该烤箱用于流延膜热处理，烤箱中设置有若干个错位布置的传输辊，流延膜或多层复合流延膜通过全部或部分传输辊在烤箱中移动，并在移动的过程中实现热处理。

需要说明的是，现有的热处理烤箱，是直接分为多层结构，每层分别放置一卷或多卷流延膜进行热处理；而本申请直接将烤箱设计为一个空腔结构，里面错位布置若干个传输辊，使得流延膜在烤箱中上下曲折移动，增加流延膜在烤箱中的滞留时间，以达到热处理的效果。

本申请的再一面公开了一种高一致性隔膜的制备系统，包括放卷装置和烤箱；放卷装置用于对流延膜卷进行放卷；烤箱接收放卷的流延膜，并在烤箱中设置有若干个错位布置的传输辊，用于延长流延膜经过烤箱的路径，流延膜在烤箱中移动时进行热处理。

需要说明的是，本申请的制备系统，其关键在于对现有的热处理烤箱进行改进，具体的，本申请的制备系统中，烤箱内部是一个空腔结构，在烤箱内设置若干个错位布置的传输辊；这样的目的是，延长流延膜穿过烤箱的路径，在保障流延膜传输速度的情况下，使得流延膜在烤箱中的时间足够长，以满足热处理的需求。

优选的，本申请的制备系统还包括拉伸装置；拉伸装置工艺承接烤箱，热处理后，无需进行收卷，直接通过传输辊将热处理产物导入拉伸装置中进行拉伸处理。

需要说明的是，本申请的制备系统，针对动态热处理的特征，在热处理后紧接着进行拉伸处理；因此，进一步的本申请的制备系统还包括拉伸装置，其直接设置于烤箱的输出端，直接对烤箱的输出产物进行拉伸处理，节省了工艺，提高了生产效率。

优选的，本申请的制备系统还包括收卷装置；收卷装置工艺承接拉伸装置，用于对拉伸处理产物进行收卷。

需要说明的是，本申请的制备系统，相对于现有的生产工艺和系统，从流延膜放卷到最后拉伸完成，整个过程一气呵成，大大提高了生产效率。

优选的，本申请的制备系统还包括多层复合装置，多层复合装置设置于放卷装置和烤箱之间；放卷装置包括若干放卷机，每个放卷机用于对一个流延膜卷进行放卷；多层复合装置工艺承接放卷装置，用于对多个放卷机放卷的流延膜进行复合处理，形成多层复合流延膜；多层复合装置输出的多层复合流延膜再经传输辊输送到烤箱中进行热处理。

可以理解，多层复合装置只有在需要制备多层隔膜时才使用，如果仅仅是单层隔膜，则不需要多层复合装置，将其当作传输机构即可。

由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：

本申请的高一致性隔膜的制备系统，通过对流延膜的烤箱进行改进，在烤箱中设置若干个错位布置的传输辊，改变传统的整卷流延膜一起进行烘烤的方式，使流延膜在经过烤箱的过程中进行热处理，避免了整卷流延膜热处理不均匀的问题；不仅提高了热处理的均匀性和热处理质量，而且，相对于整卷流延膜进行热处理的方式，本申请系统的热处理所需时间更短，大大提高了生产效率。

附图说明

图1是现有的生产方法中各工艺流程的工作示意图，其中，A图是热处理的烤箱的工作示意图，B图是多层复合装置的工作示意图，C图是拉伸装置的工作示意图；

图2是本申请实施例中高一致性隔膜的制备系统的工作示意图。

具体实施方式

现有的干法单向拉伸工艺制备多层隔膜，如图1所示，图1中，11为静态热处理烤箱、12为流延膜卷、13为热处理后的流延膜放卷机、14为热处理后流延膜的多层复合装置、15为多层复合膜收卷机、16为多层复合膜放卷机、17为拉伸装置、18为隔膜收卷机；通常依序包括热处理、多层复合和拉伸处理三个步骤，热处理的烤箱虽然可以同时处理4-8个流延膜卷，但是，一个烤箱很难满足大规模的批量生产，并且，如前面提到的流延膜整卷进行热处理还存在一致性差等问题。

本申请改进的制备系统，如图2所示，一方面，将现有的整卷流延膜直接放置在烤箱中进行静态热处理的方式，改进为让流延膜传输经过烤箱，在烤箱中移动的过程进行热处理，解决了整卷热处理不均匀的问题；另一方面，完全改变热处理、多层复合、拉伸处理的工艺顺序，先将流延膜进行多重复合，然后再一起进行热处理，再进行拉伸，并且各个步骤只需要采用传输辊顺序承接，节省了流程，提高了生产效率。图2中，21为流延膜放卷装置、22为流延膜多层复合装置、23为动态热处理烤箱、24为拉伸装置、25为收卷装置。

下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例

本例的高一致性隔膜的制备方法，如图2所示，包括在对流延膜卷进行热处理时，无需将整卷流延膜直接放入烤箱中，而是在烤箱外将流延膜卷放卷，使其通过烤箱，并在烤箱中设置若干个错位布置的传输辊，用于延长流延膜经过烤箱的路径，流延膜在烤箱中移动时进行热处理。在热处理后，无需进行收卷，直接通过传输辊将热处理的流延膜导入拉伸装置中进行拉伸。对于多层复合隔膜而言，本例的制备方法还包括在热处理之前进行多层膜复合处理，即将组成多层膜的各流延膜卷放卷后经多层复合装置将多个流延膜复合成多层复合流延膜，如图2所示，然后，直接将多层复合流延膜导入烤箱中进行热处理。

以多层隔膜的制备为例，本例的制备方法，如图2所示，具体包括以下几个步骤：

(1)将聚烯烃原料进行熔融塑化加工，经过口模后进入激冷辊冷却成膜，高速牵引进入收卷系统收卷，获得流延膜卷；在这个过程中，聚烯烃膜完成初始结晶；

(2)将成卷的膜卷放卷，进入复合机进行复合，形成多层复合膜；

(3)将复合后的膜卷导入设定有一定温度的烤箱，边放卷边热处理，即进行动态热处理，在这个过程中，聚烯烃膜晶体进一步完善，为拉伸成孔做准备；

(4)热处理完成的膜进入拉伸装置，通过工艺设置各段的温度及辊的速比，进行拉伸处理，拉伸完成的膜形成微孔，即完成锂离子电池隔膜的制备。

为了实现本例的制备方法，本例进一步研发了相应的高一致性隔膜的制备系统，该系统如图2所示，包括放卷装置、多层复合装置、烤箱、拉伸装置和收卷装置。

本例针对多层隔膜的制备，放卷装置包括若干放卷机，每个放卷机用于对一个流延膜卷进行放卷；多层复合装置工艺承接放卷装置，用于对多个放卷机放卷的流延膜进行复合处理，形成多层复合流延膜；烤箱工艺承接多层复合装置，用于对多层流延膜进行热处理；拉伸装置工艺承接烤箱，热处理后，无需进行收卷，直接通过传输辊将热处理产物导入拉伸装置中进行拉伸处理。拉伸处理完成后直接通过收卷装置收卷，即获得本领域的高一致性电池隔膜。

其中，烤箱的内部为一个空腔结构，其中设置有若干个错位布置的传输辊，用于延长流延膜经过烤箱的路径，进而延长流延膜在烤箱中的时间，流延膜在烤箱中移动时进行热处理，调整流延膜经过传输辊的路径，可以调整流延膜的热处理时间。

根据以上制备方法和系统，本例具体制备了20层聚丙烯隔膜，隔膜的规格为1100mm*1200m。

与此同时，本例采用传统的流延膜整卷进行热处理的方式制备了相同规格的隔膜作为对比。并且，在工艺步骤上，是先对各层流延膜进行热处理，然后再复合、拉伸。

本例分别对本例试验方法制备的隔膜，和传统方法制备的对比隔膜进行了隔膜纵向透气差异，以检测隔膜的一致性。具体的，隔膜纵向透气差异的方法为：将隔膜分切后在纵向上每隔10m取一个样品，进行透气性测试，将所有样品的透气性测试结果记录并计算最大值与最小值，用最大值减最小值即为纵向透气性差异。

需要说明的是，本例隔膜的高一致性，是指层与层之间，每层的长度方向上的透气性、孔隙率及孔径等性能的一致性。由于在现有传统的静态热处理成卷受热，里层与外层及芯层在受热时间上的不一致，使结晶时间的差异，导致晶片的成长速度及晶片厚度上的差异，从而在微观上表现微孔结构的不一致，在宏观上表现为透气性及孔隙率的差异。而本例的动态热处理由于各层受热一样，且每层在长度方向上受热也一致，很好的避免因受热不一样导致的差异，且能有效的提高生产效率。因此，本例通过对比测试隔膜的纵向透气差异，表征隔膜的一致性。

另外，本例还分别统计了本例试验方法和传统方法在工艺调整频率、从流延到拉伸完成所需时间、同等规模隔膜生产所需操作人员等方面的差异。其中，工艺调整频率主要体现在，由于静态热处理外层、里层及芯层受热的差异，导致结晶速度及晶体成长速度的差异，在拉伸后会出现透气性的差异，为了减少透气性的差异，在每个拉伸子卷换卷后，都需要人为的对工艺参数进行微调来减少透气性的差异，若不调整，会出现透气差异超出标准控制范围，导致产品不合格。而本例的试验方法则没有该问题，因此不需要调整。

以上测试和统计结果如表1所示。

表1动态热处理工艺和静态热处理工艺对比

表1中，静态热处理即传统的将整卷流延膜放入烤箱中进行热处理的制备方法；动态热处理即本例的高一致性隔膜的制备方法。表1的结果显示，本例试验方法制备的隔膜，其一致性明显高于传统制备方法；并且，本例试验方法整个生产过程中无需进行工艺调整，从流延到拉伸的生产时间也缩短至8h以内，大大提高了生产效率；与此同时，同等规模的生产中所需要的操作人员也减少了约40％，大大降低了劳动力成本。

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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

设计图

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主设计要求

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设计说明书

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