电池隔膜生产工艺之冷却定型和冷却系统

川本斯特是专业生产工业制冷设备厂家，解决各种生产工艺需要控温、恒温、冷却、定型等不同工艺需求的，解决温度、湿度、恒压、恒流等热力、流体、换热不同技术问题。洽谈生产工艺遇到以上的问题。下面详细介绍一下薄膜冷却定型技术问题。

电池隔膜生产工艺之冷却定型和冷却系统

锂离子电池隔膜流延工序的冷却方法，其包括以下步骤：(1).打开冷却管阀门，流入5℃﹣15℃的流体，降低冷却管表面温度；(2).聚烯烃熔体经模头挤出，熔体流经冷却管旁时，熔体表面热量被冷却管吸收；(3).冷却后的聚烯烃熔体经流延辊形成流延膜。

锂离子电池隔膜是一种具有纳米级微孔的高分子功能材料，隔膜在电池内部将正、负极板分隔开来，防止两极接触造成短路。同时，隔膜具备有良好的离子通过能力，有保持电解液的能力，和具有一定的保护电池安全的能力。[1]在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
锂离子性能隔膜要求包括：1）厚度均匀性，隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。其中横向厚度均匀性尤为重要。一般均要求控制在+1微米以内。  2）机械强度，隔膜的机械强度可用抗穿刺强度和拉伸强度来衡量。拉伸强度，隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联。采用单轴拉伸，膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同；而采用双轴拉伸时，隔膜在两个方向上*性会相近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100MP以上，横向强度不能太大，过大会导致横向收缩率增大，这种收缩会加大锂电池厂家正、负极接触的几率。抗穿刺强度，抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量，用它来表示隔膜在装配过程中发生短路的趋势。因隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片间，需要承受很大的压力。为了防止短路，所以隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。抗穿刺强度值一般在300-500g。3）透过性能, 透过性能可用在一定时间和压力下，通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。作为锂电池隔膜材料，本身具有微孔结构，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径一般在0.03-0.12um。孔径太小增加电阻，孔径太大易使正负极接触或被枝晶刺穿短路。隔膜厂家现在基本以透气度、孔隙度指标来衡量透气性。透气率是指特定的空气在特定的压力下通过特定面积隔膜所需要的时间，用Gurley值来表示。根据隔膜厚度，一般在300-700s/100ml。孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率，它与原料树脂及膜的密度有关。现有锂离子电池隔膜的孔隙率在40%-50%之间。4）理化性能，润湿性和润湿速度：较好的润湿性有利于提高隔膜与电解液的亲和性，扩大隔膜与电解液的接触面，从而增加离子导电性，提高电池的充放电性能和容量。隔膜对电解液的润湿性可通过测定其吸液率和持液率来衡量。化学稳定性：隔膜在电解液中应当保持长久的稳定性，不与电解液和电极物质反应。其化学稳定性是通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率来评价的。5）热稳定性：电池在充放电过程中会释放热量，尤其在短路或过充电的时候，会有大量热量放出。因此，当温度升高的时候，隔膜应当保持原有的完整性和一定的力学性能，发挥隔离正、负极、防止短路的作用。6）安全保护性能：锂离子电池的安全性成为锂电池厂家的较为重视的环节。作为锂电池较为关键的核心材料，对隔膜也提出了更高的要求。目前锂电池用隔膜一般都能够提供一个附加的功能，就是热关闭。这一特性可以为锂离子电池提供一个额外的安全保护。该功能主要参数为闭孔温度和破膜温度。闭孔温度是微孔闭合时的温度，即为闭合温度。指电池内部发生放热反应自热、过充或者电池外部短路时，这些情况都会产生大量的热量。由于聚烯烃材料的热塑性，当温度接近聚合物熔点时，微孔闭合形成热关闭，从而阻断离子的继续传输而形成断路，起到保护电池的作用。一般PE为130-140℃，PP为150℃。破膜温度是指电池内部自热，外部短路使电池内部温度升高，超过闭合温度后微孔闭塞阻断电流通过，热熔性能温度进一步上升，造成隔膜破裂、电池短路。破裂时的温度即为破膜温度。 因此，锂电池厂家都希望隔膜有较低的闭孔温度和较高的破裂温度。闭孔温度和破膜温度均与隔膜材料的种类有很大关系。任何单层的隔膜将难以满足锂离子电池对隔膜的安全性的要求。为了满足锂电池厂家的这种要求，南通天丰开发出了PE、PP多层隔膜。融合了PE的低温闭合和PP的高温破膜温度两种特性。

锂电隔膜生产工艺：
湿法：湿法又称相分离法或热致相分离法，将高沸点的烃类液体或低分子量的物质与聚烯烃树脂混合，加热溶化混合物并把熔体铺在薄片上，然后降温发生相分离，再以纵向或双轴向对薄片做取向处理，zui后用易挥发的溶剂提取液体。可制备出相互贯通的微孔膜材料，适用的材料广。采用该法的具有代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国Entek等，用湿法双向拉伸方法生产的隔膜由于经过了双向拉伸具有较高的纵向和横向强度。目前主要用于单层的PE隔膜。[6]
湿法工艺图

 
图片来源：长江证券 锂电材料系列报告之二 2013年7月4日
干法：熔融拉伸法（干法）的制备原理是，高聚物熔体挤出时在拉伸应力作用下冷却结晶，形成平行排列的结晶结构，经过热处理的薄膜拉伸后晶体之间分离而形成狭缝状微孔，在经过热定型制得微孔膜。[7]
干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷，然后高温下使缺陷拉开，形成微孔。该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟，现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。美国Celgard公司拥有干法单向拉伸工艺的一系列，日本UBE公司是购买了Celgard的相关使用权。用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构，由于只进行单向拉伸，隔膜的横向强度比较差，但正是由于没有进行横向拉伸，横向几乎没有热收缩。[8]
干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在20世纪90年代初开发出的具有自主知识产权的工艺（CN1062357）。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔，用于生产单层PP膜。国内格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新时科技有限公司均与中科院合作采用干法双向拉伸工艺。
从理论上分析，干法双向拉伸工艺生产的隔膜经过双向拉伸，在纵向拉伸强度相差不大的情况下，横向拉伸强度要明显高于干法的单向拉伸工艺生产的隔膜。物理性能和机械性能方面干法双向拉伸工艺生产的隔膜更占优势。然而湿法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透气性。可以满足动力电池的大电流充放的要求。但由于湿法采用聚乙烯基材，熔点只有140℃。所以热稳定性比较差。

电池隔膜生产工艺之冷却定型和冷却系统

挤出吹塑薄膜成型设备中的冷却装置，作用是把挤出模具后的管状膜坯经吹胀成膜泡后，为使膜泡尽快冷却定型，提速吹塑成型薄膜的生产速度而设置。冷却装置中一般多采用风或水为冷却介质，带走膜泡表面的热量。按冷却的方法的不同，又可分为膜泡表面冷却和膜泡管内表面冷却。
图5-6是一种采用风冷却筒状膜泡外表面用风环结构。它是一种吹塑薄膜风冷却应用较多的一种方式。对膜的外表面冷却效果较好，可适应各种塑料吹塑膜泡的冷却。

图5-6 单风口风环结构示意
1-吹风口；2-风环上盖；3-风环体

 图5-7双风口负压风环工作气流分布示意
1-膜泡；2-上风口；3-下风口；4-模具；5-气流分布
 图5-7是一种双风口负压风环冷却膜泡时的工作气流分布示意。两风口间的负压区膜坯开始被吹胀，这种双风口冷却膜表面的降温效果好于图5-6中风冷却方式，挤塑生产吹塑薄膜速度比较高，适合多种塑料成型膜的冷却。

 图5-8是一种采用水冷却膜泡外表面用水环冷却工作方式。采用这种方式冷却的膜泡，一般多用于要求透明度较好的聚丙烯薄膜。

图5-8 冷却水环结构及工作示意
1-水环外套：2-隔板；3-定型套

图5-9是膜泡采用风内冷却的一种设备工作示意。冷空气由模具内芯棒中的风环进入膜泡内，冷却膜泡内壁，同时也起到支撑膜泡的作用。这种冷却膜泡的效果很好，适合于各种塑料吹塑宽幅厚膜的冷却。
图5-9 膜泡风内冷却工作示意
 1-热风输出管；2-进风口；3-排风机；4-热风冷却装置；5-膜泡管
风环的工作位置是在成型模具口的上方，距模具口30～100mm处。风环的直径，一般应是模具口直径的1.5～3倍（模具口直径小时取大值）。从风环口吹出的气流，应以45°～60°斜角，呈伞状吹向膜泡管，气流托住膜泡，向上流动，带走膜泡表面热量，使膜泡管降温，平稳运行。
冷却水环工作时，吹胀膜泡管的外径与冷却水环内径吻合，水环内冷却水从冷却套内溢出。膜泡管通过水环时，表面带走一层冷却水，沿着膜泡管面下流，带走膜面热量，使膜泡表面得到较好的降温。膜面上附着的水珠，经牵引辊时被挤压流回水环。

风冷冷水机组使用方便，不需要另外配接散热器或冷却水塔。在使用过程中，只需要把电源、水源接上，使水箱内的水注满，再控制面板上先启动泵浦，再启动压缩机，冷水机就可以正常工作。

风冷冷水机组广泛应用于：激光技术、焊接、塑料成型、注塑、挤塑、吹瓶、热力塑型、机械切削加工、非切削加工、铸造、表面处理、电镀、电泳、医疗设备、电子行业、电路板生产、电子蕊片制造、化工、造纸、制药业、食品加工、铝型材、铝合金、钢化玻璃、镀膜玻璃、超声波清洗、油墨生产等。

风冷冷水机组特点：
高品质压缩机 
作为冷水机的心脏，高川选择欧美日*压缩机，属三洋、松下、谷轮系列，内置安全保护，安全宁静，省电耐用。 
高效蒸发器 
1.盘管水箱式：不锈钢厚质水箱式蒸发器，采用高纯度铜管制造，内置自动补水装置，省去工程安装中的彭胀水箱，方便安装保养，并适用于大温差小流量等特殊场合。 
2.壳管式：高效紫铜管内螺纹蒸发器（备注：如果使用封闭式水箱，建议采用壳管式蒸发器）
风冷式冷凝器 
高速冲床冲孔，翻片质量可靠，二次翻边，铜管与翅片更加紧密接触，换热效率高。采用全新进口铜管和全自动弯头焊接， 大大增强了氧密性，杜绝制冷剂汇漏现象，尤其适合水资源缺乏或水质硬度高的地区使用。 
机组配置 
配置精密电子温度控制器，精确控制水温于5~35度以内，内置压缩机超负载保掮器，循环水泵超负载制，系统低压力异常保掮器，高效 进口干燥过滤器及臌账阀，维修手阀接口等装置，确保了机器可靠安全运行，方便了保养维修。 
高扬程水泵装置 
水泵精选意大利、中国台湾大流量高扬程水泵，使用安全超静，省电耐用．机体外壳用静电粉体涂料烤漆，美观大方．装有不锈钢水箱，清洗方便快捷．水箱内含有浮球自动补水装置，可用来测量并控制水位，从而有效地为客户节省时间并提高工作效率.
多功能操作面板 
操作面板上装有电流表，控制系统保险，压缩机及水泵开关按钮，电子温控制器，各安全保护故障灯，显示冷水出口、冷水入口和设定温度选配，机组启动运转指示灯，使用方便。

特殊设计
1、机组可根据机房条件，灵活设计外形尺寸，欢迎来样生产。
2、多种冷媒选择，机组可提供R22、R407C、R134a等冷媒介质。
3、根据不同国家地区的电源生产不同电源制式的机组，还可根据用户要求订做冷水机组及各类防腐、盐水等高电压非标机组。

4、可根据客户温度要求定做低温型制冷机，zui低温度可达零下40℃。
安装简便
1、运转平衡安全，振动小，安装简单；
2、机组结构紧凑，占地面积小，重量轻，容易搬运。
3、控制界面直接显示故障内容，方便及时了解故障并排除。
4、出厂前完成各种性能测试,完成接线客户只需连接进、出水管和电源即可运行，减少安装时间和费用。
运行可靠
1)机组具备多种安全保护措施，保证机组正常运行。
2)所有机组出厂前均通过安全检测系统100%测试，确保机组性能符合标准。

风冷式冷水机参数一

工作范围:

冰水出水温度范围：5---20℃

机组在环境温度≤35℃工况下

风冷式冷水机参数二

公司产品严格按照欧盟CE认证和ISO9001:2008 idt GB /T19001-2008标准生产，产品质量和售后服务*，免费提供，咨询。