一种制备高比能电池隔膜的生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隔膜原材料配方及过程控制制备工艺，具体为一种制备高比能电池隔膜的生产工艺。
【背景技术】
[0002]目前国内锂离子隔膜的厂家在生产锂离子电池隔膜的过程中，隔膜的原材料、材料配方、生产工艺控制，完全依赖进口设备的设计原理和提供的参数进行隔膜生产。
[0003]目前湿法锂离子电池高端隔膜技术一直被日本、韩国等国家垄断，国内高端新能源动力电池隔膜2 70%依赖进口，由于国外高端技术的垄断及国内技术的创新不足，导致国内锂离子电池隔膜生产厂家制备的隔膜产品只能适用于3C数码类、玩具类等中低端电池行业，并无法进入高端市场。进口锂离子电池隔膜的成本高、采购周期长，从而也大大的限制了我国新能源汽车产业的发展。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种制备高比能电池隔膜的生产工艺，解决【背景技术】中的缺点。将制备锂离子电池湿法隔膜从原料选型、原料配方、过程中控制及萃取成孔等四个方面进行实施，最终制备出高端锂离子电池湿法隔膜产品，新制备的产品应用于动力电池配套组件，冲击国外进口隔膜价格市场，降低锂离子动力电池成本，为加速发展中国新能源动力汽车产业做出贡献。
[0005]本发明采用以下技术方案实现:
一种制备高比能电池隔膜的生产设备，包括挤出机、齿轮栗、过滤器、流延机组、MD0纵拉机、TD01横拉机、萃取及干燥装置、TD02横拉机、收卷机、双流道交叉模头，所述挤出机后端设置有齿轮栗，所述齿轮栗后端设置有过滤器，所述过滤器后端设置有双流道交叉模头，所述双流道交叉模头后端设置有流延机组，所述流延机组后端设置有MD0纵拉机后端设置有TD01横拉机，所述TD01横拉机后端设置有萃取及干燥装置，所述萃取及干燥装置后端设置有TD02横拉机，所述TD02横拉机后端设置有收卷机。
[0006]—种制备高比能电池隔膜的生产工艺，包括以下步骤:
第一步:混炼熔融:利用计量下料器对原料进行配比，原料按照重量份的百分比:超高分子聚乙烯:超高分子石蜡油:抗氧化剂=1: 1: 1，将称量后的原料直接进入高强度混炼挤出机内进行混炼、熔融;其中高强度混炼挤出机内各混炼区域温度设定在:190°C_245°C，确保流体温度不超过各原料的碳化温度、闪点温度，让纳米级直径的石蜡油与超高分子聚乙烯完全相溶；
第二步:挤出片材:将混炼熔融后的物料经过齿轮栗计量和过滤器过滤后，利用金属软管连接输送至双流道交叉模头，所述金属软管上连接有温度检测传感器，所述温度检测传感器与控制系统连接，所述控制系统接收温度检测传感器的信号，并控制双流道交叉模头内的加热器温度高于混炼熔融后的物料温度2°C，所述双流道交叉模头的温度分为左、中、右三个区域来分别控制，所述双流道交叉模头中间温度区域低于左温度区域和右温度区域2°C；
第三步:片材冷却:将双流道交叉模头挤出片材后垂直落至流延机组，所述流延机组内的冷却辊的冷却方式采用纯水冷冻进行冷却，冷却温度设定在20°C_40°C范围内，冷却后离开流延辊的片材温度应该确定在:50°C 土 10°C;
第四步:纵向拉伸:将冷却后的片材输送至MDO纵拉机进行纵向拉伸，所述MDO纵拉机内预热温度控制在结晶点温度下10°C_20°C，拉伸温度控制在结晶温度下10°C_30°C，冷却温度设定为:20°C_50°C，纵向拉伸倍数控制工艺参数:6-7倍;片材厚度控制在0.3mm±0.1mm；第五步:横向拉伸:将经过纵向拉伸后的片材进入TD01横拉机中，所述TD01横拉机的预热区、拉伸区在MD0纵拉机辊轮设定范围的基础上上升2°C_10°C，薄膜定型区温度控制在<100°C;所述TD01横拉机内拉伸区域的风口采用片口的形式出风，冷却区域采用平口的形式出风，TD01横拉机内的拉伸比例控制在MD0纵拉机内纵拉倍数的0.8倍；
第六步:萃取抽孔:将横向拉伸后的片材薄膜牵弓I进入萃取及干燥装置中，微孔抽出的环境温度控制在:10°C 土 2°C，负压状态:-15Kpa~-30Kpa，萃取溶剂二氯甲烷采用内置循环结构，薄膜从萃取每格萃取溶剂出来后采用反向刮液结构进行石蜡油的抽出，隔膜萃取完成后进行水洗工序，软水温度控制在:25°C ± 1°C，水洗完成后隔膜微孔成型，然后进行干燥处理；
第七步:热定型及收卷:将萃取抽孔完成后的锂离子电池隔膜通过干燥牵引导向至TD02横拉机进行热定型工序，热定型工序中温度设定比原材料的熔点温度低10°C_20°C，隔膜拉伸倍率为1.1倍-1.15倍;将热定型送入到收卷机中进行收卷成膜，即得到一种高比能电池隔膜。
[0007]本发明中，所述超高分子石蜡油为高粘度超高分子石蜡油。
[0008]本发明中，所述计量下料器的精度控制在±0.lkg/H的范围内。
[0009]本发明中，所述超高分子量聚乙烯为UHMWPE。
[0010]本发明中，所述萃取及干燥装置连接有恒压风机装置和恒湿控制装置。
[0011]有益效果:本发明完全利用三种物质的高分子的材料特性进行共混，通过自主研发的同步剪切和反剪切共存的双螺杆组态，将液体、固体进行一次混炼、熔融挤出，在铸片、拉伸过程中利用高分子材料的相分离原理进行锂离子电池隔膜的成孔、拉伸孔、抽出孔、定型孔;经过以上控制工艺的紧密结合制备出:高孔隙、小孔径、高物理性能的锂离子电池隔膜，本发明从试验、小批量试生产、中批量试产等结果论证，完全满足未来新能源汽车产业动力高比能电池的要求，并可以大规模工生产化，制备的锂离子电池隔膜替代进口。
【附图说明】
[0012]图1为本发明生产设备的结构示意图。
[0013]图2为使用高分子聚乙烯材料和石蜡油利用传统工艺生产的湿法锂离子隔膜进行高倍率电镜扫描对比图；
图3为使用超高分子聚乙稀材料、超高分子石錯油和Ant1xidants通过自主工艺配方、生产工艺，生产的湿法锂离子隔膜进行高倍率电镜扫描图。
【具体实施方式】
[0014]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0015]参见图1，一种制备高比能电池隔膜的生产设备的结构示意图，一种湿法制备高比能电池隔膜的生产设备，包括挤出机1、齿轮栗2、过滤器3、流延机组4、MD0纵拉机5、TD01横拉机6、萃取及干燥装置7、TD02横拉机8、收卷机9、双流道交叉模头10，所述挤出机1后端设置有齿轮栗2，所述齿轮栗2后端设置有过滤器3，所述过滤器3后端设置有双流道交叉模头10，所述双流道交叉模头10后端设置有流延机组4，所述流延机组4后端设置有MD0纵拉机5后端设置有TD01横拉机6，所述TD01横拉机6后端设置有萃取及干燥装置7，所述萃取及干燥装置7后端设置有TD02横拉机8，所述TD02横拉机8后端设置有收卷机9。
[0016]—种制备高比能电池隔膜的生产工艺，包括以下步骤:
第一步:混炼熔融:利用计量下料器对原料进行配比，原料按照重量份的百分比:超高分子聚乙烯:超高分子石蜡油:抗氧化剂=1: 1: 1，将称量后的原料直接进入高强度混炼挤出机1内进行混炼、熔融;其中高强度混炼挤出机1内各混炼区域温度设定在:190°C-245°C，确保流体温度不超过各原料的碳化温度、闪点温度，让纳米级直径的石蜡油与超高分子聚乙稀完全相溶；
第二步:挤出片材:将混炼熔融后的物料经过齿轮栗2计量和过滤器3过滤后，利用金属软管连接输送至双流道交叉模头10，所述金属软管上连接有温度检测传感器，所述温度检测传感器与控制系统连接，所述控制系统接收温度检测传感器的信号，并控制双流道交叉模头10内的加热器温度高于混炼熔融后的物料温度2°C，所述双流道交叉模头10的温度分为左、中、右三个区域来分别控制，所述双流道交叉模头10中间温度区域低于左温度区域和右温度区域2°C;
第三步:片材冷却:将双流道交叉模头10挤出片材后垂直落至流延机组4，所述流延机组4内的冷却辊的冷却方式采用纯水冷冻进行冷却，冷却温度设定在20°C_40°C范围内，冷却后离开流延辊的片材温度应该确定在:50°C ± 10°C ；
第四步:纵向拉伸:将冷却后的片材输送至MDO纵拉机5进行纵向拉伸，所述MDO纵拉机5内预热温度控制在结晶点温度下10°C_20°C，拉伸温度控制在结晶温度下10°C_30°C，冷却温度设定为:20°C_50°C，纵向拉伸倍数控制工艺参数:6-7倍；片材厚度控制在0.3mm 土
0.1mm；
第五步:横向拉伸:将经过纵向拉伸后的片材进入TDO 1横拉机6中，所述TDO 1横拉机6的预热区、拉伸区在MD0纵拉机5辊轮设定范围的基础上上升2°C_10°C，薄膜定型区温度控制在<100°C;所述TDO 1横拉机6内拉伸区域的风口采用片口的形式出风，冷却区域采用平口的形式出风，TD01横拉机6内的拉伸比例控制在MD0纵拉机5内纵拉倍数的0.8倍；
第六步:萃取抽孔:将横向拉伸后的片材薄膜牵引进入萃取及干燥装置7中，微孔抽出的环境温度控制在:10°C ± 2°C，负压状态:-15Kpa~-30Kpa，萃取溶剂二氯甲烷采用内置循环结构，薄膜从萃取每格萃取溶剂出来后采用反向刮液结构进行石蜡油的抽出，隔膜萃取完成后进行水洗工序，软水温度控制在:25°C ± 1°C，水洗完成后隔膜微孔成型，然后进行干燥处理； 第七步:热