一种非水系二次电池隔离膜制作设备的制作方法

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种能够促进凝固液与涂布液相互扩散的非水系二次电池隔离膜制作设备。

背景技术：

非水系二次电池特别是锂离子二次电池以其能量密度高、倍率性能好等特性，广泛用于为笔记本电脑、数码相机、摄像机以及手机等便携电子设备供电。随着锂电池技术的发展，锂离子二次电池也可以作为新能源汽车的供电电源。然而在电池充放电的循环过程中，伴随着充放电的进行，电池内部的电极与隔离膜之间会形成间隙，导致循环容量减少而影响电池的寿命。现有技术采用在聚烯烃微多孔隔离膜上，使用聚偏氟乙烯(PVDF)树脂构成粘接性多孔层。在二次电池制作过程中，电极与隔离膜卷绕后进行注入电解液封装，然后进行热压，利用PVDF树脂层粘接电极与隔离膜，解决因电池充放电循环产生的间隙问题。但是由于在粘接性多孔层的形成过程中，凝固液与涂布液相互扩散缓慢，不利于涂布液的凝固，进而导致形成的粘接性多孔层孔径较小，在热压工艺中，孔径较小的粘接性多孔层容易出现崩塌，进而降低了隔离膜的离子传导性，增加了电池极化。

技术实现要素：

本申请提供了一种非水系二次电池隔离膜制作设备，其有效解决了现有的隔离膜在制作过程中凝固液与涂布液扩散缓慢的问题。

本申请提供了一种非水系二次电池隔离膜制作设备，包括超声机构和凝固液盛装机构，所述凝固液盛装机构用于盛装凝固液，所述超声机构设置在所述凝固液盛装机构内，当所述凝固液盛装机构内盛装有足够与导入所述凝固液的隔离膜上的涂布液进行相转化的凝固液时，所述超声机构位于所述凝固液的液面以下。

优选的，还包括导入机构、过渡机构以及导出机构，所述导入机构、所述过渡机构以及所述导出机构用于传送所述隔离膜，所述导入机构和所述导出机构均高于所述凝固液盛装机构的开口端设置，所述过渡机构设置在所述凝固液盛装机构内，所述导入机构和所述导出机构相对于所述过渡结构分布在所述过渡结构的两侧。

优选的，所述超声机构设置在所述导入机构与所述过渡机构之间用于对位于所述导入机构和所述过渡机构之间的所述隔离膜施加超声波。

优选的，所述超声机构设置在所述过渡机构与所述导出机构之间用于对位于所述过渡机构和所述导出机构之间的所述隔离膜施加超声波。

优选的，所述超声机构设置在所述过渡机构的上方或下方。

优选的，所述超声机构的超声方向和与其相对应的所述隔离膜传送轨迹的传送走向的方向相对且二者形成一夹角，所述夹角的度数为90-180°。

优选的，所述夹角的度数为90°。

优选的，还包括涂布机构，所述涂布机构与所述导入机构串联并设置在所述导入机构的上游，在所述隔离膜导入所述凝固液盛装机构前，所述涂布机构能够在所述隔离膜的一侧涂覆所述涂布液，所述导入机构、所述过渡机构以及所述导出机构共同形成传送所述隔离膜的传送面，所述超声机构与所述涂布机构设置在所述传送面的同侧以对所述隔离膜涂覆所述涂布液的一侧施加超声波。

优选的，所述凝固液盛装机构的数量为2-3个并依次排列，每个所述凝固液盛装机构内至少设置一个所述超声机构。

优选的，还包括水洗液盛装机构，所述水洗液盛装机构用于对导出所述凝固液盛装机构的所述隔离膜进行有机溶剂的去除，所述水洗液盛装机构与所述凝固液盛装机构串联，并设置在所述凝固液盛装机构的下游。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请所提供的非水系二次电池隔离膜制作设备，通过在凝固液盛装机构内设置超声机构，通过超声机构发出的超声作用于隔离膜，使隔离膜上的涂布液发生震动，促进涂布液与凝固液的相互扩散而发生相转化，从而避免了因涂布液与凝固液扩散不利形成孔径较小的粘接性多孔层，进而避免了在热压工艺中孔径较小的粘接性多孔层出现崩塌，有效提高了隔离膜的离子传导性，降低了电池极化。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的非水系二次电池隔离膜的示意图；

图2为本申请实施例所提供的非水系二次电池隔离膜制作设备的示意图一；

图3为本申请实施例所提供的非水系二次电池隔离膜制作设备的示意图二；

图4为本申请实施例所提供的非水系二次电池隔离膜制作设备加工的隔离膜的SEM图；

图5为现有技术未采用超声机构的非水系二次电池隔离膜制作设备加工的隔离膜的SEM图。

1、超声机构；2、凝固液盛装机构；3、导入机构；4、过渡机构；5、导出机构；6、涂布机构；7、水洗液盛装机构；8、隔离膜；9、凝固液；10、涂布液；11、放卷机构；12、收卷机构。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的非水系二次电池隔离膜制作设备的放置状态为参照。

非水系二次电池特别是锂离子二次电池以其能量密度高、倍率性能好等特性，广泛用于为笔记本电脑、数码相机、摄像机以及手机等便携电子设备供电。随着锂电池技术的发展，锂离子二次电池也可以作为新能源汽车的供电电源。然而在电池充放电的循环过程中，伴随着充放电的进行，电池内部的电极与隔离膜8之间会形成间隙，导致循环容量减少而影响电池的寿命。现有技术采用在聚烯烃微多孔隔离膜上，使用聚偏氟乙烯(PVDF)树脂构成粘接性多孔层。在二次电池制作过程中，电极与隔离膜8卷绕后进行注入电解液封装，然后进行热压，利用PVDF树脂层粘接电极与隔离膜8，解决因电池充放电循环产生的间隙问题。

现有技术在采用凝固液9对涂布液10进行固化的过程中，涂布液10刚开始与接触凝固液9时，会形成一层较致密的皮层阻碍凝固液9与涂布液10扩散，减缓凝固过程。而为了减少皮层形成，现有技术会采用延缓皮层凝固的方法，而这些方法同样会阻碍涂布液10整体的凝固过程。而且由于在粘接性多孔层的形成过程中，凝固液9与涂布液10相互扩散缓慢，不利于涂布液10的凝固，进而导致形成的粘接性多孔层孔径较小，在热压工艺中，孔径较小的粘接性多孔层容易出现崩塌，进而降低了隔离膜8的离子传导性，增加了电池极化，此外现有技术还存在固化时间长，凝固液9消耗量大、生产效率低等缺陷。

为了解决上述技术问题，如图1-3所示，本申请提供了一种非水系二次电池隔离膜8制作设备，包括超声机构1和凝固液盛装机构2，凝固液盛装机构2用于盛装凝固液9，凝固液9用于与导入凝固液盛装机构2的隔离膜8上的涂布液10进行相转化以在隔离膜8的表面形成粘接性多孔层，超声机构1设置在凝固液盛装机构2内，超声机构1通过施加超声波来促进凝固液9与隔离膜8上的涂布液10的扩散，进而促进二者发生相转化以在隔离膜8的表面形成粘接性多孔层，当凝固液盛装机构2内盛装有足够与导入凝固液9的隔离膜8上的涂布液10进行相转化的凝固液9时，超声机构1位于凝固液9的液面以下，处于液面以下的超声机构1将凝固液9作为介质来传递超声波以促进涂布液10与凝固液9的相互扩散。由于涂布液10中具有陶瓷颗粒，在超声机构1施加超声时，陶瓷颗粒震动进而促进涂布液10扩散。本申请中超声波的超声频率可以是20-100kHz，优选30-50kHz，超声机构1的功率可以是30-100W。

本申请还包括导入机构3、过渡机构4以及导出机构5，导入机构3、过渡机构4以及导出机构5用于传送隔离膜8，导入机构3和导出机构5均高于凝固液盛装机构2的开口端设置，过渡机构4设置在凝固液盛装机构2内，导入结构、过渡结构及导出结构形成的传送轨迹可以为U形，导入机构3和导出机构5相对于过渡结构分布在过渡结构的两侧。

本申请中的超声机构1设置在导入机构3与过渡机构4之间用于对位于导入机构3和过渡机构4之间的隔离膜8施加超声波。隔离膜8由导入机构3导入至凝固液盛装机构2中，并沿着传送轨迹继续向过渡机构4传送，将超声机构1设置在导入机构3与过渡机构4之间，可以在隔离膜8与凝固液9接触时，超声机构1就能够通过施加超声波来促进隔离膜8表面的涂布液10和凝固液9的相互扩散。

本申请的超声机构1还可以设置在过渡机构4与导出机构5之间用于对位于过渡机构4和导出机构5之间的隔离膜8施加超声波或者超声机构1设置在过渡机构4的上方或下方。通过超声机构1施加的超声波，促进涂布液10与凝固液9的分子运动，二者相互扩散速度加快，提高了涂布液10的凝固速度，促进了隔离膜8表面粘接性多孔层的形成。

本申请中超声机构1的超声方向和与其相对应的所述隔离膜传送轨迹的传送走向的方向相对且二者形成一夹角，所述夹角的度数为90-180°。

在超声机构1的超声方向与该超声机构1相对的隔离膜8的传送方向相反时，即二者形成的夹角为180°时，超声机构1是针对凝固液9进行超声，通过凝固液9的震动扩散对隔离膜8上的涂布液10进行作用，在超声方向与隔离膜8的传送方向相反时，超声机构1既能够不破坏隔离膜8表面的涂布液10形成的涂层又能够促进隔离膜8表面的涂层形成多孔结构。本申请优选的夹角度数为90°，二者的夹角为90°时，超声机构1施加的超声能快速的作用在隔离膜8上且获得较佳的震动效果，使隔离膜8上的涂布液10与凝固液9的扩散效果更好。

本申请还包括涂布机构6，涂布机构6与导入机构3串联并设置在导入机构3的上游，在隔离膜8导入凝固液盛装机构2前，涂布机构6能够在隔离膜8的一侧涂覆涂布液10，本申请中隔离膜8可以是一侧涂覆涂布液10，也可以是两侧涂覆涂布液10，在隔离膜8的两侧都涂覆涂布液10时，本申请的涂布机构6至少为两个，导入机构3、过渡机构4以及导出机构5共同形成传送隔离膜8的传送面，超声机构1与涂布机构6设置在传送面的同侧以对隔离膜8涂覆涂布液10的一侧施加超声波。由于超声机构1与涂布机构6相对于传送面设置在传送面的同侧，保证了超声机构1能够对隔离膜8涂覆有涂布液10的一侧进行超声，使超声机构1施加的超声直接作用于涂布液10时，而无需再由隔离膜8的震动来作用于涂布液10，从而能够更好的促进涂布液10的扩散。

为了增强涂布液10的凝固效果，本申请中的凝固液盛装机构2的数量可以是2-3个，各凝固液盛装机构2依次排列，每个凝固液盛装机构2内至少设置一个超声机构1以进一步促进涂布液10与凝固液9的相互扩散来加快二者之间的相转化，从而促进隔离膜8表面形成粘接性多孔层。由于涂布液10与凝固液9扩散效果良好，使得形成的粘接性多孔层既能够实现电极与隔离膜8的良好粘接，同时还能够在热压过程中维持多孔结构稳定、不出现崩塌，从而有效降低电池极化。

为了降低在涂布液10凝固过程中表面附着的有机溶剂对隔离膜8的影响，本申请还包括水洗液盛装机构7，水洗液盛装机构7用于对导出凝固液盛装机构2的隔离膜8进行有机溶剂的去除，水洗液盛装机构7与凝固液盛装机构2串联，并设置在凝固液盛装机构2的下游，水洗液盛装机构7的数量可以是1-3个。

为了加快隔离膜8的干燥速度，本申请还包括烘干机构，本申请的烘干机构与水洗液盛装机构7串联，并设置在水洗液盛装机构7的下游，隔离膜8完成水洗后导入至烘箱内烘干。本申请还包括放卷机构11和手卷机构，通过放卷机构11与收卷机构12的配合来传送隔离膜8，使隔离膜8依次经过涂布机构6、凝固液盛装机构2、水洗液盛装机构7以及烘干机构分别进行涂布液10的涂覆、涂布液10的凝固、有机溶剂的去除以及烘干等完成对隔离膜8的加工操作。

本申请所提供的非水系二次电池隔离膜8制作设备，通过在凝固液盛装机构2内设置超声机构1，通过超声机构1发出的超声作用于隔离膜8，使隔离膜8上的涂布液10发生震动，促进涂布液10与凝固液9的相互扩散而发生相转化，从而避免了因涂布液10与凝固液9扩散不利形成孔径较小的粘接性多孔层，进而避免了在热压工艺中孔径较小的粘接性多孔层出现崩塌，有效提高了隔离膜8的离子传导性，降低了电池极化。

具体的，本申请采用上述非水系二次电池隔离膜8制作设备和不具有超声机构1的普通的隔离膜8制作设备对隔离膜8进行如下加工：

本申请的涂布液10采用索尔维集团(Solvay)生产的聚偏氟乙烯(PVDF)系树脂(Hylar460)和Al₂O₃陶瓷粉体，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，按照质量比PVDF：Al₂O₃：NMP＝5：7.5：93的比例混合溶解制成。本申请的凝固液9采用重量百分比为30％的NMP的水溶液。其中，涂布液10与凝固液9温度为25℃。将涂布液10涂覆在隔离膜8(12μm厚度，孔隙率38％，M824，Celgard公司生产)上，涂覆有涂布液10的隔离膜8的厚度可以是15μm，隔离膜8的走带张力可以是80N/m，走带速度可以是2m/min，通过整个凝固液9时间可以是80s。采用不具有超声机构1的普通的隔离膜8制作设备和本申请的非水系二次电池隔离膜8制作设备分别对隔离膜8进行加工后，利用扫描电子显微镜(SEM)对隔离膜8表面形成的粘接性多孔层进行扫描，获得SEM图。如图4-5所示，通过对比图4和图5，能够明确得出本申请的非水系二次电池隔离膜8制作设备由于具有超声机构1有效提高了粘接性多孔层的孔隙率，说明涂布液10与凝固液9的扩散均匀，孔隙尺寸均匀，增强了结构的稳定性。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。