一种复合锂离子电池隔膜及其制备工艺的制作方法

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种复合锂离子电池隔膜及其制备工艺。

背景技术：

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。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。

现有的电池隔膜原料配比，电池的耐热性能较差，电池隔膜在生产过程中，现有的流延机对于熔融状态的保温性能差，烘干压延效果差，并且收卷机构对于收卷辊的存放存在一定的不便性，影响生产效率。

技术实现要素：

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种复合锂离子电池隔膜及其制备工艺，通过乙丙橡胶、纳米碳化硅、碳纤维和聚乙烯蜡将聚乙烯和聚丙烯共融，从而使得电池隔膜兼具耐热和耐冷的特性；通过储料罐壳体以及转动的搅拌桨进行加热，有利于对流延材料进行保温，能够提高流延生产产能；在烘干压平机构的箱体内部设置有螺杆，在箱体的上部设置有与螺杆旋合的转动把，而螺杆的底部连接有转动连接挤压辊的辊轮架，通过隔板将各个挤压辊分隔，且各个挤压辊所在空间内均设置有加热管，该种结构，通过分隔加热和挤压，对流延工艺进行细化，有利于提升产品质量；在收卷机构的叉架的u型缺口内部设置有转动连接的两个支撑轮，并且通过第三电机对齐进行驱动，在支撑轮的外壁以及与其接触的收卷辊的外壁设置有相互啮合的条纹，该种结构，直接将收卷辊与叉架进行卡接即可进行传动，缩短收卷辊安放时间，提高生产效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种复合锂离子电池隔膜，该电池隔膜各原料重量份为：聚乙烯20-25份、聚丙烯30-40份、乙丙橡胶2-3份、纳米碳化硅4-5份、成孔剂1-2份、碳纤维0.5-1份和聚乙烯蜡3-4份，该复合锂离子电池隔膜的制备工艺,包括配料-熔料-流延-纵向拉伸-横向拉伸-定型收卷的工艺步骤，具体步骤如下：

(1)配料：配比聚乙烯20-25份，聚丙烯30-40份、乙丙橡胶2-3份、纳米碳化硅4-5份、成孔剂1-2份，碳纤维0.5-1份和聚乙烯蜡3-4份，并将所配得的原料倒入搅拌设备内部进行搅拌，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为10min；

(2)熔料：将步骤(1)所混合的原料导入挤出机的储料罐中，以20℃/min升温速度，升温至180℃，制得熔融状态的电池隔膜；

(3)流延：将步骤(2)中制得的熔融状态电池隔膜通过过滤器，过滤其中的杂质制得熔融状态的电池隔膜匀液，然后将匀液倒入流延机内进行流延，制得的初级隔膜；

(4)纵向拉伸：将步骤(3)所制得的初级隔膜，放入薄膜拉伸机，将温度升高至70-75℃，对初级薄膜进行纵向拉伸，获得纵向拉伸隔膜；

(5)横向拉伸：将步骤(4)拉伸后的纵向拉伸隔膜，再次放入薄膜拉伸机，将温度升高至90-95℃，对纵向拉伸隔膜进行横向拉伸，获得隔膜成品；

(6)定型收卷：将步骤(5)制得的隔膜成品，放入加热设备内，将加热设备温度升高至80-85℃，并保温15-20min，保温结束后，将隔膜品进行收卷。

进一步在于：所述成孔剂为聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二者的混合物。

一种复合锂离子电池隔膜的制备工艺,包括配料-熔料-流延-纵向拉伸-横向拉伸-定型收卷的工艺步骤，具体步骤如下：

(1)配料：配比聚乙烯20-25份，聚丙烯30-40份、乙丙橡胶2-3份、纳米碳化硅4-5份、成孔剂1-2份，碳纤维0.5-1份和聚乙烯蜡3-4份，并将所配得的原料倒入搅拌设备内部进行搅拌，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为10min；

(2)熔料：将步骤(1)所混合的原料导入挤出机的储料罐中，以20℃/min升温速度，升温至180℃，制得熔融状态的电池隔膜；

(3)流延：将步骤(2)中制得的熔融状态电池隔膜通过过滤器，过滤其中的杂质制得熔融状态的电池隔膜匀液，然后将匀液倒入流延机内进行流延，制得的初级隔膜；

(4)纵向拉伸：将步骤(3)所制得的初级隔膜，放入薄膜拉伸机，将温度升高至70-75℃，对初级薄膜进行纵向拉伸，获得纵向拉伸隔膜；

(5)横向拉伸：将步骤(4)拉伸后的纵向拉伸隔膜，再次放入薄膜拉伸机，将温度升高至90-95℃，对纵向拉伸隔膜进行横向拉伸，获得隔膜成品；

(6)定型收卷：将步骤(5)制得的隔膜成品，放入加热设备内，将加热设备温度升高至80-85℃，并保温15-20min，保温结束后，将隔膜品进行收卷。

进一步在于：步骤(3)所述的流延机包括储料机构、烘干压平机构、支撑机构和收卷机构，所述支撑机构包括机架，所述机架的两端分别通过轴承活动连接有主动辊和从动辊，所述机架的底部中心位置处固定有张紧辊，所述主动辊、从动辊和张紧辊之间传动连接有输送带，所述机架靠近主动辊的下部固定有第二电机，所述第二电机通过链传动与主动辊传动连接，所述机架靠近主动辊的上部在输送带的两侧焊接有刮刀架，所述刮刀架的上部通过螺栓固定有刃部与输送带贴靠的刮刀；

所述机架位于从动辊所在位置处的上部固定有架设在输送带上部的储料机构，所述储料机构包括与机架连接的储料罐，所述储料罐为截面为圆拱形的柱体结构，所述储料罐相对机架中心的端面底部开设有与储料罐内部连通的条形通孔，所述储料罐的顶部焊接有与储料罐连通的投料斗，所述储料罐光整面外壁固定有托板，所述托板的上部固定有第一电机，所述第一电机通过电机轴与储料罐内部通过轴承活动连接的搅拌桨传动连接；

所述搅拌桨包括与桨轴，所述桨轴位于储料罐内的外壁焊接有外部轮廓拼接成连续s形的搅拌叶，所述搅拌叶的内部设置有加热丝，所述桨轴位于储料罐外的外壁固定有两个与加热丝两端连接的导电环，所述储料罐的外壁焊接有罩设桨轴的导电罩，所述导电罩包括罩体，所述罩体内部对应导电环所在位置处分别通过弹簧弹性连接有与导电环相贴靠的活动导电杆，所述罩体的外部对应活动导电杆所在位置处通过导线连接有电极杆；

所述机架位于刮刀架和储料罐之间的上部固定有烘干压平机构，所述烘干压平机构包括与机架焊接的箱体，所述箱体沿输送带移动方向的两侧外壁底部均开设有矩形缺口，所述箱体的顶面等距滑动连接有四个贯穿箱体顶面的螺杆，四个所述螺杆位于箱体顶面上部的外壁旋合连接有转动把，四个所述螺杆位于箱体内的端部焊接有与箱体内壁贴靠的辊轮架，所述辊轮架的内部转动连接有挤压辊，所述箱体的内部位于相邻螺杆中间位置处焊接有隔板，所述箱体位于隔板分隔区域的内顶面均固定有加热管；

所述机架位于主动辊所在位置上表面焊接有收卷机构，所述收卷机构包括位于输送带两侧与机架焊接的一对叉架，所述一对叉架的顶部均开设有u型缺口，且u型缺口内底通过轴承活动连接有关于u型缺口中心面对称设置的两个支撑轮，并且支撑轮的上部支撑有收卷辊，所述机架相对第二电机所在一侧的底部固定有第三电机，所述第三电机通过链传动与相邻叉架内的一个支撑轮传动连接。

进一步在于：所述收卷辊位于u型缺口内的外壁以及支撑轮的外壁开设有相互啮合的条纹，便于收卷辊外壁与支撑轮外壁进行啮合，从而带动收卷辊旋转。

进一步在于：所述螺杆的外壁开设有竖直相下延伸的缺口，所述箱体的顶面设置有与缺口卡合的凸块，起到防转动的作用。

进一步在于：所述储料罐的壳体内部嵌入安装有加热电阻丝，提高储料机构的保温性能。

进一步在于：所述流延机的具体使用操作步骤为：

步骤一：根据材料特性，调整搅拌桨内加热丝、储料罐壳体内部加热电阻丝和烘干压平机构不同区域内加热管升温至指定工作温度；

步骤二：根据材料压延厚度要求，按照自储料机构向收卷机构方向，转动转动把带动挤压辊向上下移动，使得挤压辊距离输送带之间的间距逐渐减小；

步骤三：启动第一电机带动搅拌桨旋转，然后将熔融状态的电池隔膜通过投料斗倒入储料罐中进行搅拌，然后驱动第二电机带动输送带移动，从而将熔融的电池隔膜摊铺在输送带上，当带有电池隔膜的输送带移动至烘干压平机构内时，通过加热管加热的温度以及挤压辊的挤压作用，将熔融状态的电池隔膜进行压延；

步骤四：当压延的电池隔膜从烘干压平机构移动至刮刀架所在位置处，通过刮刀将初级隔膜与输送带进行剥离，然后将剥离后的输送带与收卷辊进行缠绕，驱动第三电机旋转，通过支撑轮与收卷辊之间的啮合作用，带动收卷辊旋转，从而将初级隔膜进行收卷。

本发明的有益效果：

1、在电池隔膜的配方原料中，设置有聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、纳米碳化硅、成孔剂、碳纤维和聚乙烯蜡这些成分，通过乙丙橡胶、纳米碳化硅、碳纤维和聚乙烯蜡将聚乙烯和聚丙烯共融，从而使得电池隔膜耐热性能更加；

2、在储料机构的储料罐壳体内部设置有加热电阻丝，在储料罐的内部转动连接有搅拌桨，其中，搅拌桨的桨轴外壁焊接有呈s型分布的搅拌叶，在搅拌叶的内部设置加热丝，在储料罐壳体外部焊接有与加热丝导电的导电罩，该种结构，通过储料罐壳体以及转动的搅拌桨进行加热，有利于对流延材料进行保温，能够提高流延生产产能；

3、在烘干压平机构的箱体内部设置有螺杆，在箱体的上部设置有与螺杆旋合的转动把，而螺杆的底部连接有转动连接挤压辊的辊轮架，通过隔板将各个挤压辊分隔，且各个挤压辊所在空间内均设置有加热管，该种结构，通过分隔加热和挤压，对流延工艺进行细化，有利于提升产品质量；

4、在收卷机构的叉架的u型缺口内部设置有转动连接的两个支撑轮，并且通过第三电机对齐进行驱动，在支撑轮的外壁以及与其接触的收卷辊的外壁设置有相互啮合的条纹，该种结构，直接将收卷辊与叉架进行卡接即可进行传动，缩短收卷辊安放时间，提高生产效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明工艺流程图；

图2是本发明中流延机的结构示意图；

图3是本发明中流延机的的主视图；

图4是本发明中搅拌桨的结构示意图；

图5是本发明中导电罩的结构示意图。

图中：100、储料机构；101、投料斗；102、储料罐；103、第一电机；104、托板；105、搅拌桨；1051、加热丝；1052、搅拌叶；1053、导电环；1054、桨轴；106、导电罩；1061、罩体；1062、活动导电杆；1063、弹簧；1064、电极杆；200、烘干压平机构；201、转动把；202、箱体；203、螺杆；204、辊轮架；205、挤压辊；206、隔板；207、加热管；300、支撑机构；301、机架；302、输送带；303、第二电机；304、刮刀；305、刮刀架；306、主动辊；307、从动辊；308、张紧辊；400、收卷机构；401、收卷辊；402、叉架；403、第三电机；404、支撑轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，一种复合锂离子电池隔膜，该电池隔膜各原料重量份为：聚乙烯23份、聚丙烯35份、乙丙橡胶2份、纳米碳化硅4、聚乙二醇1份、碳纤维0.8份和聚乙烯蜡3份，该复合锂离子电池隔膜的制备工艺,包括配料-熔料-流延-纵向拉伸-横向拉伸-定型收卷的工艺步骤，具体步骤如下：

(1)配料：配比聚乙烯23份、聚丙烯35份、乙丙橡胶2份、纳米碳化硅4、聚乙二醇1份、碳纤维0.8份和聚乙烯蜡3份，并将所配得的原料倒入搅拌设备内部进行搅拌，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为10min；

(2)熔料：将步骤(1)所混合的原料导入挤出机的储料罐中，以20℃/min升温速度，升温至180℃，制得熔融状态的电池隔膜；

(3)流延：将步骤(2)中制得的熔融状态电池隔膜通过过滤器，过滤其中的杂质制得熔融状态的电池隔膜匀液，然后将匀液倒入流延机内进行流延，制得的初级隔膜；

(4)纵向拉伸：将步骤(3)所制得的初级隔膜，放入薄膜拉伸机，将温度升高至70-75℃，对初级薄膜进行纵向拉伸，获得纵向拉伸隔膜；

(5)横向拉伸：将步骤(4)拉伸后的纵向拉伸隔膜，再次放入薄膜拉伸机，将温度升高至90-95℃，对纵向拉伸隔膜进行横向拉伸，获得隔膜成品；

(6)定型收卷：将步骤(5)制得的隔膜成品，放入加热设备内，将加热设备温度升高至80-85℃，并保温15-20min，保温结束后，将隔膜品进行收卷。

请参阅图2-5所示，步骤(3)的流延机包括储料机构100、烘干压平机构200、支撑机构300和收卷机构400，支撑机构300包括机架301，机架301的两端分别通过轴承活动连接有主动辊306和从动辊307，机架301的底部中心位置处固定有张紧辊308，主动辊306、从动辊307和张紧辊308之间传动连接有输送带302，机架301靠近主动辊306的下部固定有第二电机303，第二电机303通过链传动与主动辊306传动连接，机架301靠近主动辊306的上部在输送带302的两侧焊接有刮刀架305，刮刀架305的上部通过螺栓固定有刃部与输送带302贴靠的刮刀304；

机架301位于从动辊307所在位置处的上部固定有架设在输送带302上部的储料机构100，储料机构100包括与机架301连接的储料罐102，储料罐102为截面为圆拱形的柱体结构，储料罐102相对机架301中心的端面底部开设有与储料罐102内部连通的条形通孔，储料罐102的顶部焊接有与储料罐102连通的投料斗101，储料罐102光整面外壁固定有托板104，托板104的上部固定有第一电机103，第一电机103通过电机轴与储料罐102内部通过轴承活动连接的搅拌桨105传动连接；

搅拌桨105包括与桨轴1054，桨轴1054位于储料罐102内的外壁焊接有外部轮廓拼接成连续s形的搅拌叶1052，搅拌叶1052的内部设置有加热丝1051，桨轴1054位于储料罐102外的外壁固定有两个与加热丝1051两端连接的导电环1053，储料罐102的外壁焊接有罩设桨轴1054的导电罩106，导电罩106包括罩体1061，罩体1061内部对应导电环1053所在位置处分别通过弹簧1063弹性连接有与导电环1053相贴靠的活动导电杆1062，罩体1061的外部对应活动导电杆1062所在位置处通过导线连接有电极杆1064；

机架301位于刮刀架305和储料罐102之间的上部固定有烘干压平机构200，烘干压平机构200包括与机架301焊接的箱体202，箱体202沿输送带302移动方向的两侧外壁底部均开设有矩形缺口，箱体202的顶面等距滑动连接有四个贯穿箱体202顶面的螺杆203，四个螺杆203位于箱体202顶面上部的外壁旋合连接有转动把201，四个螺杆203位于箱体202内的端部焊接有与箱体202内壁贴靠的辊轮架204，辊轮架204的内部转动连接有挤压辊205，箱体202的内部位于相邻螺杆203中间位置处焊接有隔板206，箱体202位于隔板206分隔区域的内顶面均固定有加热管207；

机架301位于主动辊306所在位置上表面焊接有收卷机构400，收卷机构400包括位于输送带302两侧与机架301焊接的一对叉架402，一对叉架402的顶部均开设有u型缺口，且u型缺口内底通过轴承活动连接有关于u型缺口中心面对称设置的两个支撑轮404，并且支撑轮404的上部支撑有收卷辊401，机架301相对第二电机303所在一侧的底部固定有第三电机403，第三电机403通过链传动与相邻叉架402内的一个支撑轮404传动连接。

收卷辊401位于u型缺口内的外壁以及支撑轮404的外壁开设有相互啮合的条纹，螺杆203的外壁开设有竖直相下延伸的缺口，箱体202的顶面设置有与缺口卡合的凸块，储料罐102的壳体内部嵌入安装有加热电阻丝。

实施例2

电池隔膜高温测试实验：

表1.电池隔膜高温环境收缩率变化表

采用fst-02薄膜热缩性能测试仪进行检测，具体测试过程如下：

(1)试样准备：将试样裁切为150mm×130mm的长条试样，试样两端用打孔器打孔以将试样装到仪器上，两个孔间直线距离为100mm。

(2)试验条件：23℃、50％rh的实验室环境。

(3)试验步骤：将一个试样分别装夹到fst-02的夹具上，确保样品平整，设置热收缩温度为90℃，设备开始升温，当试验舱内温度达到设置温度时，将试样送入试验舱，试样因受热而收缩，设备力值传感器和位移传感器开始精确测量实时收缩力和收缩率，最大收缩力在出现在15-30s，则记录最大收缩力与收缩率。

本发明通过改变电池隔膜的成分，能够有效提高电池隔膜的耐高温性能。

实施例3

流延机的具体使用操作步骤为：

步骤一：根据材料特性，调整搅拌桨105内加热丝1051、储料罐102壳体内部加热电阻丝和烘干压平机构200不同区域内加热管207升温至指定工作温度；

步骤二：根据材料压延厚度要求，按照自储料机构100向收卷机构400方向，转动转动把201带动挤压辊205向上下移动，使得挤压辊205距离输送带302之间的间距逐渐减小；

步骤三：启动第一电机103带动搅拌桨105旋转，然后将熔融状态的电池隔膜通过投料斗101倒入储料罐102中进行搅拌，然后驱动第二电机303带动输送带302移动，从而将熔融的电池隔膜摊铺在输送带302上，当带有电池隔膜的输送带302移动至烘干压平机构200内时，通过加热管207加热的温度以及挤压辊205的挤压作用，将熔融状态的电池隔膜进行压延；

步骤四：当压延的电池隔膜从烘干压平机构200移动至刮刀架305所在位置处，通过刮刀304将初级隔膜与输送带302进行剥离，然后将剥离后的输送带302与收卷辊401进行缠绕，驱动第三电机403旋转，通过支撑轮404与收卷辊401之间的啮合作用，带动收卷辊401旋转，从而将初级隔膜进行收卷。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。