一种含涂层的电池隔膜的制备方法及在线涂布系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及电池隔膜制备方法和设备领域，特别是涉及一种含涂层的电池隔膜的制备方法及在线涂布系统。
【背景技术】
[0002]锂电池隔膜在锂电池中起到传导离子、隔离电池正负极，防止电池短路包装等重要作用。常用的电池隔膜是为以聚烯烃为原材料的多孔薄膜。但是这些隔膜普遍存在耐热性能不足，对电解液浸润性不好等缺点。为了改善这些缺点，目前研究开发了在基膜上进行特种涂布的技术，主要包括聚合物涂层和陶瓷涂层，形成复合电池隔膜，其中基膜也通常是聚烯烃为原材料的多孔薄膜。
[0003]具有涂层的复合电池隔膜比单纯的聚烯烃多孔薄膜在性能方面有很多改善。但是，现有的生产工艺中，通常是在基膜生产好后再进行聚合物涂层或陶瓷涂层涂布，即采用离线涂布的方式进行。经本申请的研究显示，离线涂布有如下不足:(I)涂布设备烘箱段隔膜无法利用，停机换卷会造成不必要的损耗。(2)对于基膜平整度有一定要求，平整度不好基膜进行涂布容易引起漏涂、涂布不均等瑕疵，严重影响复合电池隔膜的成品率。而由于聚烯烃多孔薄膜基膜的产品特殊性，平整度要求较高的隔膜在进行二次分切时，分切成品率比较低。同时分切后聚烯烃多孔薄膜还存在时效的问题，即随着时间延长，聚烯烃多孔薄膜生产过程中的内应力逐渐释放，对聚烯烃多孔薄膜外观，特别是平整度造成不利影响。这样对于涂布基膜的要求就更加高，满足涂布要求的基膜材料成品率更加低。(3)离线涂布基膜要求是成品膜，需要进行一次或者两次分切，而涂布后的膜又要根据不同客户的要求进行分切。每次经过分切都会有切边和停机换卷的隔膜损耗。(4)分切后进行涂布，涂布膜宽度比较窄，生产效率比较低。(5)涂布设备的能耗主要是溶剂的干燥，离线涂布采用单独烘箱，能耗较大。(6)涂布材料在已经成型的隔膜表面形成涂层，涂层虽然有一定孔隙率，但是由于涂层材料的孔隙分布和基膜的孔隙分布无法完全一致，会增大透气值，增大复合电池隔膜内部孔隙的曲折度，影响使用复合电池隔膜的锂离子电池的循环、大倍率充放电等性能。
【发明内容】
[0004]本申请的目的是提供一种含涂层的电池隔膜的制备方法及在线涂布系统。
[0005]为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案:
[0006]本申请的一方面公开了一种含涂层的电池隔膜的制备方法，包括在湿法工艺制备电池隔膜的过程中，在多孔薄膜进行热定型的阶段，进行在线涂布，并采用热定型的烘箱进行干燥，获得含涂层的电池隔膜。
[0007]需要说明的是，在电池隔膜领域，湿法工艺通常是指以聚乙烯为材料制备电池隔膜的工艺，包括:(I)聚乙烯和增塑剂混炼挤出、(2)铸片、(3)纵向拉伸和第一横向、(4)萃取干燥、(5)热定型和步骤(6)牵引收卷，六个步骤。本申请的在线涂布就是在热定型阶段，在多孔薄膜定型过程中进行在线涂布，并利用热定型的烘箱，对涂布后的溶剂进行干燥，从而获得含涂层的电池隔膜。可以理解，本申请的关键在于在热定型阶段插入在线涂布，至于前面的混炼挤出、铸片、横向和纵向拉伸、萃取干燥，以及后续的牵引收卷等，都可以参考现有的湿法工艺，在此不做具体限定。
[0008]还需要说明的是，本申请在热定型阶段进行在线涂布，关键就是将涂布机构添加到热定型阶段中，这有两种实现方式，第一，即在热定型的烘箱之前进行涂布，然后干燥和热定型一起进行;第二，热定型的烘箱通常都是由几节或几段组成的，可以将涂布机构设置在烘箱的其中一节或一段，设置涂布机构的一节或一段则不开启烘干功能，这样可以在热定型进行到中途进行涂布，然后干燥和热定型一起。详细的系统结构将在后续的方案中详细介绍。
[0009]优选的，在线涂布包括毛细管涂布法、旋涂法、狭缝模具涂布、喷涂、辊涂、丝网印刷、柔版印刷、线棒和凹版印刷中的至少一种。
[0010]可以理解，本申请的在线涂布只要是能够均匀的把涂布液体涂覆在基膜上即可，其具体方法可以参考现有的涂覆方法。
[0011]优选的，本申请的制备方法还包括对干燥后的含涂层的电池隔膜进行牵引收卷和分切，以获得符合要求的电池隔膜。
[0012]需要说明的是，为了获得更高品质的电池隔膜或者为了满足不同客户的使用需求，通常需要对电池隔膜进行分切，本申请的制备方法是在涂布干燥后进行分切，因此，可以直接获得符合要求的电池隔膜产品；而传统的离线涂布的方式则是，先进行两次分切，然后再涂布，最后再按照客户的使用需求再进行一次分切。相比之下，本申请的制备方法，分切次数少，节省工序的同时，也避免了多次分切造成的切边浪费，涂布膜宽度大，效率高。还需要说明的是，本申请中，获得符合要求的电池隔膜，主要是指符合客户使用需求的尺寸大小或形状等。
[0013]本申请的另一面公开了本申请的制备方法所制备的电池隔膜。
[0014]本申请的再一面公开了一种特别用于本申请的制备方法的在线涂布系统，包括依序设置于热定型阶段第一张力隔断机构、涂布机构、第二张力隔断机构和烘箱。
[0015]其中，涂布机构用于对多孔薄膜进行在线涂布，第一张力隔断机构和第二张力隔断机构分别设置与涂布机构的两端，用于夹紧多孔薄膜，以方便涂布，保证涂布过程中张力稳定，确保涂布过程张力不和热定型过程的张力发生干扰，影响热定型效果。通过两个张力隔断机构，将被涂布的部分隔开，确保了涂布质量，也避免了涂布对其他工序的影响。
[0016]需要说明的是，本申请的烘箱即热定型的烘箱，本申请的在线涂布系统，其关键就在于将涂布装置设置在热定型阶段，这样，可以利用热定型的烘箱，对涂覆的溶剂进行干燥。
[0017]本申请的再一面公开了另一种特别用于本申请的制备方法的在线涂布系统，包括用于热定型的烘箱，和依序设置于烘箱中的第一张力隔断机构、涂布机构和第二张力隔断机构。
[0018]需要说明的是，本申请提供了两种在热定型阶段进行在线涂布的系统，一种是将涂布机构完全设置于热定型的烘箱之前，另一种是将涂布机构设置于烘箱之中。如前面提到的，热定型的烘箱通常都是由几节组成的，本申请将涂布机构设置在烘箱的其中一节。
[0019]还需要说明的是，虽然两种方式都可以实现在线涂布，并利用热定型的烘箱进行干燥;但是，本申请更加优选的采用第二种方式，即将涂布机构设置于烘箱的其中一节中，这样做的好处是，涂布机构前面的烘箱可以对隔膜进行一定程度的热处理定型，使隔膜的表面更加平整，同时使萃取过程中残留的萃取剂挥发更加干净，改善待涂隔膜的表面性能，更有利于后面涂布。
[0020]优选的，本申请的两种在线涂布系统中还设置有电晕机构，电晕机构紧接于第一张力隔断机构之前。
[0021 ]需要说明的是，其中电晕机构紧接于第一张力隔断机构之前是指，电晕机构也是安装于热定型阶段的，并且，在工艺顺序上，隔膜是先经过电晕机构，再到第一张力隔断机构的，因此，电晕机构安装于第一张力隔断机构之前。本申请中，电晕机构可以对涂布前的基膜进行电晕处理，增大材料表面能，提高涂布的均匀性和涂层的粘结力。
[0022]由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于:
[0023]本申请的制备方法，创造性的提出在湿法工艺制备电池隔膜的过程中，进行在线涂布，并将在线涂布设置在热定型阶段，利用热定型的烘箱对涂布后的电池隔膜进行干燥，不仅简化了涂层复合电池隔膜的制备工艺，而且，避免了多次分切造成的切边和停机换卷的隔膜损耗；同时，在热定型阶段进行在线涂布，利用热定型的烘箱进行干燥，涂层孔隙和基膜孔隙会随着热定型和干燥过程一起变化，从而缓解基膜孔隙和涂层孔隙冲突导致的内部孔隙曲折度大等问题。
【附图说明】
[0024]图1是本申请实施例中作为改进基础的湿法工艺制备电池隔膜的生产系统结构示意图，其中11为挤出单元、12为铸片单元、13为纵拉单元、14为第一横拉单元、15为萃取单元、16为热定型单元、17为收卷单元；
[0025]图2是本申请实施例中湿法工艺制备电池隔膜的在线涂布生产系统结构示意图，其中21为挤出单元、22为铸片单元、23为纵拉单元、24为第一横拉单元、25为萃取单元、26为热定型单元、27为收卷单元、261为涂布单元；
[0026]图3是本申请另一实施例中湿法工艺制备电池隔膜的在线涂布生产系统结构示意图，其中31为挤出单元、32为铸片单元、33为纵拉单元、34为第一横拉单元、35为萃取单元、36为热定型单元、37为收卷单元、361为涂布单元；
[0027]图4是本申请另一实施例中在线涂布生产系统的涂布单元结构示意图，其中461为电晕机构、462为第一张力隔断机构、463为涂布机构、464为第二张力隔断机构。
【具体实施方式】
[0028]经过本申请的研究发现离线涂布存在诸多缺点和不足，为此，本申请的发明人致力于对聚烯烃多孔薄膜进行在线涂布，以简化和改进具有涂层的复合电池隔膜的生产工艺。而目前常用的聚烯烃多孔薄膜的工艺路线分为两类:第一，以聚丙烯为材料的干法工艺，第二，以聚乙烯为材料的湿法工艺。相应的隔膜也称为干法隔膜和湿法隔膜。其中以聚乙烯为材料的湿式隔膜由于孔隙均匀、穿刺强度高、机械性能好、安全性佳，易于生产超薄产品和涂层产品等特点，应用更加