電池隔膜生產工藝之冷卻定型和冷卻係統

川本斯（sī）特是（shì）專業生產工業製冷設備廠家，解決（jué）各種生產工藝需（xū）要控溫、恒溫（wēn）、冷卻、定（dìng）型等不同工藝需求的（de），解決溫度、濕度、恒壓、恒流等熱（rè）力、流體、換熱不同技術問題（tí）。洽談生產工藝（yì）遇到以上的問題。下麵詳細介紹一下薄膜冷卻定型技術問題。

電池隔膜生產工藝之冷卻定型和冷（lěng）卻係統

鋰離子電池隔膜流延工序的冷卻方法，其包括（kuò）以下（xià）步驟：(1).打開冷卻管閥門，流入5℃﹣15℃的流體，降低冷卻管表麵溫度；(2).聚烯烴熔體經模頭擠出，熔（róng）體流經冷卻管旁時，熔體表麵熱量被冷（lěng）卻管吸收；(3).冷卻後（hòu）的聚烯烴熔體經流延（yán）輥形成流延（yán）膜。

鋰離子電池隔膜是一種具有納米級微孔的（de）高分子功能材料（liào），隔膜在電池內（nèi）部將正、負極板分隔開來，防止兩極接觸造成短路。同時，隔膜具備（bèi）有良好（hǎo）的離子通過能力，有保持（chí）電解液的能力，和（hé）具有一定的（de）保護電池安全的能力。[1]在鋰電池的結構（gòu）中，隔（gé）膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界麵（miàn）結構、內阻等，直接影響電池的（de）容量（liàng）、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。
鋰離子（zǐ）性能隔膜要（yào）求包括：1）厚度均（jun1）勻（yún）性，隔膜的厚度均（jun1）勻性包括縱向厚度（dù）均勻性和橫向厚度均勻性。其（qí）中橫向厚度均（jun1）勻性尤為重要。一般（bān）均要求控製在+1微米（mǐ）以內。  2）機械強度，隔膜的機械強度可用抗穿刺強度和拉伸強（qiáng）度來（lái）衡量。拉伸強度，隔膜的拉伸強度與（yǔ）製（zhì）膜的工藝相關聯。采用單軸拉伸，膜在拉伸方向上與（yǔ）垂（chuí）直方向強度不同；而采用雙軸拉伸時，隔膜在兩個方向上*性會相（xiàng）近。一般拉伸強度主要是指縱向強度（dù）要達到（dào）100MP以上，橫向強度不能太（tài）大，過大會導致橫（héng）向收縮率增大，這種收（shōu）縮會（huì）加大鋰電池廠（chǎng）家正、負極接觸（chù）的幾率。抗（kàng）穿刺（cì）強度，抗穿刺強度是指施加在給定針形物上用（yòng）來戳穿隔膜樣本的質量，用它來表示隔膜在（zài）裝配過程中（zhōng）發生短路的趨勢。因隔膜是被夾在凹凸不平的正、負極片（piàn）間，需要承受很大的壓力。為了防止短路，所以隔膜（mó）必須具備（bèi）一定（dìng）的抗穿刺強度。抗穿刺強度值（zhí）一般在300-500g。3）透（tòu）過性能, 透（tòu）過性能可用在（zài）一定時間和壓力下，通過隔膜氣體的量（liàng）的多少（shǎo）來表征，主要反映（yìng）了鋰離子透過隔膜的通暢性。隔膜透過性的大小是隔膜孔隙率、孔徑、孔（kǒng）的形狀及孔曲折度（dù）等隔膜內部孔結構綜合因素影響的結果。作為鋰電池隔膜材料，本（běn）身具有微孔結構，微孔在（zài）整個隔（gé）膜材料中的分布應（yīng）當均勻。孔徑一般在0.03-0.12um。孔徑太小（xiǎo）增加電阻，孔（kǒng）徑太大易使正負極接觸或被枝晶刺穿短路。隔（gé）膜廠（chǎng）家現在基本（běn）以（yǐ）透氣度（dù）、孔（kǒng）隙度（dù）指標來（lái）衡量透氣性。透氣率是指特定（dìng）的（de）空氣在（zài）特定的壓力下通過特定（dìng）麵積隔膜所（suǒ）需要的時間，用Gurley值（zhí）來表示。根據（jù）隔（gé）膜厚度，一般在（zài）300-700s/100ml。孔隙率是單體膜的體積中孔（kǒng）的體積百分率，它與原料樹脂及（jí）膜的密度有關。現有鋰離子電池隔膜（mó）的孔隙率在40%-50%之間。4）理（lǐ）化性能，潤濕性和潤濕速度：較好（hǎo）的潤濕（shī）性有利於提高隔膜與電解液的親（qīn）和性，擴大隔膜與電解液的接觸麵，從而增加離子導電性，提高電（diàn）池的充放電性能和容（róng）量。隔膜對電解液的潤濕性可通過測定其吸液率和持液率來衡量。化學穩定性：隔膜在電解液（yè）中應當（dāng）保持長久（jiǔ）的穩定性，不與電解液和電極物質反（fǎn）應。其化學穩定性是通過測定耐電解液（yè）腐蝕能力和脹縮率來評價（jià）的。5）熱穩定性：電池在充放（fàng）電過程中會釋放熱量（liàng），尤其在短路或過充電的時候，會有大量熱量放出。因此，當溫（wēn）度升高的時候，隔膜應（yīng）當保持原有的完整性和一定的力學性能，發揮隔離正、負極、防止短路的作用。6）安全保（bǎo）護性能：鋰離子電池（chí）的安全性成為鋰電池廠（chǎng）家的較為重（chóng）視的（de）環節。作為鋰電池較為關鍵的（de）核心材料，對隔膜（mó）也提出了更（gèng）高的要求。目前鋰電池用隔（gé）膜一般都能（néng）夠提供一個附加的功能，就（jiù）是熱關（guān）閉。這一特性可以為鋰離子電池提（tí）供一個額外（wài）的安全保護。該功能主要參數為閉孔溫度和破膜溫度。閉孔溫度是微（wēi）孔閉合時的（de）溫度，即為閉合溫度。指電池內部發生放熱反應自熱、過充或者電池外（wài）部短路時，這些情況都會產生大量（liàng）的熱量。由於聚烯烴材料的熱塑性，當溫度接近聚合物（wù）熔（róng）點（diǎn）時，微（wēi）孔閉合形成熱關閉，從而阻斷離子的繼續傳輸而形（xíng）成斷路，起到保護（hù）電（diàn）池的（de）作用。一（yī）般PE為130-140℃，PP為150℃。破膜溫度是指電池內部自熱，外（wài）部短路（lù）使電池（chí）內部溫度升高（gāo），超過閉合（hé）溫（wēn）度後（hòu）微孔閉塞阻斷電流通過，熱熔性能溫度進一步上升，造成隔膜破裂（liè）、電池短路（lù）。破裂時的溫度即為破膜溫度。 因此，鋰電池廠家（jiā）都希望隔膜有較低（dī）的閉孔（kǒng）溫度和較高的（de）破裂溫度（dù）。閉孔溫度和破膜溫度均（jun1）與隔膜材料的種類有很大關係。任何單層的（de）隔膜（mó）將難以滿足鋰（lǐ）離子電池對隔膜的安全性的要求。為了滿（mǎn）足鋰電池廠家的這種要求，南通天豐開發出（chū）了PE、PP多層隔膜。融合了PE的（de）低溫閉合和PP的高（gāo）溫破膜（mó）溫度兩種特性。

鋰電（diàn）隔膜生產工藝（yì）：
濕（shī）法（fǎ）：濕法（fǎ）又稱相分離法或熱致相分離法，將高沸點的烴類液體或低分子量的物質與聚烯烴樹脂混合，加熱溶化混合物並把熔體鋪在薄片上，然後降溫發生相分離，再以縱向或雙軸向（xiàng）對薄片（piàn）做取向處理，zui後用易揮發的溶劑提取液體。可製備出相互貫通的微孔膜（mó）材（cái）料，適用的材料廣。采用該法的具（jù）有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國Entek等，用濕法雙向（xiàng）拉伸（shēn）方法生產的隔膜由於經過（guò）了雙向拉伸具有較（jiào）高的縱向和橫向強度。目前主要用於單層（céng）的PE隔（gé）膜。[6]
濕法工藝圖

 
圖（tú）片來（lái）源（yuán）：長江證券 鋰電材料係列報告之二 2013年7月4日
幹法：熔融拉伸法（幹（gàn）法）的製備原理是，高聚物熔體（tǐ）擠（jǐ）出時在拉伸應力作用下冷卻（què）結晶，形成平行排列的結晶結構，經過熱處理的薄（báo）膜拉伸後晶體之（zhī）間分離而形成狹縫狀（zhuàng）微孔，在經過（guò）熱定型製得微孔膜。[7]
幹法單向拉伸工藝是通過生產硬彈性（xìng）纖（xiān）維的方法，製備出低結（jié）晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高溫退火獲得高結晶度的取向薄膜（mó）。這種薄膜先（xiān）在低溫下進行（háng）拉伸形成微缺陷，然後高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝經過（guò）幾十（shí）年的發（fā）展在美國、日本已經非常成熟，現（xiàn）在美國Celgard公司、日本UBE公司采用此種工藝生產單層PP、PE以及三層PP/PE/PP複合膜。美國Celgard公司擁（yōng）有幹法單向拉伸工（gōng）藝的（de）一係列，日本UBE公司是購買了Celgard的相關（guān）使用（yòng）權。用這種方法生產（chǎn）的隔膜具有（yǒu）扁長的微孔結（jié）構，由於隻進行單向拉伸，隔膜的橫向（xiàng）強度比較差（chà），但（dàn）正是由（yóu）於沒有進行橫向拉伸，橫向幾乎（hū）沒有（yǒu）熱收縮。[8]
幹法雙向拉伸工藝是中國科學院化學研究所在20世紀90年代初（chū）開發出的具有自主（zhǔ）知識產權的工藝（CN1062357）。通過在聚丙烯中加（jiā）入具有成核作用的（de）β晶型改進劑，利用聚（jù）丙烯不（bú）同相態間密度的差異，在拉（lā）伸過程中發生晶型轉變形成微孔，用於生產單層PP膜。國內格瑞恩（ēn）新能源材料股份有限公司（sī）、桂林新時科技（jì）有限公司（sī）均與中科院合作采用幹法雙向拉伸工藝。
從理論上分析，幹法雙（shuāng）向拉伸工（gōng）藝生（shēng）產的隔膜經過雙向拉伸（shēn），在縱向拉伸強度相差不（bú）大的情況下，橫向拉伸強度要明顯高於幹法的單向拉伸工藝生產的隔（gé）膜。物理性能和機械性能方麵幹法雙（shuāng）向拉伸工藝生產的隔膜（mó）更占（zhàn）優勢（shì）。然（rán）而濕（shī）法隔膜可以得到（dào）更高的孔隙率和（hé）更好（hǎo）的透氣性。可以滿足動力電池（chí）的大電流充放的要求。但由於濕法采用聚乙烯基材，熔點隻有140℃。所以熱（rè）穩（wěn）定性比較（jiào）差。

電池隔膜生產工藝之冷卻定（dìng）型和冷卻係統

擠出吹（chuī）塑（sù）薄膜成型設備中的冷卻裝置，作用是把擠出模具後的管（guǎn）狀膜坯經吹脹成膜泡後，為使膜泡盡快冷卻定型，提速吹塑成型薄膜的生（shēng）產速度而設（shè）置。冷卻裝置中一般多采用風或水為（wéi）冷卻介質，帶走膜泡表（biǎo）麵的（de）熱量。按冷卻的方法的不同，又可分為膜泡（pào）表麵冷卻（què）和膜泡管內（nèi）表麵冷卻。
圖5-6是一種采用（yòng）風冷卻筒狀膜（mó）泡外（wài）表（biǎo）麵用風環結構。它是一種吹塑薄膜風冷卻應（yīng）用較多的一種方式。對膜的外表麵冷卻效果較好，可適應各種塑料吹塑膜泡的冷卻。

圖（tú）5-6 單風口風環（huán）結構示意
1-吹風口；2-風環（huán）上蓋；3-風（fēng）環體

 圖5-7雙（shuāng）風口負壓風環（huán）工作氣流分布（bù）示意
1-膜泡；2-上風口（kǒu）；3-下風口；4-模具；5-氣流分布
 圖5-7是一種雙風（fēng）口負壓（yā）風環冷卻（què）膜泡時的工作氣流分布示意。兩風口間的負壓區膜坯開始被吹脹，這種雙風口冷卻膜表麵的降溫效果好於圖（tú）5-6中風冷卻（què）方式，擠塑生產吹塑薄膜速度比較（jiào）高，適合多種塑料成型（xíng）膜的冷卻。

 圖5-8是一（yī）種采用水冷卻膜（mó）泡外表麵用水環冷卻工作方式。采用這種方（fāng）式冷卻的膜（mó）泡，一般多用於要求透明度較好的聚丙烯（xī）薄膜。

圖5-8 冷卻水（shuǐ）環結構及工作示意
1-水環外套（tào）：2-隔板；3-定型套

圖5-9是膜泡采用風內冷卻的一種設備工作示意。冷空氣由模具內芯棒中的風環進入（rù）膜泡內，冷卻膜泡內壁，同時也起到支撐膜泡的作用。這種冷卻膜泡的效果很好，適合於各種塑料吹（chuī）塑寬幅厚膜的冷卻。
圖5-9 膜泡風內（nèi）冷卻工作示意
 1-熱風輸出管；2-進風口；3-排風機；4-熱風冷卻裝置；5-膜泡管
風環的（de）工作位置是在成型模具口的上方，距模具口30～100mm處（chù）。風（fēng）環的直徑，一般應是模具口直徑的1.5～3倍（模具口直（zhí）徑小時取大值）。從風環口吹出的氣流，應以45°～60°斜（xié）角（jiǎo），呈傘狀吹向膜泡管，氣流托住膜泡，向上流動，帶走膜泡表（biǎo）麵熱量，使膜（mó）泡管降溫，平穩運行。
冷卻水環工作時，吹（chuī）脹膜泡管的外徑（jìng）與冷卻水（shuǐ）環內徑吻合，水環（huán）內冷卻水從冷卻套內溢出。膜泡管通過水環時，表麵帶走一層（céng）冷卻（què）水，沿著膜泡管麵下流，帶走膜麵（miàn）熱量，使膜泡表麵得到較好的降溫。膜麵上附著的水珠，經牽引輥時被擠壓流回水環。

風冷冷（lěng）水機組使用方便，不需要另外配接散熱器或（huò）冷卻水塔。在使用過程中，隻需要把電源、水源接上，使（shǐ）水箱內的（de）水注滿，再控製麵（miàn）板上先啟動泵浦，再啟動壓縮機，冷水機就可以正常工作（zuò）。

風冷冷（lěng）水機組廣泛應用於：激光技術、焊接（jiē）、塑料成型、注塑、擠（jǐ）塑、吹瓶、熱力塑型、機械（xiè）切削加工、非切削加工、鑄造、表麵處理（lǐ）、電鍍、電泳、醫療設備、電子行（háng）業、電路板生產、電子蕊片製造、化工、造紙、製藥業、食品加工（gōng）、鋁（lǚ）型材、鋁合（hé）金、鋼化（huà）玻璃、鍍膜玻璃、超聲波清洗、油墨生產等。

風冷冷水機（jī）組特（tè）點：
高品（pǐn）質壓縮機 
作為冷水機的心髒，高川選擇歐美日（rì）*壓縮機，屬三洋、鬆下、穀輪係列，內置安全保護（hù），安全寧靜，省電耐用。 
高（gāo）效蒸發器 
1.盤管水箱式（shì）：不（bú）鏽鋼厚質水箱式蒸發器，采（cǎi）用高純（chún）度銅管製造，內置自動補水裝置，省去工程安（ān）裝中的彭脹水箱，方便安裝保養，並適（shì）用於大（dà）溫差小流量等特殊場合。 
2.殼管式：高效紫銅管內螺紋蒸（zhēng）發器（備注：如果使用封閉式（shì）水箱，建議采用殼管式蒸發器）
風冷式冷凝器（qì） 
高速衝床衝孔，翻片質量可靠，二次翻（fān）邊，銅管與翅片更加（jiā）緊密接觸，換熱效率高。采用（yòng）全新進口銅管和全自動彎頭焊接， 大大增強了氧密性（xìng），杜絕製（zhì）冷劑匯漏現象，尤其適合水（shuǐ）資源缺乏或水質硬度高（gāo）的地區使用。 
機組配置（zhì） 
配置精密電子溫度控製器（qì），精確控製水溫於5~35度以內，內置壓縮機超負載保掮器，循環水（shuǐ）泵超負載製，係（xì）統低壓力異常保掮器，高（gāo）效 進口幹燥過濾器及臌（gǔ）賬閥，維修手閥接口等裝置，確保了機器可靠安全運（yùn）行，方（fāng）便了保（bǎo）養維修。 
高（gāo）揚程水泵裝置 
水泵精選意大利、中國台（tái）灣大流量高揚程水泵，使用安（ān）全超靜，省電耐用．機體（tǐ）外殼用靜電粉體塗料烤漆，美觀（guān）大方．裝有不鏽鋼水箱，清洗方便快捷．水箱內含有浮球（qiú）自動補水裝置，可用來測量並控製水位，從而有效地為客戶節省時間並提高（gāo）工作效率.
多功能操作麵板（bǎn） 
操作麵板上裝有電流（liú）表（biǎo），控（kòng）製（zhì）係統保險，壓縮（suō）機（jī）及水泵開關按鈕，電子溫控製器，各安全保護故障燈，顯示冷水出口、冷水入口和設定溫度選配（pèi），機組啟動運轉指示燈，使用方便（biàn）。

特殊設計
1、機組可根據機房條（tiáo）件，靈活設計外形尺寸，歡迎來樣生（shēng）產。
2、多種冷媒選擇，機組可提供R22、R407C、R134a等冷媒介質。
3、根據不（bú）同國家地區的電源生產不同電源製（zhì）式的機組，還可根據用戶要求訂做冷（lěng）水機組及（jí）各類防腐、鹽水等高電壓非標機組。

4、可根（gēn）據客戶溫度要求定做低溫型製冷機，zui低溫度可達零下40℃。
安裝簡便
1、運轉平衡安全，振動（dòng）小，安裝簡單；
2、機組結構緊（jǐn）湊，占地麵積小，重量輕，容易搬（bān）運。
3、控製界麵（miàn）直接（jiē）顯示故障內容，方便及時了解故障並排除。
4、出廠前完（wán）成各種性能測（cè）試,完成接線客戶隻需連接進、出（chū）水管（guǎn）和電源（yuán）即可運行，減少安裝（zhuāng）時間和費用。
運行可靠
1)機組（zǔ）具備（bèi）多種安全保護措施，保證機組（zǔ）正常運行。
2)所有機組出廠前均通過（guò）安全（quán）檢測係統（tǒng）100%測試，確保機組性能（néng）符合標準。

風冷式冷水機參數一

工（gōng）作範圍:

冰（bīng）水出水溫（wēn）度範圍：5---20℃

機組在環境溫度≤35℃工況下

風冷式冷水機參數二

公司（sī）產品（pǐn）嚴格按（àn）照（zhào）歐盟CE認證和ISO9001:2008 idt GB /T19001-2008標準生（shēng）產（chǎn），產（chǎn）品質量（liàng）和售後服務*，免費提供，谘詢。