專利名稱：一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置和方法，用于制備涂層覆蓋性能好的高孔隙率的鋰電池隔膜材料。
背景技術：
鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大(重量輕)、長循環壽命、無記憶效應和無污染等優點，又具有安全、可靠且能快速充放電等優點，成為各類電子產品的主力電源。由于鋰離子電池是綠色環保型無污染的二次電池，符合當今各國能源環保方面大的發展需求，在各行各業的使用量正在迅速增加。目前二次鋰離子電池除廣泛用于日常熟知的手機、 筆記本電腦以及MP3等數碼電子產品外，近年在電動車、電動自行車等一些大功率電池方面也已經開始使用。鋰離子電池由正負極、電解質及聚合物隔膜組成，隔膜系鋰電池材料中技術壁壘最高的一種高附加值材料，毛利率通常達到70%以上，占了鋰電池成本的20-30%。鋰電池隔膜是鋰電池重要的組成材料，通常是薄的多孔絕緣材料，具有良好的離子通過性和機械強度，對各種化學物質和化學溶劑具有長期穩定性。隔膜的電子不導電性可隔離電池的正負極，防止兩電極接觸而短路；同時隔膜具有的多微孔結構，保證了離子流動順暢。在外部電池由于發生短路事故故障時，電池內部將產生大電流，導致內部溫度升高，此時隔膜將發生熱熔化而關閉微孔結構，從而切斷電流，停止電池工作，防止爆炸事故， 確保電池及人身安全。因此，隔膜是鋰電池的關鍵材料之一。目前使用的隔膜主要由多孔有機聚合物隔膜構成，典型的有機隔膜如聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層復合膜。多孔膜的生產方法主要有三種方法相分離法 (濕法)、拉伸致孔法(干法)以及基紙涂布法。相分離法是將高分子材料和溶劑在高溫下進行相分離，形成多孔性膜，如以高密度聚乙烯為主要原料，與溶劑在高溫下熔融混合后，冷卻、 成膜，將揮發性溶劑除去后得到多孔結構。拉伸致孔法則是將聚合物從模具口中擠出，以高拉伸比(拉伸速度/擠出速度)進行拉伸，得到片材后熱處理，產生高度取向的多層結構，然后進一步拉伸，將結晶界面進行剝離，形成多孔結構。基紙涂布法是通過特殊的涂布方式將有機或者有機無機復合涂料涂布到合成纖維或者植物纖維抄成的基紙表面，得到多孔的隔膜材料。相分離法和拉伸法隔膜研究較早，技術相對成熟，已有多項相關專利公開。而基紙涂布法隔膜在德國德固賽公司的引領下近年來逐漸成為研究熱點，其中德固賽公司在中國申請的專利CN 1679185A涉及基紙涂布法鋰電隔膜的眾多方面，對這類鋰電隔膜的研發造成了不小的技術壁壘。美國專利US 2005084761公開了一種用于電池的隔膜及其制造方法，該制造方法包括，提供具有大量孔洞和其表面和內部具有涂層的片狀柔性基材，其中所述基材的材料選自聚合物和/或天然纖維的織造或非織造不導電纖維，且所述涂層是多孔電絕緣的陶瓷涂層。中國專利CN 101281961A中提供了一種改善上述美國專利中的多孔電絕緣陶瓷涂層，提高鋰離子電池隔膜耐高溫性能的涂層混合物。但在以上提供的兩種隔膜的制造方法中，將涂料涂覆在多孔柔性基材表面上的涂布方法都采用現有技術中公知的各種方法，如
4通過印刷、輥壓、刮漿、浸潰、噴涂和提拉等方法，都是直接將涂料施涂到基紙表面，由于滲透的關系涂層難以完全停留在基紙表面，對基紙難以形成更好的覆蓋。
發明內容
本發明的目的是提供一種制造涂層覆蓋性好、孔隙率度高鋰電隔膜的預干燥薄膜轉移涂布的裝置和方法。為了達到上述目的，本發明的一個技術方案是提供了一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置，其特征在于包括至少一對上下布置的橡膠輥及鋼輥，轉移涂布用的耐熱薄膜由鋼輥拉出后，依次經過清洗轉移薄膜的噴淋水噴頭、噴涂離型層的噴涂裝置、涂料噴霧涂布機及預干燥裝置后與由基紙卷拉出的基紙層疊，層疊后的基紙與耐熱薄膜被送入至少一對上下布置的橡膠輥及鋼輥之間壓緊，耐熱薄膜通過鋼輥循環使用，覆蓋有涂層的基紙從熱風干燥箱組后由成紙復卷機收紙，其中，涂料噴霧涂布機與涂料攪拌槽相連。優選地，所述涂料攪拌槽為帶加熱的立式攪拌槽。優選地，所述預干燥裝置為紅外干燥器或者熱風干燥器中的一種。優選地，所述鋼輥為帶加熱功能的鋼輥，加熱范圍為室溫至180°C。本發明的另一技術方案是提供了一種采用上述的鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布對基紙進行涂布的方法，其特征在于，步驟為
步驟I、將鋰電隔膜聚合物涂料、有機溶劑及非溶劑加入攪拌槽，恒溫加熱攪拌溶解成涂料溶液；
步驟2、當耐熱薄膜由噴淋水噴頭清洗后，再由噴涂裝置在耐熱薄膜上均勻地噴涂離型
層；
步驟3、由涂料噴霧涂布機將步驟I中得到的涂料溶液涂布在耐熱薄膜上；
步驟4、涂布涂料溶液后的耐熱薄膜被輸送到干燥裝置進行預干燥后在耐熱薄膜的表面形成涂層；
步驟5、耐熱薄膜表面的涂層在橡膠輥和鋼輥之間與基紙復合，在兩輥的壓力作用下耐熱薄膜表面的涂層轉移到基紙上；
步驟6、與涂層復合后的基紙被輸送到熱風干燥箱組中進行干燥，干燥完全后由成紙復卷機復卷。優選地，步驟I中所述鋰電隔膜聚合物涂料為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、或氟化乙烯與六氟乙烯的共聚物中的一種或幾種混合
優選地，步驟I中所述有機溶劑為DMF或NMP中的一種。優選地，步驟I中所述非溶劑為辛醇、庚醇、或己醇中的一種。優選地，在步驟I中所述涂料溶液中聚合物涂料的重量百分含量為20%_40%，有機溶劑的重量百分含量為45%-60%，非溶劑的重量百分含量為15%-20%。優選地，步驟I中所述攪拌槽的加熱溫度為60_80°C。優選地，步驟2中所述離型層為硅油涂層。優選地，步驟4中所述預干燥的溫度與步驟I中所述攪拌槽的加熱溫度保持一致。優選地，步驟4中所述預干燥后，涂層的干度為50%_70%。優選地，對步驟5中所述鋼輥進行加熱，加熱溫度為80_120°C。
優選地，步驟5中所述兩輥之間的壓力為0. 4-0. 8MPa。優選地，步驟6中所述干燥的溫度為95_105°C。本發明利用全新的涂布裝置和方法制造適合動力鋰電池用的隔膜，所得隔膜涂層覆蓋性好、孔隙率度高。與現有技術相比，本發明具有如下優點
(I)通過噴霧涂布機將涂料均勻地噴涂到耐熱薄膜的表面，使聚合物涂料在耐熱薄膜表面預先形成一層較薄的涂層，結合蒸發助熱致相分離制膜法，對噴涂后的耐熱薄膜進行預干燥，使一部分溶劑與非溶劑揮發，在涂層上形成多孔結構。(2)預干燥裝置采用非接觸干燥模式——紅外干燥器或者PowerDry Plus熱風干燥器，既保證涂層的完整性，又有較高的干燥效率。(3)涂層預干燥到一定干度后與基紙復合，使涂料能夠減少往基紙內部滲透，大量停留在表面，對基紙形成較好的覆蓋。(4)采用噴霧涂布與膜轉移相結合的涂布方式，能夠保證涂料的充分利用，避免涂料的流失。(5)涂層與基紙復合的輥壓區采用橡膠輥與鋼輥的組合，其中鋼輥帶加熱功能，在一定壓力和溫度下涂層與基紙能更好的復合。(6)涂料為有機相，且主要分布在基紙的表面，能夠很好地降低以纖維素纖維為主要原料的隔膜的親水性。
圖I為本發明提供的一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置示意圖。
具體實施例方式為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。以下實施例中，皆使用如圖I所示的鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置，包括一對上下布置的橡膠輥7及鋼輥8，轉移涂布用的耐熱薄膜2由鋼輥8拉出后，依次經過清洗轉移薄膜的噴淋水噴頭9、噴涂離型層的噴涂裝置3、涂料噴霧涂布機4及預干燥裝置5 后與由基紙卷6拉出的基紙層疊，層疊后的基紙與耐熱薄膜2被送入至少一對上下布置的橡膠輥7及鋼輥8之間壓緊，耐熱薄膜2通過鋼輥8循環使用，覆蓋有涂層的基紙從熱風干燥箱組10后由成紙復卷機11收紙，其中，涂料噴霧涂布機4與涂料攪拌槽I相連，涂料攪拌槽I為帶加熱的立式攪拌槽。預干燥裝置5為紅外干燥器或者熱風干燥器中的一種。鋼輥8為帶加熱功能的鋼輥，加熱范圍為室溫至180°C。實施例I
采用上述鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置對基紙進行涂布的方法如下
第一步將聚合物涂料聚偏氟乙烯、有機溶劑DMF (N，N-二甲基甲酰胺)、非溶劑I-辛醇加入攪拌槽，70°C恒溫加熱攪拌溶解成濃度為20%的涂料溶液，其中，聚合物涂料聚偏氟乙烯的重量百分含量為20%、有機溶劑DMF的重量百分含量為60%、非溶劑I-辛醇的重量百分含量為20% ；
第二步通過噴涂裝置3在耐熱薄膜2上均勻地噴涂離型硅油涂層，離型硅油可以選用深圳市永卓實業發展有限公司的產品；
第三步將攪拌槽I中的涂料溶液通過涂料噴霧涂布機4涂布在耐熱薄膜2上； 第四步涂布涂料后的耐熱薄膜2輸送到預干燥裝置5進行預干燥，預干燥溫度為 70°C,預干燥后涂層的干度為50% ；
第五步預干燥后的涂層在橡膠輥7和鋼輥8之間與基紙復合，在兩輥的壓力作用下耐熱薄膜2上的涂層轉移到基紙上，鋼輥8的溫度為80°C，橡膠輥7和鋼輥8之間的壓力設定為 0. 4MPa ；
第六步與涂層復合后的基紙輸送到熱風干燥箱組10中干燥，干燥的溫度為95°C，，干燥完全后由成紙復卷機11復卷。所得隔膜厚度為21 ii m，孔隙率為63. 7%，耐刺穿強度為352g/y m，抗拉強度為
3.IN/cm, Cobb (30s)值為 9g/m2。實施例2
采用上述鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置對基紙進行涂布的方法如下
第一步將聚合物涂料聚偏氟乙烯、有機溶劑NMP (N-甲基吡咯烷酮)、非溶劑庚醇加入攪拌槽，75°C恒溫加熱攪拌溶解成濃度為30%的涂料溶液，其中，聚合物涂料聚偏氟乙烯的重量百分含量為30%、有機溶劑NMP (N-甲基吡咯烷酮)的重量百分含量為52. 5%、非溶劑 2-庚醇的重量百分含量為17. 5% ；
第二步通過噴涂裝置3在耐熱薄膜2上均勻地噴涂離型硅油涂層；
第三步將攪拌槽I中的涂料溶液通過涂料噴霧涂布機4涂布在耐熱薄膜2上； 第四步涂布涂料后的耐熱薄膜2輸送到預干燥裝置5進行預干燥，預干燥溫度為 75°C,預干燥后涂層的干度為60% ；
第五步預干燥后的涂層在橡膠輥7和鋼輥8之間與基紙復合，在兩輥的壓力作用下耐熱薄膜2上的涂層轉移到基紙上，鋼輥8的溫度為80°C，橡膠輥7和鋼輥8之間的壓力設定為 0. 6MPa ；
第六步與涂層復合后的基紙輸送到熱風干燥箱組10中干燥，干燥的溫度為100°C，干燥完全后由成紙復卷機11復卷。所得隔膜厚度為23 ii m，孔隙率為65. 3%，耐刺穿強度為364g/ y m，抗拉強度為
3.4N/cm, Cobb (30s)值為 13g/m2。實施例3
采用上述鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置對基紙進行涂布的方法如下
第一步將聚合物涂料聚丙烯酸、有機溶劑DMF、非溶劑己醇加入攪拌槽，80°C恒溫加熱攪拌溶解成濃度為40%的涂料溶液，其中，聚合物涂料聚丙烯酸的重量百分含量為40%、 有機溶劑DMF的重量百分含量為45%、非溶劑2-己醇的重量百分含量為15% ；
第二步通過噴涂裝置3在耐熱薄膜2上均勻地噴涂離型硅油涂層；
第三步將攪拌槽I中的涂料溶液通過涂料噴霧涂布機4涂布在耐熱薄膜2上； 第四步涂布涂料后的耐熱薄膜2輸送到預干燥裝置5進行預干燥，預干燥溫度為 80°C,預干燥后涂層的干度為70% ；
第五步預干燥后的涂層在橡膠輥7和鋼輥8之間與基紙復合，在兩輥的壓力作用下耐熱薄膜2上的涂層轉移到基紙上，鋼輥8的溫度為85°C，橡膠輥7和鋼輥8之間的壓力設定為 0. 8MPa ；
第六步與涂層復合后的基紙輸送到熱風干燥箱組10中干燥，干燥的溫度為105°C，干
燥完全后由成紙復卷機11所得隔膜厚度為
2.7N/cm, Cobb (30s)值為復卷。
26iim，孔隙率為61.4%，耐刺穿強度為343g/iim，抗拉強度為 16g/m20
權利要求
1.一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置，其特征在于包括至少一對上下布置的橡膠輥(7)及鋼輥(8)，轉移涂布用的耐熱薄膜(2)由鋼輥(8)拉出后，依次經過清洗轉移薄膜的噴淋水噴頭(9 )、噴涂離型層的噴涂裝置(3 )、涂料噴霧涂布機(4 )及預干燥裝置(5 ) 后與由基紙卷(6)拉出的基紙層疊，層疊后的基紙與耐熱薄膜(2)被送入至少一對上下布置的橡膠輥(7)及鋼輥(8)之間壓緊，耐熱薄膜(2)通過鋼輥(8)循環使用，覆蓋有涂層的基紙從熱風干燥箱組(10 )后由成紙復卷機(11)收紙，其中，涂料噴霧涂布機(4 )與涂料攪拌槽(I)相連。
2.如權利要求I所述的一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置，其特征在于所述涂料攪拌槽(I)為帶加熱的立式攪拌槽。
3.如權利要求I所述的一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置，其特征在于所述預干燥裝置(5)為紅外干燥器或者熱風干燥器中的一種。
4.如權利要求I所述的一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置，其特征在于所述鋼輥(8)為帶加熱功能的鋼輥，加熱范圍為室溫至180°C。
5.一種采用如權利要求I所述的鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置對基紙進行涂布的方法，其特征在于，步驟為步驟I、將鋰電隔膜聚合物涂料、有機溶劑及非溶劑加入攪拌槽(1)，恒溫加熱攪拌溶解成涂料溶液；步驟2、當耐熱薄膜(2)由噴淋水噴頭(9)清洗后，再由噴涂裝置(3)在耐熱薄膜(2)上均勻地噴涂離型層；步驟3、由涂料噴霧涂布機(4)將步驟I中得到的涂料溶液涂布在耐熱薄膜(2)上；步驟4、涂布涂料溶液后的耐熱薄膜(2 )被輸送到干燥裝置(5 )進行預干燥后在耐熱薄膜(2)的表面形成涂層；步驟5、耐熱薄膜(2)表面的涂層在橡膠輥(7)和鋼輥(8)之間與基紙復合，在兩輥的壓力作用下耐熱薄膜(2)表面的涂層轉移到基紙上；步驟6、與涂層復合后的基紙被輸送到熱風干燥箱組(10)中進行干燥，干燥完全后由成紙復卷機(11)復卷。
6.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟I中所述鋰電隔膜聚合物涂料為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、或氟化乙烯與六氟乙烯的共聚物中的一種或幾種混合。
7.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟I中所述有機溶劑為DMF或NMP中的一種。
8.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟I中所述非溶劑為辛醇、庚醇、或己醇中的一種。
9.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于在步驟I中所述涂料溶液中聚合物涂料的重量百分含量為20%-40%，有機溶劑的重量百分含量為45%-60%， 非溶劑的重量百分含量為15%-20%。
10.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟I中所述攪拌槽(I)的加熱溫度為60-80°C。
11.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟2中所述離型層為離型硅油涂層。
12.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟4中所述預干燥的溫度與步驟I中所述攪拌槽(I)的加熱溫度保持一致。
13.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟4中所述預干燥后，涂層的干度為50%-70%。
14.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于對步驟5中所述鋼輥(8)進行加熱，加熱溫度為80-120°C。
15.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟5中所述兩輥之間的壓力位0. 4-0. 8MPa。
16.如權利要求5所述的一種對基紙進行涂布的方法，其特征在于步驟6中所述干燥的溫度為95-105°C。
全文摘要
本發明提供了一種鋰電池隔膜預干燥薄膜轉移涂布的裝置，其特征在于，包括涂料攪拌槽、轉移涂布用的耐熱薄膜、噴涂離型層的噴涂裝置、涂料噴霧涂布機、預干燥裝置、基紙卷、橡膠輥、鋼輥、清洗轉移薄膜的噴淋水碰頭、熱風干燥箱組、成紙復卷機依次組合。本發明還提供了一種采用上述裝置的方法，采用該方法聚合物涂層經預干燥后能從耐熱薄膜上完全轉移至基紙表面，減少了涂料向基紙內部滲透，得到覆蓋性能更好、孔隙率更高的鋰電池隔膜。
文檔編號B32B37/10GK102582200SQ20111038139
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月27日 優先權日2011年11月27日
發明者劉攀, 吳立群, 歐陽春 申請人:中國海誠工程科技股份有限公司