電池隔膜生產工藝的冷卻定型裝置（冷卻系統）

眾高冷源是*生產工業制冷設備廠家，解決各種生產工藝需要控溫、恒溫、冷卻、定型等不同工藝需求的，解決溫度、濕度、恒壓、恒流等熱力、流體、換熱不同技術問題。歡迎來電洽談生產工藝遇到以上的問題。電池隔膜的特殊性決定其成型工序很復雜，其中冷卻成型中溫度、濕度、潔凈度等因素要求十分復雜。下面詳細介紹一下電池隔膜的特性與生產工藝。如有冷卻定型技術和冷卻設備購買事宜歡迎前來咨詢。
鋰離子電池隔膜流延工序的冷卻方法，其包括以下步驟：(1).打開冷卻管閥門，流入5℃﹣15℃的流體，降低冷卻管表面溫度；(2).聚烯烴熔體經模頭擠出，熔體流經冷卻管旁時，熔體表面熱量被冷卻管吸收；(3).冷卻后的聚烯烴熔體經流延輥形成流延膜。

鋰離子電池隔膜是一種具有納米級微孔的高分子功能材料，隔膜在電池內部將正、負極板分隔開來，防止兩極接觸造成短路。同時，隔膜具備有良好的離子通過能力，有保持電解液的能力，和具有一定的保護電池安全的能力。[1]在鋰電池的結構中，隔膜是關鍵的內層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、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。
鋰離子性能隔膜要求包括：1）厚度均勻性，隔膜的厚度均勻性包括縱向厚度均勻性和橫向厚度均勻性。其中橫向厚度均勻性尤為重要。一般均要求控制在+1微米以內。  2）機械強度，隔膜的機械強度可用抗穿刺強度和拉伸強度來衡量。拉伸強度，隔膜的拉伸強度與制膜的工藝相關聯。采用單軸拉伸，膜在拉伸方向上與垂直方向強度不同；而采用雙軸拉伸時，隔膜在兩個方向上一致性會相近。一般拉伸強度主要是指縱向強度要達到100MP以上，橫向強度不能太大，過大會導致橫向收縮率增大，這種收縮會加大鋰電池廠家正、負極接觸的幾率�？勾┐虖姸龋�抗穿刺強度是指施加在給定針形物上用來戳穿隔膜樣本的質量，用它來表示隔膜在裝配過程中發生短路的趨勢。因隔膜是被夾在凹凸不平的正、負極片間，需要承受很大的壓力。為了防止短路，所以隔膜必須具備一定的抗穿刺強度�？勾┐虖姸戎狄话阍�300-500g。3）透過性能, 透過性能可用在一定時間和壓力下，通過隔膜氣體的量的多少來表征，主要反映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、孔的形狀及孔曲折度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，本身具有微孔結構，微孔在整個隔膜材料中的分布應當均勻�？讖揭话阍�0.03-0.12um�？讖教�小增加電阻，孔徑太大易使正負極接觸或被枝晶刺穿短路。隔膜廠家現在基本以透氣度、孔隙度指標來衡量透氣性。透氣率是指特定的空氣在特定的壓力下通過特定面積隔膜所需要的時間，用Gurley值來表示。根據隔膜厚度，一般在300-700s/100ml�？紫堵适菃误w膜的體積中孔的體積百分率，它與原料樹脂及膜的密度有關。現有鋰離子電池隔膜的孔隙率在40%-50%之間。4）理化性能，潤濕性和潤濕速度：較好的潤濕性有利于提高隔膜與電解液的親和性，擴大隔膜與電解液的接觸面，從而增加離子導電性，提高電池的充放電性能和容量。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�；瘜W穩定性：隔膜在電解液中應當保持長久的穩定性，不與電解液和電極物質反應。其化學穩定性是通過測定耐電解液腐蝕能力和脹縮率來評價的。5）熱穩定性：電池在充放電過程中會釋放熱量，尤其在短路或過充電的時候，會有大量熱量放出。因此，當溫度升高的時候，隔膜應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）安全保護性能：鋰離子電池的安全性成為鋰電池廠家的*為重視的環節。作為鋰電池*為關鍵的核心材料，對隔膜也提出了更高的要求。目前鋰電池用隔膜一般都能夠提供一個附加的功能，就是熱關閉。這一特性可以為鋰離子電池提供一個額外的安全保護。該功能主要參數為閉孔溫度和破膜溫度。閉孔溫度是微孔閉合時的溫度，即為閉合溫度。指電池內部發生放熱反應自熱、過充或者電池外部短路時，這些情況都會產生大量的熱量。由于聚烯烴材料的熱塑性，當溫度接近聚合物熔點時，微孔閉合形成熱關閉，從而阻斷離子的繼續傳輸而形成斷路，起到保護電池的作用。一般PE為130-140℃，PP為150℃。破膜溫度是指電池內部自熱，外部短路使電池內部溫度升高，超過閉合溫度后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、電池短路。破裂時的溫度即為破膜溫度。 因此，鋰電池廠家都希望隔膜有較低的閉孔溫度和較高的破裂溫度。閉孔溫度和破膜溫度均與隔膜材料的種類有很大關系。任何單層的隔膜將難以滿足鋰離子電池對隔膜的安全性的要求。為了滿足鋰電池廠家的這種要求，南通天豐開發出了PE、PP多層隔膜。融合了PE的低溫閉合和PP的高溫破膜溫度兩種特性。

鋰電隔膜生產工藝：
濕法：濕法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，加熱溶化混合物并把熔體鋪在薄片上，然后降溫發生相分離，再以縱向或雙軸向對薄片做取向處理，*后用易揮發的溶劑提取液體�？芍苽涑鱿嗷ヘ炌ǖ奈⒖啄げ牧�，適用的材料廣。采用該法的具有代表性的公司有日本旭化成、東燃及美國Entek等，用濕法雙向拉伸方法生產的隔膜由于經過了雙向拉伸具有較高的縱向和橫向強度。目前主要用于單層的PE隔膜。[6]
濕法工藝圖

 
圖片來源：長江證券 鋰電材料系列報告之二 2013年7月4日
干法：熔融拉伸法（干法）的制備原理是，高聚物熔體擠出時在拉伸應力作用下冷卻結晶，形成平行排列的結晶結構，經過熱處理的薄膜拉伸后晶體之間分離而形成狹縫狀微孔，在經過熱定型制得微孔膜。[7]
干法單向拉伸工藝是通過生產硬彈性纖維的方法，制備出低結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。這種薄膜先在低溫下進行拉伸形成微缺陷，然后高溫下使缺陷拉開，形成微孔。該工藝經過幾十年的發展在美國、日本已經非常成熟，現在美國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復合膜。美國Celgard公司擁有干法單向拉伸工藝的一系列專利，日本UBE公司是購買了Celgard的相關專利使用權。用這種方法生產的隔膜具有扁長的微孔結構，由于只進行單向拉伸，隔膜的橫向強度比較差，但正是由于沒有進行橫向拉伸，橫向幾乎沒有熱收縮。[8]
干法雙向拉伸工藝是中國科學院化學研究所在20世紀90年代初開發出的具有自主知識產權的工藝（CN1062357）。通過在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改進劑，利用聚丙烯不同相態間密度的差異，在拉伸過程中發生晶型轉變形成微孔，用于生產單層PP膜。國內格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新時科技有限公司均與中科院合作采用干法雙向拉伸工藝。
從理論上分析，干法雙向拉伸工藝生產的隔膜經過雙向拉伸，在縱向拉伸強度相差不大的情況下，橫向拉伸強度要明顯高于干法的單向拉伸工藝生產的隔膜。物理性能和機械性能方面干法雙向拉伸工藝生產的隔膜更占優勢。然而濕法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透氣性�？梢詽M足動力電池的大電流充放的要求。但由于濕法采用聚乙烯基材，熔點只有140℃。所以熱穩定性比較差。
擠出吹塑薄膜成型設備中的冷卻裝置，作用是把擠出模具后的管狀膜坯經吹脹成膜泡后，為使膜泡盡快冷卻定型，加快吹塑成型薄膜的生產速度而設置。冷卻裝置中一般多采用風或水為冷卻介質，帶走膜泡表面的熱量。按冷卻的方法的不同，又可分為膜泡表面冷卻和膜泡管內表面冷卻。
圖5-6是一種采用風冷卻筒狀膜泡外表面用風環結構。它是一種吹塑薄膜風冷卻應用較多的一種方式。對膜的外表面冷卻效果較好，可適應各種塑料吹塑膜泡的冷卻。

 圖5-6 單風口風環結構示意
1-吹風口；2-風環上蓋；3-風環體

 圖5-7雙風口負壓風環工作氣流分布示意
1-膜泡；2-上風口；3-下風口；4-模具；5-氣流分布
 圖5-7是一種雙風口負壓風環冷卻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面的降溫效果好于圖5-6中風冷卻方式，擠塑生產吹塑薄膜速度比較高，適合多種塑料成型膜的冷卻。
 
圖5-8是一種采用水冷卻膜泡外表面用水環冷卻工作方式。采用這種方式冷卻的膜泡，一般多用于要求透明度較好的聚丙烯薄膜。
圖5-8 冷卻水環結構及工作示意
1-水環外套：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，適合于各種塑料吹塑寬幅厚膜的冷卻。
圖5-9 膜泡風內冷卻工作示意
 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
風環的工作位置是在成型模具口的上方，距模具口30～100mm處。風環的直徑，一般應是模具口直徑的1.5～3倍（模具口直徑小時取大值）。從風環口吹出的氣流，應以45°～60°斜角，呈傘狀吹向膜泡管，氣流托住膜泡，向上流動，帶走膜泡表面熱量，使膜泡管降溫，平穩運行。冷卻水環工作時，吹脹膜泡管的外徑與冷卻水環內徑吻合，水環內冷卻水從冷卻套內溢出。膜泡管通過水環時，表面帶走一層冷卻水，沿著膜泡管面下流，帶走膜面熱量，使膜泡表面得到較好的降溫。膜面上附著的水珠，經牽引輥時被擠壓流回水環。

三層擠出機（三層吹膜機）的冷卻定型方式采用水冷系統或風冷系統，并配備鼓風機一臺。川本斯特根據用戶需求可以訂制循環水冷卻系統或循環風冷卻系統。

三層共擠膜泡內冷牽引旋轉薄膜生產線采用新型高效低能耗擠出機組，IBC膜泡內冷系統，±360°水平式上牽引旋轉系統，光電自動糾偏裝置，全自動收卷及薄膜張力控制，電腦屏幕自動控制系統等先進技術。與同類設備相比，具有產量更高、制品塑化好、低能耗、操作簡便的優點，徹底解決了薄膜荷葉邊及收卷大小頭等問題，使產品質量上了一個新臺階。生產出的薄膜具有高透明、耐穿刺、高韌性、低溫熱切性佳、復合牢度佳、防卷曲性 。這種膜由于其阻隔性好，保鮮，防濕，防霜凍，隔氧，耐油，可以廣泛用于輕重包裝。如各種鮮果、肉食品、醬菜、鮮牛奶、液體飲料、醫藥用品等。
一、主要用途:
本機組使用于LDPE，LLDPE，HDPE等塑料原料。用于生產復合膜基材、液體膜、收縮膜、保護膜，電纜膜、高分子粘接膜、多功能工業包裝膜等高品質塑料包裝薄膜，能更好地滿足高精度、高速度彩印、復合、涂覆制品的使用要求。
二、主要性能特點:
1.牽引水平式往復擺動旋轉取代模頭旋轉，大大簡化模頭結構，避免了模頭因旋轉而引發的漏料、密封難、維護難等問題，克服了膜卷大小頭、松緊邊等質量問題，保證薄膜良好的平整度。
2.IBC膜泡內冷系統，改善了薄膜制品的透明度及內在品質，機組產量顯著提高。
3.高精度的折徑控制系統，通過控制風機速度調整氣量，膜泡折徑偏差小。
4.EPS光電糾編系統，自動糾編導向，保證薄膜收卷整齊。
5.高精度的模具及高效循環風冷卻系統，保證薄膜良好的厚薄均勻度，產出效率高。
 
冷水機是制冷機器，又稱冰水機、冷凍水機、制冷機等。能夠循環制造高低溫、恒溫、恒壓、恒流的循環冷凍水。蒸汽壓縮冷水機組包括四個主要組成部分的蒸汽壓縮式制冷循環（壓縮機，蒸發器，冷凝器，循環泵），這些機器可以實現不同的制冷劑。壓縮式制冷機利用冷媒作為制冷劑，以達到制冷效果很強的親和力。冷水機工作原理如圖所示。
 

　冷水機在工業應用，冷凍水或其它液體的冷卻泵是通過流程或實驗室設備。工業冷水機是用于控制產品，機制和工廠機械冷卻的各行各業。它們通常用于塑料工業的注塑和吹塑成型，金屬加工切削油，焊接設備，壓鑄 和機加工，化學加工，制藥制定，食品和飲料加工，造紙，水泥加工，真空系統，X射線衍射，電力供應和發電站，分析設備，半導體，壓縮空氣和氣體冷卻。它們還用于冷卻高熱能，如核磁共振成像儀和激光專門的工程項目，并在醫院，賓館和校園。近年隨著我國加入WTO,生產制造業進入了一個黃金時期，同時市場競爭激烈對產品質量的要求亦有較大程度的提高。很多的領域都可能會使用到冷水機，例如在生產過程中，由于機械、模具及工業反應不斷產生熱量，當溫度超過物料之承受程度產品質量就不穩定。塑料容器在生產過程中如不能及時冷卻定型,生產出來的容器將不飽滿,壁厚不均，色澤不明亮，甚至無法成型, 造成產品品質較低。有很多塑膠制品廠，或是需要冷水機將機器用的循環水和循環油冷卻的朋友，在購買工業冷水機的時候，往往不知道用什么類型的冷水機，才能達到自己要求的制冷效果，或是說不知道什么樣的機器更適合自己的生產車間。那么現在，川本制冷機（http://www.chinazhilengji.com）告訴大家一些冷水機的選型方法。希望能對朋友們有些幫助。
一、冷水機的分類：
首先，我們要分清楚冷水機的類型：一般冷水機分為水冷和風冷兩種。

 

風冷冷水機，內含有水箱和水泵，無需冷卻塔散熱。安裝移動方便。但是對環境要求高，首先，因為它是以熱風循環來制冷的，所以，如果安裝車間的通風效果不好的話，會直接影響到冷水機的制冷效果。另外，如果您想把冷水機放在有濕度要求的無塵車間里的話，會在機頂產生大量水蒸氣。
水冷冷水機，分為開放式冷水機，密封式(有的稱為箱型冷水機)和螺桿式冷水機。水冷式冷水機，都要另外加裝冷卻塔和水泵，才能達到較好的冷卻效果。開放式的冷水機，還要另外裝一個水箱，密封式就不必了，因為他自身內置了水箱。開放式一般會安裝在車間外，便于檢修，但因其不夠美觀，所以就產生了密封式的水冷型冷水機。密封式的水冷冷水機是一個箱體結構，安裝方便，使用方便，在美森制冷的客戶群中比較受歡迎。但是如果您對制冷量的要求非常大的話，就建議您選用螺桿式的冷水機了，如果您對冷水機的壓縮機要求達到100HP以上時，我們會建議您用螺桿式冷水機。
二、冷水機的配備：
1、壓縮機；2、泵浦；3、電腦PC板，觸摸式控制，安全方便；4、溫控器：液晶顯示溫控電子板；5、膨脹閥、過濾器；6、內置外覆絕熱材
料的304不銹鋼水箱1個；7、電器
8、安全保護系統
壓縮機延時起動保護        冰水泵過載及指示燈
壓縮機過載保護            馬達反轉保護及指示燈
壓縮機過載保護及指示燈    冷媒不足保護及指示燈
冷媒高壓安全閥            散熱不良保護及指示燈
故障警報蜂鳴器

三、冷水機對塑膠機械的作用：
1、冷水機應用于塑料加工機械成型模具冷卻，能夠大大提高塑料制品表面光潔度，減少塑料制品表面紋痕和內應力，使產品不縮水、不變形，便于塑料制品的脫模，加速產品定型，從而*地提高塑料成型機的生產效率；
2、冷水機應用于數控機床、坐標鏜床、磨床、加工中心、組合機床以及各類精密機床主軸潤滑和液壓系統傳動媒的冷卻，能夠精確地控制油溫，有效地減少機床的熱變形，提高機床的加工精度。
四、冷水機選型溫馨提示：
1、標冷水機溫差為5度，（20度降15度），假如一臺CBE-3ALC的冷水機每小時的標準冷水機流量為0.5個立方。那么您在試用這臺冷水機的時候
不能只看冷水機的流量，還要看您需要的溫度是多少，假如您試用的溫度是從58度降到7度，溫差很大的話，那么就會減少每小時的冷凍水流量，從3.5個立方減到1個多立方。若您要是需要每小時3.5個立方的流量的冷水機，則要選擇更大一些的機型。
2、在試用冷水機的時候，還要看您是直接冷卻，還是間接冷卻。直接冷卻就是把水直接進冷水機，凍水出來直接進行您需要的產品里面冷卻，直接冷卻的效果明顯要好。間接冷卻就相當于把水放在盆子里，在盆子上面在放一個小盆子，小盆子里面放要冷卻的產品，相對來說間接冷卻的效果要差一些。所以，您在選型的時候，要考慮到這方面的。
3、一些用戶使用水池進行冷卻，有以下弊端：
l  水質較差，容易堵塞機器水道，造成更大的損失。
l  浪費水資源，提高用戶成本。
l  天氣過熱的時候，水溫達不到要求，影響產品品質和效率。
冷水機運用于各行業
塑料、塑膠行業用冷水機：塑料加工機械成型模具冷卻，能夠大大提高塑料制品表面光潔度，減少塑料制品表面紋痕和內應力，使產品不縮水、不變形，便于塑料制品的脫模，加速產品定型，從而*地提高塑料成型機的生產效率。
 
    擠出線材及抽粒行業用冷水機：很明顯，水槽是個開放式的容器，所以，我們在選配冷水機時，要注意一點，冷水機的蒸發器，應選用殼管式，不可以選用盤管式的。其原因如下：盤管式冷水機的蒸發器，是一個開放式的水箱，當冷水機停止工作時，泵浦沒有壓力，水槽的水位一般高于冷水機，此時，水槽的水會回流到冷水機的水箱，造成冷水機的水箱溢水。殼管式則不同，其蒸發器是一個閉回路，不會有溢水的問題。
 
    控機床、座標鏜床、磨床、加工中心、組合機床以及各類精密機床用冷水機：應用于數主軸潤滑和液壓系統傳動媒的冷卻，能夠精確地控制油溫，有效地減少機床的熱變形，提高機床的加工精度。提高機械潤滑的效率減少磨損及機械壽命。
 
    電子行業、超聲波清洗行業用冷水機：冷水機冷卻穩定電子元件內部在生產線上的分子結構,提高電子元件的合格率,能降低清洗劑溫度，冷凝氣態清洗劑，有效防止清洗劑的揮發。
 
    真空離子鍍膜行業用冷水機：離化源在初始工作時需加熱啟動，運行時需冷卻，冷卻系統故障將會導致離化源損壞。冷卻水必須用高壓水泵至離化源內的冷卻通道冷卻離化源。
 
    電鍍行業用電鍍冷水機：電鍍液冷卻,使金屬、非金屬分子穩定.冷水機使金屬分子隨著穩定的電流快速貼附上鍍件表面,增加鍍件的密度和平滑,縮短電鍍周期,提高質量,并可有效地回收各類昂貴的化學物質,工業制冷設備同理也適用于真空鍍膜工業。
 
A.直接冷卻：即鍍液直接通過過濾機或是過濾網進入冷凍機的蒸發器進行降溫再回到氧化槽。此冷卻方式的優缺點：冷卻時間短、效果好；缺點就是蒸發器需要做防腐處理（一般采用鈦合金），蒸發器里容易結垢，需定期清洗，否則影響制冷效果和機器運行。B.間接冷卻：氧化槽里鋪置鈦管，冷凍水通過鈦管帶走渡液熱量達到降溫目的；若鋪鈦管不便可添一換熱器（需是鈦合金制成）一邊走冷凍水一邊走鍍液。
    食品工業用冷水機：冷水機用于各類食品加溫后高速冷卻,使之能適用入罐及裝瓶要求,另外還有各類發酵食品需要不同的冷卻溫度以穩定發酵需要,提高發酵產品,保證發酵質量,同樣也使用于制藥業、化學工業制冷設備。
 
    研磨機行業用冷水機：三輥機在研磨過程，由于分子結構發生變化產生溫度，溫度過高影響原料的質量，生產效率，對設備磨損嚴重。運用冷水機循環冷卻控制溫度，可以大大提高生產量，減少設備的損壞。***重要的事保護員工安全。


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