电池隔膜生产工艺的冷却定型装置（冷却系统）

众高冷源是*生产工业制冷设备厂家，解决各种生产工艺需要控温、恒温、冷却、定型等不同工艺需求的，解决温度、湿度、恒压、恒流等热力、流体、换热不同技术问题。欢迎来电洽谈生产工艺遇到以上的问题。电池隔膜的特殊性决定其成型工序很复杂，其中冷却成型中温度、湿度、洁净度等因素要求十分复杂。下面详细介绍一下电池隔膜的特性与生产工艺。如有冷却定型技术和冷却设备购买事宜欢迎前来咨询。
锂离子电池隔膜流延工序的冷却方法，其包括以下步骤：(1).打开冷却管阀门，流入5℃﹣15℃的流体，降低冷却管表面温度；(2).聚烯烃熔体经模头挤出，熔体流经冷却管旁时，熔体表面热量被冷却管吸收；(3).冷却后的聚烯烃熔体经流延辊形成流延膜。

锂离子电池隔膜是一种具有纳米级微孔的高分子功能材料，隔膜在电池内部将正、负极板分隔开来，防止两极接触造成短路。同时，隔膜具备有良好的离子通过能力，有保持电解液的能力，和具有一定的保护电池安全的能力。[1]在锂电池的结构中，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。
锂离子性能隔膜要求包括：1）厚度均匀性，隔膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。其中横向厚度均匀性尤为重要。一般均要求控制在+1微米以内。  2）机械强度，隔膜的机械强度可用抗穿刺强度和拉伸强度来衡量。拉伸强度，隔膜的拉伸强度与制膜的工艺相关联。采用单轴拉伸，膜在拉伸方向上与垂直方向强度不同；而采用双轴拉伸时，隔膜在两个方向上一致性会相近。一般拉伸强度主要是指纵向强度要达到100MP以上，横向强度不能太大，过大会导致横向收缩率增大，这种收缩会加大锂电池厂家正、负极接触的几率。抗穿刺强度，抗穿刺强度是指施加在给定针形物上用来戳穿隔膜样本的质量，用它来表示隔膜在装配过程中发生短路的趋势。因隔膜是被夹在凹凸不平的正、负极片间，需要承受很大的压力。为了防止短路，所以隔膜必须具备一定的抗穿刺强度。抗穿刺强度值一般在300-500g。3）透过性能, 透过性能可用在一定时间和压力下，通过隔膜气体的量的多少来表征，主要反映了锂离子透过隔膜的通畅性。隔膜透过性的大小是隔膜孔隙率、孔径、孔的形状及孔曲折度等隔膜内部孔结构综合因素影响的结果。作为锂电池隔膜材料，本身具有微孔结构，微孔在整个隔膜材料中的分布应当均匀。孔径一般在0.03-0.12um。孔径太小增加电阻，孔径太大易使正负极接触或被枝晶刺穿短路。隔膜厂家现在基本以透气度、孔隙度指标来衡量透气性。透气率是指特定的空气在特定的压力下通过特定面积隔膜所需要的时间，用Gurley值来表示。根据隔膜厚度，一般在300-700s/100ml。孔隙率是单体膜的体积中孔的体积百分率，它与原料树脂及膜的密度有关。现有锂离子电池隔膜的孔隙率在40%-50%之间。4）理化性能，润湿性和润湿速度：较好的润湿性有利于提高隔膜与电解液的亲和性，扩大隔膜与电解液的接触面，从而增加离子导电性，提高电池的充放电性能和容量。隔膜对电解液的润湿性可通过测定其吸液率和持液率来衡量。化学稳定性：隔膜在电解液中应当保持长久的稳定性，不与电解液和电极物质反应。其化学稳定性是通过测定耐电解液腐蚀能力和胀缩率来评价的。5）热稳定性：电池在充放电过程中会释放热量，尤其在短路或过充电的时候，会有大量热量放出。因此，当温度升高的时候，隔膜应当保持原有的完整性和一定的力学性能，发挥隔离正、负极、防止短路的作用。6）安全保护性能：锂离子电池的安全性成为锂电池厂家的*为重视的环节。作为锂电池*为关键的核心材料，对隔膜也提出了更高的要求。目前锂电池用隔膜一般都能够提供一个附加的功能，就是热关闭。这一特性可以为锂离子电池提供一个额外的安全保护。该功能主要参数为闭孔温度和破膜温度。闭孔温度是微孔闭合时的温度，即为闭合温度。指电池内部发生放热反应自热、过充或者电池外部短路时，这些情况都会产生大量的热量。由于聚烯烃材料的热塑性，当温度接近聚合物熔点时，微孔闭合形成热关闭，从而阻断离子的继续传输而形成断路，起到保护电池的作用。一般PE为130-140℃，PP为150℃。破膜温度是指电池内部自热，外部短路使电池内部温度升高，超过闭合温度后微孔闭塞阻断电流通过，热熔性能温度进一步上升，造成隔膜破裂、电池短路。破裂时的温度即为破膜温度。 因此，锂电池厂家都希望隔膜有较低的闭孔温度和较高的破裂温度。闭孔温度和破膜温度均与隔膜材料的种类有很大关系。任何单层的隔膜将难以满足锂离子电池对隔膜的安全性的要求。为了满足锂电池厂家的这种要求，南通天丰开发出了PE、PP多层隔膜。融合了PE的低温闭合和PP的高温破膜温度两种特性。

锂电隔膜生产工艺：
湿法：湿法又称相分离法或热致相分离法，将高沸点的烃类液体或低分子量的物质与聚烯烃树脂混合，加热溶化混合物并把熔体铺在薄片上，然后降温发生相分离，再以纵向或双轴向对薄片做取向处理，*后用易挥发的溶剂提取液体。可制备出相互贯通的微孔膜材料，适用的材料广。采用该法的具有代表性的公司有日本旭化成、东燃及美国Entek等，用湿法双向拉伸方法生产的隔膜由于经过了双向拉伸具有较高的纵向和横向强度。目前主要用于单层的PE隔膜。[6]
湿法工艺图

 
图片来源：长江证券 锂电材料系列报告之二 2013年7月4日
干法：熔融拉伸法（干法）的制备原理是，高聚物熔体挤出时在拉伸应力作用下冷却结晶，形成平行排列的结晶结构，经过热处理的薄膜拉伸后晶体之间分离而形成狭缝状微孔，在经过热定型制得微孔膜。[7]
干法单向拉伸工艺是通过生产硬弹性纤维的方法，制备出低结晶度的高取向聚丙烯或聚乙烯薄膜，在高温退火获得高结晶度的取向薄膜。这种薄膜先在低温下进行拉伸形成微缺陷，然后高温下使缺陷拉开，形成微孔。该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟，现在美国Celgard公司、日本UBE公司采用此种工艺生产单层PP、PE以及三层PP/PE/PP复合膜。美国Celgard公司拥有干法单向拉伸工艺的一系列专利，日本UBE公司是购买了Celgard的相关专利使用权。用这种方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构，由于只进行单向拉伸，隔膜的横向强度比较差，但正是由于没有进行横向拉伸，横向几乎没有热收缩。[8]
干法双向拉伸工艺是中国科学院化学研究所在20世纪90年代初开发出的具有自主知识产权的工艺（CN1062357）。通过在聚丙烯中加入具有成核作用的β晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔，用于生产单层PP膜。国内格瑞恩新能源材料股份有限公司、桂林新时科技有限公司均与中科院合作采用干法双向拉伸工艺。
从理论上分析，干法双向拉伸工艺生产的隔膜经过双向拉伸，在纵向拉伸强度相差不大的情况下，横向拉伸强度要明显高于干法的单向拉伸工艺生产的隔膜。物理性能和机械性能方面干法双向拉伸工艺生产的隔膜更占优势。然而湿法隔膜可以得到更高的孔隙率和更好的透气性。可以满足动力电池的大电流充放的要求。但由于湿法采用聚乙烯基材，熔点只有140℃。所以热稳定性比较差。
挤出吹塑薄膜成型设备中的冷却装置，作用是把挤出模具后的管状膜坯经吹胀成膜泡后，为使膜泡尽快冷却定型，加快吹塑成型薄膜的生产速度而设置。冷却装置中一般多采用风或水为冷却介质，带走膜泡表面的热量。按冷却的方法的不同，又可分为膜泡表面冷却和膜泡管内表面冷却。
图5-6是一种采用风冷却筒状膜泡外表面用风环结构。它是一种吹塑薄膜风冷却应用较多的一种方式。对膜的外表面冷却效果较好，可适应各种塑料吹塑膜泡的冷却。

 图5-6 单风口风环结构示意
1-吹风口；2-风环上盖；3-风环体

 图5-7双风口负压风环工作气流分布示意
1-膜泡；2-上风口；3-下风口；4-模具；5-气流分布
 图5-7是一种双风口负压风环冷却膜泡时的工作气流分布示意。两风口间的负压区膜坯开始被吹胀，这种双风口冷却膜表面的降温效果好于图5-6中风冷却方式，挤塑生产吹塑薄膜速度比较高，适合多种塑料成型膜的冷却。
 
图5-8是一种采用水冷却膜泡外表面用水环冷却工作方式。采用这种方式冷却的膜泡，一般多用于要求透明度较好的聚丙烯薄膜。
图5-8 冷却水环结构及工作示意
1-水环外套：2-隔板；3-定型套

图5-9是膜泡采用风内冷却的一种设备工作示意。冷空气由模具内芯棒中的风环进入膜泡内，冷却膜泡内壁，同时也起到支撑膜泡的作用。这种冷却膜泡的效果很好，适合于各种塑料吹塑宽幅厚膜的冷却。
图5-9 膜泡风内冷却工作示意
 1-热风输出管；2-进风口；3-排风机；4-热风冷却装置；5-膜泡管
风环的工作位置是在成型模具口的上方，距模具口30～100mm处。风环的直径，一般应是模具口直径的1.5～3倍（模具口直径小时取大值）。从风环口吹出的气流，应以45°～60°斜角，呈伞状吹向膜泡管，气流托住膜泡，向上流动，带走膜泡表面热量，使膜泡管降温，平稳运行。冷却水环工作时，吹胀膜泡管的外径与冷却水环内径吻合，水环内冷却水从冷却套内溢出。膜泡管通过水环时，表面带走一层冷却水，沿着膜泡管面下流，带走膜面热量，使膜泡表面得到较好的降温。膜面上附着的水珠，经牵引辊时被挤压流回水环。

三层挤出机（三层吹膜机）的冷却定型方式采用水冷系统或风冷系统，并配备鼓风机一台。川本斯特根据用户需求可以订制循环水冷却系统或循环风冷却系统。

三层共挤膜泡内冷牵引旋转薄膜生产线采用新型高效低能耗挤出机组，IBC膜泡内冷系统，±360°水平式上牵引旋转系统，光电自动纠偏装置，全自动收卷及薄膜张力控制，电脑屏幕自动控制系统等先进技术。与同类设备相比，具有产量更高、制品塑化好、低能耗、操作简便的优点，彻底解决了薄膜荷叶边及收卷大小头等问题，使产品质量上了一个新台阶。生产出的薄膜具有高透明、耐穿刺、高韧性、低温热切性佳、复合牢度佳、防卷曲性 。这种膜由于其阻隔性好，保鲜，防湿，防霜冻，隔氧，耐油，可以广泛用于轻重包装。如各种鲜果、肉食品、酱菜、鲜牛奶、液体饮料、医药用品等。
一、主要用途:
本机组使用于LDPE，LLDPE，HDPE等塑料原料。用于生产复合膜基材、液体膜、收缩膜、保护膜，电缆膜、高分子粘接膜、多功能工业包装膜等高品质塑料包装薄膜，能更好地满足高精度、高速度彩印、复合、涂覆制品的使用要求。
二、主要性能特点:
1.牵引水平式往复摆动旋转取代模头旋转，大大简化模头结构，避免了模头因旋转而引发的漏料、密封难、维护难等问题，克服了膜卷大小头、松紧边等质量问题，保证薄膜良好的平整度。
2.IBC膜泡内冷系统，改善了薄膜制品的透明度及内在品质，机组产量显著提高。
3.高精度的折径控制系统，通过控制风机速度调整气量，膜泡折径偏差小。
4.EPS光电纠编系统，自动纠编导向，保证薄膜收卷整齐。
5.高精度的模具及高效循环风冷却系统，保证薄膜良好的厚薄均匀度，产出效率高。
 
冷水机是制冷机器，又称冰水机、冷冻水机、制冷机等。能够循环制造高低温、恒温、恒压、恒流的循环冷冻水。蒸汽压缩冷水机组包括四个主要组成部分的蒸汽压缩式制冷循环（压缩机，蒸发器，冷凝器，循环泵），这些机器可以实现不同的制冷剂。压缩式制冷机利用冷媒作为制冷剂，以达到制冷效果很强的亲和力。冷水机工作原理如图所示。
 

　冷水机在工业应用，冷冻水或其它液体的冷却泵是通过流程或实验室设备。工业冷水机是用于控制产品，机制和工厂机械冷却的各行各业。它们通常用于塑料工业的注塑和吹塑成型，金属加工切削油，焊接设备，压铸 和机加工，化学加工，制药制定，食品和饮料加工，造纸，水泥加工，真空系统，X射线衍射，电力供应和发电站，分析设备，半导体，压缩空气和气体冷却。它们还用于冷却高热能，如核磁共振成像仪和激光专门的工程项目，并在医院，宾馆和校园。近年随着我国加入WTO,生产制造业进入了一个黄金时期，同时市场竞争激烈对产品质量的要求亦有较大程度的提高。很多的领域都可能会使用到冷水机，例如在生产过程中，由于机械、模具及工业反应不断产生热量，当温度超过物料之承受程度产品质量就不稳定。塑料容器在生产过程中如不能及时冷却定型,生产出来的容器将不饱满,壁厚不均，色泽不明亮，甚至无法成型, 造成产品品质较低。有很多塑胶制品厂，或是需要冷水机将机器用的循环水和循环油冷却的朋友，在购买工业冷水机的时候，往往不知道用什么类型的冷水机，才能达到自己要求的制冷效果，或是说不知道什么样的机器更适合自己的生产车间。那么现在，川本制冷机（http://www.chinazhilengji.com）告诉大家一些冷水机的选型方法。希望能对朋友们有些帮助。
一、冷水机的分类：
首先，我们要分清楚冷水机的类型：一般冷水机分为水冷和风冷两种。

 

风冷冷水机，内含有水箱和水泵，无需冷却塔散热。安装移动方便。但是对环境要求高，首先，因为它是以热风循环来制冷的，所以，如果安装车间的通风效果不好的话，会直接影响到冷水机的制冷效果。另外，如果您想把冷水机放在有湿度要求的无尘车间里的话，会在机顶产生大量水蒸气。
水冷冷水机，分为开放式冷水机，密封式(有的称为箱型冷水机)和螺杆式冷水机。水冷式冷水机，都要另外加装冷却塔和水泵，才能达到较好的冷却效果。开放式的冷水机，还要另外装一个水箱，密封式就不必了，因为他自身内置了水箱。开放式一般会安装在车间外，便于检修，但因其不够美观，所以就产生了密封式的水冷型冷水机。密封式的水冷冷水机是一个箱体结构，安装方便，使用方便，在美森制冷的客户群中比较受欢迎。但是如果您对制冷量的要求非常大的话，就建议您选用螺杆式的冷水机了，如果您对冷水机的压缩机要求达到100HP以上时，我们会建议您用螺杆式冷水机。
二、冷水机的配备：
1、压缩机；2、泵浦；3、电脑PC板，触摸式控制，安全方便；4、温控器：液晶显示温控电子板；5、膨胀阀、过滤器；6、内置外覆绝热材
料的304不锈钢水箱1个；7、电器
8、安全保护系统
压缩机延时起动保护        冰水泵过载及指示灯
压缩机过载保护            马达反转保护及指示灯
压缩机过载保护及指示灯    冷媒不足保护及指示灯
冷媒高压安全阀            散热不良保护及指示灯
故障警报蜂鸣器

三、冷水机对塑胶机械的作用：
1、冷水机应用于塑料加工机械成型模具冷却，能够大大提高塑料制品表面光洁度，减少塑料制品表面纹痕和内应力，使产品不缩水、不变形，便于塑料制品的脱模，加速产品定型，从而*地提高塑料成型机的生产效率；
2、冷水机应用于数控机床、坐标镗床、磨床、加工中心、组合机床以及各类精密机床主轴润滑和液压系统传动媒的冷却，能够精确地控制油温，有效地减少机床的热变形，提高机床的加工精度。
四、冷水机选型温馨提示：
1、标冷水机温差为5度，（20度降15度），假如一台CBE-3ALC的冷水机每小时的标准冷水机流量为0.5个立方。那么您在试用这台冷水机的时候
不能只看冷水机的流量，还要看您需要的温度是多少，假如您试用的温度是从58度降到7度，温差很大的话，那么就会减少每小时的冷冻水流量，从3.5个立方减到1个多立方。若您要是需要每小时3.5个立方的流量的冷水机，则要选择更大一些的机型。
2、在试用冷水机的时候，还要看您是直接冷却，还是间接冷却。直接冷却就是把水直接进冷水机，冻水出来直接进行您需要的产品里面冷却，直接冷却的效果明显要好。间接冷却就相当于把水放在盆子里，在盆子上面在放一个小盆子，小盆子里面放要冷却的产品，相对来说间接冷却的效果要差一些。所以，您在选型的时候，要考虑到这方面的。
3、一些用户使用水池进行冷却，有以下弊端：
l  水质较差，容易堵塞机器水道，造成更大的损失。
l  浪费水资源，提高用户成本。
l  天气过热的时候，水温达不到要求，影响产品品质和效率。
冷水机运用于各行业
塑料、塑胶行业用冷水机：塑料加工机械成型模具冷却，能够大大提高塑料制品表面光洁度，减少塑料制品表面纹痕和内应力，使产品不缩水、不变形，便于塑料制品的脱模，加速产品定型，从而*地提高塑料成型机的生产效率。
 
    挤出线材及抽粒行业用冷水机：很明显，水槽是个开放式的容器，所以，我们在选配冷水机时，要注意一点，冷水机的蒸发器，应选用壳管式，不可以选用盘管式的。其原因如下：盘管式冷水机的蒸发器，是一个开放式的水箱，当冷水机停止工作时，泵浦没有压力，水槽的水位一般高于冷水机，此时，水槽的水会回流到冷水机的水箱，造成冷水机的水箱溢水。壳管式则不同，其蒸发器是一个闭回路，不会有溢水的问题。
 
    控机床、座标镗床、磨床、加工中心、组合机床以及各类精密机床用冷水机：应用于数主轴润滑和液压系统传动媒的冷却，能够精确地控制油温，有效地减少机床的热变形，提高机床的加工精度。提高机械润滑的效率减少磨损及机械寿命。
 
    电子行业、超声波清洗行业用冷水机：冷水机冷却稳定电子元件内部在生产线上的分子结构,提高电子元件的合格率,能降低清洗剂温度，冷凝气态清洗剂，有效防止清洗剂的挥发。
 
    真空离子镀膜行业用冷水机：离化源在初始工作时需加热启动，运行时需冷却，冷却系统故障将会导致离化源损坏。冷却水必须用高压水泵至离化源内的冷却通道冷却离化源。
 
    电镀行业用电镀冷水机：电镀液冷却,使金属、非金属分子稳定.冷水机使金属分子随着稳定的电流快速贴附上镀件表面,增加镀件的密度和平滑,缩短电镀周期,提高质量,并可有效地回收各类昂贵的化学物质,工业制冷设备同理也适用于真空镀膜工业。
 
A.直接冷却：即镀液直接通过过滤机或是过滤网进入冷冻机的蒸发器进行降温再回到氧化槽。此冷却方式的优缺点：冷却时间短、效果好；缺点就是蒸发器需要做防腐处理（一般采用钛合金），蒸发器里容易结垢，需定期清洗，否则影响制冷效果和机器运行。B.间接冷却：氧化槽里铺置钛管，冷冻水通过钛管带走渡液热量达到降温目的；若铺钛管不便可添一换热器（需是钛合金制成）一边走冷冻水一边走镀液。
    食品工业用冷水机：冷水机用于各类食品加温后高速冷却,使之能适用入罐及装瓶要求,另外还有各类发酵食品需要不同的冷却温度以稳定发酵需要,提高发酵产品,保证发酵质量,同样也使用于制药业、化学工业制冷设备。
 
    研磨机行业用冷水机：三辊机在研磨过程，由于分子结构发生变化产生温度，温度过高影响原料的质量，生产效率，对设备磨损严重。运用冷水机循环冷却控制温度，可以大大提高生产量，减少设备的损坏。***重要的事保护员工安全。


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