一种锂电超薄隔膜的复合工艺及其装置的制作方法

本发明涉及锂电超薄隔膜的，特别涉及一种锂电超薄隔膜的复合工艺及其装置。

背景技术：

1、超薄锂电隔膜复合涂布设备是一款高精度的涂布复合设备，将有机陶瓷涂层浆料均匀、稳定、无缺陷地涂覆在高速运行3.5μm的超薄隔膜上，再通过控制膜面浆料湿度进行冷轧复合出7-9μm超薄隔膜。

2、锂离子电池隔膜是位于正极和负极之间的一层微孔膜，其核心作用是防止两极接触短路，同时允许锂离子自由通过。随着新能源汽车、高端消费电子等对电池能量密度和功率密度要求的不断提高，超薄化和高性能化成为隔膜发展的关键方向。单一的聚烯烃（pe/pp）隔膜在达到超薄（如<12μm，甚至7μm）时，其力学性能、热稳定性和安全性会显著下降。因此，复合工艺应运而生，通过将不同材料的优势结合，制备出兼具超薄、高强度、高耐热性和优异电解液浸润性的复合隔膜。

3、采用复合工艺的主要目的在于：

4、1.提升安全性，无机陶瓷涂层能有效抑制隔膜在高温下的收缩，无机涂层可作为热屏障防止热失控。

5、2.轻量化，轻薄的隔膜，为电池提供更高的能量密度。

6、3.绿色与可持续，水性无机涂布冷轧复合工艺，减少能耗和有机溶剂的使用。

7、现有隔膜复合工艺是通过将特定配方的功能浆料涂布在隔膜基材上，干燥形成功能涂层后，将功能多孔薄膜通过热压复合在功能涂层上，最后通过uv交联固化进行后处理，交联过程中热敏功能树脂和压敏功能树脂中的双键断裂，产生自由基，然后进行聚合反应，形成不溶不熔的固化网络结构，显著提高功能涂层的热稳定性和粘接力，有效提高了隔膜基材与功能涂层、功能涂层与功能多孔薄膜之间的粘结力，在通过增加功能涂层赋予隔膜优异的耐热性或粘接性能的同时，功能浆料中不含有可以干燥成膜的胶水，热敏功能树脂和压敏功能树脂均是颗粒状形态涂布在隔膜表面，颗粒之间存在大量的间隙，通过后续热压起到粘接复合作用。

8、但现有技术会存在以下问题：

9、1.热稳定性与安全存在固有缺陷，复合层会在热压时会软化变形、孔隙率下降、透气性变差，可能导致加速热失控。

10、2.热复合容易发生蠕变，会导致膜与膜之间结合不均，复合后膜整体结构不完整，使抗穿刺性能降低。

11、3.电化学稳定性与兼容性差。

12、4.热敏树脂对温度敏感，工艺控制复杂，良品率低。

13、5.热复合工艺难以将高比例陶瓷浆料牢固复合，功能单一，设计灵活性低。

14、6.不利于提供电池能量密度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂电超薄隔膜的复合工艺及其装置，以保持并优化孔隙与透气性，增强机械强度与抗穿刺能力，并且使得工艺简化与成本降低。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电超薄隔膜的复合工艺，包括以下步骤：s100，在隔膜基材的复合面上涂布陶瓷浆料，所述陶瓷浆料包括氧化铝100份、粘结剂10-14份、增稠剂0.8-1.6份、分散剂0.6-0.8份、以及调固含量为32%-40%的去离子水；s200，对涂布后的所述隔膜基材进行烘干除水，以去除所述陶瓷浆料40%-60%的水份；s300，采用冷压复合的形式，将功能多孔薄膜压合于所述隔膜基材的复合面上，以使两者压合为复合隔膜。

3、在其中一个实施例中，所述粘结剂为水性丙烯酸酯乳液；所述增稠剂为羧甲基纤维素钠（cmc-na）；所述分散剂为聚丙烯酸铵。

4、在其中一个实施例中，在s200中，对所述隔膜基材的烘干温度为50-60℃。

5、在其中一个实施例中，在s300中，对所述复合隔膜进行再次烘干后，再进行所述复合隔膜的收卷操作。

6、在其中一个实施例中，在s300中，冷压复合的复合压力控制在0.25-0.4bar。

7、在其中一个实施例中，在对所述隔膜基材、所述功能多孔薄膜、以及所述复合隔膜输送时，输送速率控制在80-130m/min。

8、为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种锂电超薄隔膜的复合装置，用于执行上述的复合工艺，包括第一放卷单元、第二放卷单元、涂布单元、除水烘箱、冷压复合单元、以及收卷单元；所述第一放卷单元用于输出隔膜基材送至所述涂布单元；所述涂布单元用于将陶瓷浆料涂布在所述隔膜基材的复合面；所述除水烘箱单元用于接收涂布后的所述隔膜基材、并对其进行烘干操作；所述第二放卷单元用于输出功能多孔薄膜至所述复合单元；所述冷压复合单元用于将所述隔膜基材、以及所述功能多孔薄膜冷压复合为复合隔膜。

9、在其中一个实施例中，所述冷压复合单元包括相互分离布置的复合钢棍和复合胶辊；所述复合钢棍用于与所述隔膜基材滚动抵接；所述复合胶辊用于与所述功能多孔薄膜滚动抵接；所述复合钢棍、以及所述复合胶辊两者用于压合形成所述复合隔膜。

10、在其中一个实施例中，所述复合钢棍与所述复合胶辊之间为可进行相向移动、或相离移动的结构。

11、在其中一个实施例中，所述冷压复合单元与所述收卷单元之间设有复烘箱，所述复烘箱用于对所述复合隔膜进行烘干操作。

12、本发明的有益效果如下：

13、1、通过半湿润态冷压复合工艺，陶瓷浆料中残余的水分和粘结剂在冷压过程中充当了原位粘合介质，既避免了热压工艺中因高温导致的涂层孔隙塌缩和透气性下降问题，又充分利用了陶瓷涂层自身的粘接特性实现两层薄膜的牢固复合，从而在保持隔膜良好孔隙率和透气性的同时，增强了复合隔膜的整体机械强度和抗穿刺能力，且冷压工艺无需加热能耗，降低了生产成本和工艺控制难度。

14、2、通过选用上述水性体系中的粘结剂、增稠剂和分散剂，所得陶瓷浆料以水为分散介质，不含nmp等有机溶剂，具有环境友好、成本低廉的优势；同时各组分协同作用使浆料具备良好的涂布流平性和储存稳定性，能够均匀涂覆于隔膜基材表面，为后续半湿润态冷压复合提供适宜的涂层状态。

15、3、通过将烘干温度设定为50-60℃，隔膜基材在烘干除水过程中受热温和，有效防止基材因过热而产生收缩、卷曲或厚度不均等问题，保障了涂布面的平整度和厚度一致性，有助于提升复合隔膜的成品尺寸精度和外观质量，同时较低的烘干温度也降低了热能消耗和设备的运行负荷。

16、4、通过在收卷前对复合隔膜进行再次烘干，有效消除膜面残留水分，防止收卷后因湿气残留导致的隔膜层间粘连、褶皱或局部粘合缺陷，从而保证复合隔膜收卷整齐、层间分离顺畅，有利于后续分切、储存和电池装配工序的顺利实施，并进一步提高产品的良品率和储存稳定性。

17、5、通过将冷压复合压力控制在0.25-0.4bar，在保证隔膜基材与功能多孔薄膜之间获得良好结合力的同时，避免因压力过高导致陶瓷涂层被过度压实而引发的孔隙率下降和透气性变差问题，从而在确保复合牢固性的前提下有效维持隔膜内部的多孔结构完整性，有利于保障锂离子在隔膜中的顺畅传导和电池性能的稳定发挥。

18、6、通过将输送速率控制在80-130m/min，实现了隔膜制备过程的高速化连续生产，在保持各工序工艺效果不受影响的前提下显著提升了单位时间内的产出效率，同时稳定的高速输送有助于减少膜面在运行过程中的张力波动和跑偏现象，保证了涂布厚度的均匀性和复合位置的对准精度，从而在提高生产效率的同时兼顾了产品品质的一致性。

19、7、通过上述装置的各单元协同配合，实现了隔膜基材涂布、除水、冷压复合及收卷的连续化自动生产，其中除水烘箱与冷压复合单元的顺序配合使陶瓷浆料在预烘干后仍保持适宜粘接的半湿润状态，为冷压复合提供了原位粘合介质条件，从而在无需热压加热的情况下即可实现两层薄膜的有效结合，简化了设备结构和温控投入，降低了生产能耗和设备制造成本。

20、8、通过采用复合钢棍与复合胶辊的配合结构，钢棍提供刚性支撑使隔膜基材在压合过程中保持平整稳定，胶辊则利用其弹性变形对功能多孔薄膜施加均匀柔和的压力，使两者在冷压条件下实现良好贴合，同时胶辊的弹性缓冲作用可有效避免因刚性挤压导致的膜面损伤或涂层破裂，保障了复合隔膜的界面结合质量和外观完整性。

21、9、通过设置复合钢棍与复合胶辊之间可相向或相离移动的结构，大幅简化了生产前的穿膜引带操作，降低了操作人员的作业难度和停机辅助时间；同时在生产过程中可根据工艺需求灵活调节两辊之间的压合间隙及复合压力，无需更换设备部件即可适应不同厚度规格的隔膜基材和功能多孔薄膜的复合要求，提高了设备对不同产品规格的兼容性和生产灵活性。

22、10、通过在冷压复合单元与收卷单元之间设置复烘箱，能够对刚刚完成冷压复合的复合隔膜实施及时、充分的二次烘干，确保复合隔膜在收卷前全面去除残余水分，从而避免因膜面残留水分导致收卷后膜层间发生粘连、局部粘接缺陷或膜面起皱等问题，保证收卷整齐度和分切流畅性，同时有利于隔膜内部结构的稳定固化，提升产品储存稳定性和后续使用的可靠性。