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利用浸渍处理机对隔膜进行改性

作者:未知

  摘要:文章着重阐述了利用浸渍处理机对隔膜进行改性的技术,以及浸溃处理机的张力控制、烘干、纠偏控制以及消除静电等环节。
  关键词:浸溃处理;张力控制;烘干;纠偏;消除静电
  中图分类号:TM912 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2011)24-0173-01
  作为锂离子电池的重要组成部分,锂离子电池对隔膜的基本要求是电子绝缘离子导通,即阻止电子直接通过,但是锂离子可以自由通过。隔膜性能的优劣直接决定了锂离子电池的界面结构和内阻,从而对提高电池的综合性能起到重要作用。
  目前市场化的聚烯烃微孔膜,包括PP、PE等微孔膜,应用在锂离子动力电池方面,都还存在比较大的缺陷,主要表现在吸液保液性能差、耐温性差和热收缩率大等方面,针对这些问题,我们采用了以单向拉伸PP微孔膜为基体、辅以浸渍处理的方式予以改性,具体实施的工艺流程为:放卷一浸渍处理一区一烘干一区一浸渍处理二区一烘干二区一纠偏一收卷,以下对此进行分项阐述。
  1 浸渍处理机的收放卷装置及控制系统
  通常情况下,隔膜的收放卷装置由收放卷、张力检测、隔膜展平、隔膜跟紧以及隔膜的自动换卷等系统组成,考虑到浸渍处理的速度受到烘干时间的限制,我们的浸渍处理机设计浸渍速度为不超过10 m/min,在此工作速度下,人工换卷完全能够满足换卷要求,因此本设备未设计自动换卷装置。
  根据膜的特性,放卷部分可采用被动放卷,也可采用主动放卷,本设备放卷选用被动放卷,放卷轴采用气胀轴,通过磁粉制动器提供放卷张力。
  隔膜的展平通过展平辊来实现。通过使隔膜展平,可消除隔膜在拉伸应力作用下产生的一些纵向皱纹。
  通常情况下,在收卷卷芯的前面,装有一个可以改变位置的跟紧辊,其主要作用是将隔膜压靠在收卷卷芯上,通过实行接触收卷或小间隙收卷,可将平整的隔膜迅速地转到卷芯上,以实现平整收卷的目的。同时,借助跟紧辊对母卷施加一定的压力,还可以及时排除收卷时膜层间的空气,使母卷不变松。
  收卷辊由收卷电机驱动,收卷速度的控制系统与放卷的驱动系统实现连锁,同时受张力控制器的反馈控制。
  鉴于隔膜收卷的质量主要受隔膜收卷张力的影响,因此收卷辊的控制系统是关键所在。收卷控制主要包括速度控制和张力控制两部分。
  为了牵引隔膜并将其卷到卷芯上,必须给隔膜施加一定的牵引力,其中张紧隔膜的力即为张力。隔膜的收卷质量会受到许多因素的影响,但是,最能直接影响隔膜收卷质量的还是收卷张力的设定。张力过大,收卷过紧,隔膜容易产生皱纹;张力不足,隔膜容易在卷芯芯轴上产生轴向滑移和严重的错位。
  为精确控制隔膜的张力,隔膜的张力检测通常由张力检测辊来实现,或者采用浮动压辊的形式来进行张力检测。采用浮动压辊的检测方式,膜卷在正常浸渍处理的过程中,浮动压辊的位置基本是不变的,一旦张力发生改变,浮动压辊的位置也会随之发生改变,同时将信号发送给PLC单元,PLC处理后再反馈给磁粉制动器,通过调节磁粉制动器的输出转矩,实现张力的调节过程。
  在膜卷的正常收卷过程中,除进行必要的张力控制外,还要综合考虑隔膜收卷时的张力衰减因素,一般情况下,从牵引装置送出的隔膜速度是恒定不变的,随着膜卷直径的增大,如果收卷辊的转速仍然维持不变,则膜卷外侧的收卷线速度也会随之增大,这种情况下,必然会引起收卷张力随膜卷直径增大而递增,此时不仅会造成膜卷的内松外紧,外层隔膜把内层隔膜压皱,而且分切时也会增加复卷难度,影响分切质量。为解决这个问题,一般采用PLC控制系统,对张力进行逐步衰减控制,具体解决办法为随着母卷直径的变化,按一定的规律将隔膜的张力自动进行衰减。通常不同直径下的张力衰减值,在收卷之前要预先输入计算机内,在生产过程中,操作人员再根据隔膜收卷情况随时进行调节。
  另外一种情况,当隔膜换卷时,卷径就会产生突然变化,此时,收卷辊的转速、各系统的转动惯量都随之发生大的变化,从而导致张力突变,以致经常出现换卷断膜现象。因此,在隔膜的张力控制系统内,必须设有张力补偿装置,用以实现软起动、软停止,防止收卷的隔膜产生皱纹。
  2 浸渍处理和烘干系统
  出于改善隔膜的吸液保湿性能和降低隔膜的热收缩量等两个角度考虑,隔膜的浸渍处理分为两个步骤进行,即分别进行两次浸渍处理和两次烘干。
  对于隔膜的浸渍处理,以小型立式浸渍处理机为例,加注一次浸渍液仅能保证连续生产不足二十四小时,并且浸渍工艺对设备连续运行的要求也不高,所以未考虑两次加液间隔期间,浸渍液是否会出现沉淀等问题,故该设备选型未设置浸渍液的自循环系统。
  根据浸渍处理工序的需要,浸渍液料槽设计了两个工位,即浸渍处理工位和浸渍液添加工位,辅以相应的气缸驱动系统,这两个工位之间的转换通过气缸的驱动来实现。
  对于隔膜的浸渍处理,其烘干过程和浸渍处理过程各自独立,又相互联系。简单来说,浸渍液涂层的性质会影响到烘干工艺的设计和操作,浸渍处理的速度和涂层的厚度等会影响到烘干区的长度,并且,在烘干过程中还会伴随着浸渍液涂层的流平现象,因此,隔膜浸渍处理机必须均衡设置最佳的浸渍处理和烘干工艺,才能最终保证达到隔膜浸渍处理机的综合技术性能。
  综合各种烘干方式的特性,结合浸渍液中的有机溶剂需要回收,以及设备的总体布局等因素,小型立式浸渍处理机选用了电阻丝加热的热风对流烘干的烘干方式。
  3 纠偏系统
  在隔膜的收放卷过程中,经常会遇到膜卷跑偏的问题。对塑料膜卷的卷取进行纠偏,一般是使用光电传感器检测到膜卷的边缘或线的位置,读出膜卷的实际位置与设定基准位置间的偏移量,然后将该偏移量传递给光电纠偏控制器进行逻辑运算后,再向机械执行机构发出控制信号,驱动机械执行机构,修正物料运行时的蛇形偏差,以将处于偏差位置的膜卷纠正到正确的位置,保证膜卷直线运动。
  纠偏系统有两种控制方式,分别是CPC(对中控制方式)和EPC(寻边控制方式),前者是膜卷运行轴线与生产线轴线对中,后者是使膜卷在卷取过程中边部对齐。通常情况下,对于塑料膜卷的要求主要是边缘整齐,因此采用EPC控制方式即可;而对于刚性的膜卷,由于要考虑到其横向跑偏可能会刮坏设备,则需要考虑采用CPC控制方式,综合以上情况,本次选型,我们采用了EPC(寻边控制方式)。
  4 消除静电系统
  在隔膜的生产和应用中,摩擦、撞击甚至膜卷的张力变化都有可能引起静电,如不及时予以消除,一方面,会导致隔膜起皱,直接影响膜卷收卷质量,另一方面,容易在隔膜表面吸附异物,从而降低电池性能。
  消除隔膜生产和应用过程中产生的静电,从物理的角度讲,可以通过加装静电消除器的方式来实现,常用的静电消除器包括无源式和有源式两大类,其中的有源式又可细分为高压电源式、离子风式、放射源式等几种,无源式则是通过安装防静电毛刷来实现静电的消除,按照毛刷的柔软性可分为硬毛和软毛两种。在隔膜生产和应用行业,硬毛刷由于不能直接接触隔膜表面,消除静电效果不如软毛刷好,目前已较少使用,有源式静电消除器方面,由于都需要另加电源,并且其中的高压电源式和放射源式要顾及到安全因素,目前也应用不多,因此,实际应用于隔膜静电消除的,一般都选用离子风式静电消除器和软毛刷式静电消除器。
  综合比较各种静电消除器的静电消除效果,采用软毛刷式静电消除器的效果肯定要优于离子风式静电消除器,但是对于小型立式浸渍处理机来讲,采用软毛刷式静电消除器成本较高,故本次选用离子风式静电消除器来消除隔膜表面的静电。
  5 结语
  利用浸渍处理机对隔膜进行改性处理,从结果来看,效果是比较显著的,虽然本台浸渍处理机的工作效率还不太高,但通过较长时间的生产试验,我们已经发现了许多设计方面的缺陷,在对之进行后续改进之后,相信浸渍处理机的处理效率一定会越来越适合大规模的工业化生产。
论文来源:《企业技术开发·下半月》 2011年第12期
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