塑料挤出双向同步拉伸电池膜机组研发

孙凤萍，鲁敬

（大连橡胶塑料机械股份有限公司，辽宁 大连 116039）

塑料挤出双向同步拉伸电池膜机组研发

孙凤萍，鲁敬

（大连橡胶塑料机械股份有限公司，辽宁 大连 116039）

目前国内生产电池膜的设备多为干法工艺，大连橡胶塑料机械股份有限公司研制成功湿法工艺生产电池膜的设备，具有结构先进、性能可靠等优点，主要技术指标达到国外进口先进设备水平。同步拉伸机是设备的关键部位，其中的夹子装置和热风循环系统更是重中之重。

电池膜；锂电池；同步拉伸机；热风循环系统；湿法工艺

电池膜是锂电池关键的内层组件之一。电池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、循环性能以及安全性能等特性，是锂电材料中技术壁垒最高的一种高附加值材料。电池膜已广泛应用于军事和民用小型电器中，如手机、便携式计算机、摄像机、照相机等。目前随着电动汽车用大容量锂电池的开发及风电行业储能锂电池的应用，电池膜的市场需求将大幅增加。由于我国的电池膜生产起步晚，加上发达国家的技术封锁，目前我国的电池膜80%依赖进口。国内少数生产厂家生产的电池膜只能用于低端市场，主要表现为工艺落后、精度低、生产效率低，产品稳定性差等。

目前国内生产聚烯烃隔膜的生产工艺可分为干法和湿法两大类。干法的设备已基本实现了国产化，但由于工艺还不够成熟，制品的微孔尺寸、分布均匀性、稳定性等指标差造成合格率不高，主要用于中低端产品。而采用湿法工艺生产的隔膜成品率高，厚度均匀、孔隙率高、收缩率低，一般用于高端市场。受国外专利保护方面的制约及国外对中国高新技术封锁，国内真正进口的电池隔膜生产设备很少，有些企业的湿法电池膜设备是利用其它拉伸膜进口设备改造而成的。

大连橡胶塑料机械股份有限公司自行研制的双向同步拉伸电池膜机组是采用湿法工艺生产锂电池隔膜的设备。具有结构先进、运行平稳、性能可靠、电气控制自动化水平高等多方面优点。主要技术指标达到国外进口先进设备水平。该机组的主要创新点是采用横、纵双向同步拉伸的方法对薄膜进行拉伸，利用萃取装置将拉伸后的膜形成微孔，再利用横向拉伸干燥机对形成微孔的薄膜进行干燥定型制得电池膜。设备价格远低于同类进口设备，填补了国内空白。

1 工艺流程

PE和石脑油经混料系统混合，由送液泵定量加入到双螺杆挤出机，物料经挤出机塑化后输送到模头挤出膜片，膜片经过冷却定型后，牵引至同步拉伸机，经同步拉伸机双向拉伸成宽、薄的膜，拉伸后的膜经萃取装置进行置换反应形成微孔，成孔后的膜经过横向拉伸干燥机干燥定型，最后送到卷取机卷取（见图1）。

图1 塑料挤出同步拉伸电池膜流程图

2 主要性能及结构介绍

近几年，大连橡胶塑料机械股份有限公司先后开发研制了膜宽1.2 m、2.4 m及3 m三种规格的机组。各机组均已进入正式生产阶段，生产的电池隔膜在厚度偏差、孔隙率、拉伸强度、收缩率等各项指标均能达到国际先进水平，运行平稳，性能可靠。

2.1 挤出机

挤出机的作用是将搅拌后的液态物料进行充分混合、混炼、塑化并输送到机组下一部件。本机组挤出机采用同向双螺杆挤出机，双螺杆挤出机主要由主电机、力矩限制器、减速器、机筒、螺杆、机筒冷却装置等组成。螺杆采用组合式，由多种螺旋元件组成。螺杆元件与螺杆芯轴采用高精度渐开线花键配合确保螺旋元件的互换性。专门针对电池膜独特配方设计的螺杆结构及超大长径比设计，保证物料在挤出机中充分的混合塑化及低温挤出。主电机与减速器之间安装备有力矩限制器，当负载超过力矩设定值时，联轴器会自动脱开，起到保护螺杆的作用。

2.2 膜片成型装置

膜片成型装置的作用是将从模头挤出为熔融物料快速冷却并定型成厚度均匀的膜片。由定型装置、冷却装置、牵引装置、升降移动装置等组成。为了保证膜片的均匀性，膜片成型装置采用多辊双面冷却的形式。定型辊表面粗糙度达到Ra0.2 μm，辊筒控温精度±0.5 ℃；定型辊两端采用高精度轴承，保证辊筒运转的平稳性。

2.3 同步拉伸机

同步拉伸机是本机组的关键部分，它的作用是实现膜片的双向同步拉伸。

传动装置由一个电机直联减速器通过传动轴带动两端角减速器，由角减速器出轴将动力传到入口和出口两侧，再经过同步带轮带动入口减速器和出口减速器。为了满足入口和出口的调幅要求，入口和出口减速器的输入轴采用滚珠花键。传动装置原理见图2。

图2 同步拉伸机传动装置原理图

在传动侧和操作侧各有两套手动盘车装置。盘车装置的作用是手动调整夹子位置及各部间隙。当设备最初安装及出现异常安全销断裂时，能单独驱动一侧的减速器将夹子位置调整正确。在每个入口和出口链轮上都安装有安全装置，当负载超过安全销的承载能力时，安全销剪断，起到保护夹子的作用。

夹子装置是同步拉伸机的关键部件，夹子装置的质量可以直接影响电池隔膜的性能。夹子装置为子母结构，一套夹子装置由一个大夹子和一个小夹子组成（见图3）。通过夹子并拢和打开实现对薄膜4.5倍的纵向拉伸。夹子支架和夹子体采用精密铸造合金钢。由于夹子纵拉比大，结构紧凑，各零件都非常小巧精致，加工难度大。为保证夹子的互换性，在加工过程中利用特制工装保证加工尺寸的一致性。

热风循环系统是同步拉伸机的一个非常重要的组成部分。保温房内控温精度及风速均匀性对膜品的质量有很大的影响。热风循环系统由热风循环装置、保温房等组成。 热风循环装置由循环风机、进风管、静压箱等组成。静压箱的内部结构决定风速的均匀性及控温精度，静压箱采用特殊结构，可使风速控制精度达到30±1 m/s。

图3 夹子装置三维图

2.4 萃取装置

萃取装置的作用是使经过拉伸后的薄膜在萃取液中停留一定的时间，通过萃取液将薄膜中的溶剂萃取出来，在薄膜内部形成微孔。

由于萃取液一般都有很大的挥发性，有的还属于易燃易爆物质。所以萃取装置一般要进行防爆设计，在萃取槽膜的入口和出口都设有水封装置，萃取槽顶部加盖密封，防止萃取液挥发。为了保证所有辊筒转动同步及防止辊筒转动对薄膜有拉伸，上、下排所有辊筒全部一个电机通过伞齿轮减速器带动。

2.5 横向拉伸干燥机

横向拉伸干燥机的作用是对经过萃取的薄膜进行干燥定型，同时将附着在薄膜表面的萃取剂排入回收装置。

横向拉伸干燥机入口处设有气液纠偏装置，膜片跑偏介质为气体，当薄膜跑偏或幅宽发生变化时，通过纠偏检出传感器上小孔的气体流通量将发生变化，此信号通过伺服阀打开与气体流通量变化对应的液压通路，在液压缸的驱动下，入口轨道及夹子作相应移动，达到纠偏效果。

导轨为铸造件，夹子滑动的轨道槽内装有非金属材料的自润滑耐磨条，具有良好的吸音和减磨性能。在导轨的入口，左右两侧各有一套链条涨紧装置，为了防止工作时轨道受热膨胀链条变松，涨紧装置具有热膨胀自动补偿功能。

横向拉伸干燥机链夹为单柄滑动式。夹体与夹柄为合金钢精密铸造，经过热处理及精加工，表面镀镍。 要求每个夹子尺寸一致，达到完全互换，夹子组立后上、下夹口啮合率可达到95%以上。

2.6 收卷机

由于电池隔膜具有特殊的微孔结构，要保证在收卷过程中，卷取平整并不对薄膜造成拉伸，就必须使薄膜在收卷过程中保持恒定的10～40 N的微小张力。为满足这一要求，收卷机中所有牵引辊及过辊全部同步带传动。为减小各辊的惯性和阻力，所有辊筒采用碳纤维或铝合金材质。

薄膜张力采用浮辊张力调节装置来设定，浮辊自身的重量被平衡辊抵消掉，浮辊对薄膜的张力只通过低摩擦气缸来给定，通过比例阀调节低摩擦气缸的气压来设定薄膜的张力，使薄膜在恒定的张力下卷取。

3 结束语

目前国内外生产的隔膜大部分用于计算机、通信及消费类电子产品锂电池的生产。随着新能源电动汽车的发展，未来锂电池隔膜将大量用于电动汽车锂电池的生产，市场前景非常方阔。当然，汽车动力电池在大容量、充放电速度、安全性等各方面有更高度要求。为此国内外各隔膜生产企业及相关科研院所都在积极开发新配方、新工艺。总之，与生产工艺相匹配、高精度、高可靠性及稳定性的设备是生产高质量锂电池隔膜的关键。

（XS-05）

Elastocon开发出新型硬质热塑性弹性体

新近，美国Elastocon热塑性弹性体技术有限公司开发出一种新型硬质热塑性弹性体，非常适合用来制备汽车装饰环或有柔软橡胶手感的塑料组件，可卡扣五金家电配件。其中Elastocon 9050的邵氏D硬度为50，用在橡胶触搭扣配合部件或起机械锁作用组件中，具有优良的耐用性和好的光洁度。天然色9050X和黑色9050BX为容易上色的和低摩擦系数热塑性弹性体牌号产品，可防御灰尘，制品表面有不黏特性，有除尘的作用。在室温及寒冷低温下具有较好的耐冲击性能。在需要阻燃时，可调整定制，使其阻燃级别达到UVL-0级。

燕丰供稿

Research of plastic extruding two-way synchronization stretch cell fi lm unit

Research of plastic extruding two-way synchronization stretch cell fi lm unit

Sun Fengping, Lu Jing
(Dalian Rubber & Plastic Machinery Co., Ltd., Dalian, 116039, Liaoning, China)

At present, most of the domestic production equipment of cell fi lm uses dry process. Dalian Rubber & Plastic Machinery Co., Ltd. successfully develops wet process equipment of cell fi lm, which has advanced structure and reliable performance, and the main technical indicators have reached the level of imported advanced equipment. Simultaneous stretching machine is a key part of the unit, in which the clip device and hot air circulation system are top priorities.

cell film; lithium cell; simultaneous stretching machine; hot air circulation system; wet process

TQ320.663

1009-797X（2015）06-0035-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.06.005

孙风萍（1970-），1993年毕业于青岛科技大学高分子材料加工机械专业。现从事塑料机械设计工作。已发表过论文1篇。

2014-08-14