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独家干货│锂离子电池隔膜模头技术分享!

特斯拉改写了我们对传统汽车的认知,其核心技术锂离子电池也成为市场和技术的焦点,尤其对电池的稳定、持久、耐用提出更高要求。


独家干货│锂离子电池隔膜模头技术分享!


隔离膜是锂离子电池组装的关键,起到分隔正极和负极,避免电池短路的作用。原材料分为聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),前者主要用于三元锂电池,后者多用于磷酸铁锂电池,隔膜品质直接决定了电池安全、能量密度、充放电倍率以及循环寿命等指标。


国产替代的重任

就是这张细如发丝的薄膜技术,十多年前只能依赖进口欧洲和日本的设备,不仅制造周期长、费用高,而且后续的服务不能满足客户需求,而国内只有一两家企业掌握欧洲的技术,完全是属于卡脖子的核心技术。

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目前中国虽然是全球最大的电池隔膜市场,但高端的核心技术还是受制于人,尤其是一些向欧洲求购的设备及生产线订单已经排到了四年以后。自去年开始,因国内隔膜市场及客户生产的要求,精诚被委以重任,扛起高端双向拉伸模头国产替代的重任。


模头影响隔膜品质

电池隔膜主要有湿法和干法两种工艺,湿法由平模头挤出浸渍过油或蜡的聚烯烃,然后进行横向和纵向的拉伸;干法包括干法单向拉伸和干法双向拉伸。


相较而言,干法工艺更简单、成本低、耐高温安全性好,但更厚重,会拉低电池能量密度,所以更契合磷酸铁锂电池;湿法工艺较复杂、成本高、耐热性稍差,但产品轻薄,能提升能量密度,因此主要用于三元锂电池。


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无论是干法还是湿法,挤出平模头及生产工艺的稳定性,对隔膜的厚薄均匀性,阻隔性及物理性能等起到关键作用。隔膜在生产过程中出现的针眼、凝胶、碳化聚合物等产品的不良率,可能跟工艺的稳定性及模头加工的细节有关。


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例如模头的表面粗糙度、定型段直线度、模唇尖角大小等,以及表面是否有龟裂、缺口、毛刺等缺陷也会产生关键影响。文中精诚核心团队,将从模头的流道设计、表面处理、模唇R角等一些微细节的处理,与您探讨相关技术。


流道分析与设计

案例一(干法


1430mmPP三层模内共挤电池隔膜自动模头

1. 原料流变数据

此案例两种料是不同熔指不同工艺温度的PP

样品名称:

面层-PP电池隔膜-MI2.0—工艺温度210-220-230℃

芯层-PP电池隔膜-MI0.63—工艺温度225-235-245℃

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剪切速率和剪切粘度的关系曲线


2. 流道仿真模拟分析

模头参数:

宽幅1430mm,模唇开口0.5-2.5mm,基准开口1.5mm

总产量280kg/h,各层比例25%-50%-25%;


表层-PP-MI2.0-220℃-70kg/h, 

芯层-PP-MI0.63-235℃-140kg/h,

底层-PP-MI2.0-220℃-70kg/h



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  模腔压力分布

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模腔温度分布

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案例二(湿法)

650mmPE+白油三层模内共挤电池隔膜自动模头 

1. 原料流变数据

此案例两种料是相同工艺温度不同分子量的PE+白油

样品名称:

面层-PE+白油-A—工艺温度200-210-220-230℃

芯层-PE+白油-B—工艺温度200-210-220-230℃

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剪切速率和剪切粘度的关系曲线

2. 流道仿真模拟分析

模头参数:


宽幅650mm,模唇开口1-2.5mm,基准开口1.8mm

总产量300kg/h,各层比例10%-80%-10%

表层-PE+白油-A-210℃-30kg/h

芯层-PE+白油-B-210℃-240kg/h

底层-PE+白油-A-210℃-30kg/h




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模腔压力分布

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模腔温度分布


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钢材及表面处理


选择优质合金钢 1.2714,因其具备良好的韧性、抗热性能良好,以及良好的抛光性能,适合于表面处理。

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该项目是星源材质的重要订单,对模唇尖角要求很高,R角要做到R0.01mm以下,传统电镀工艺R角最高做到R0.03mm。为解决工艺难点,精诚经过不懈的努力,终于研发出了激光硬化和电镀无缝拼接的技术,实现了模唇整个定型段的表面硬化和高精度尖角。

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模唇碳化钨处理加工技术:流道面正常镀铬,镀层厚度通常0.1—0.15MM;对模唇定型段区域进行磨屑加工;在磨屑加工区域进行碳化钨喷涂;对模唇喷涂区域进行高精密磨屑加工。具备三大优点①表面硬度非常高HV1100—1300;②模唇尖角R0.01mm ;③表面摩擦系数非常小,不易粘料。


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针对电池隔膜模头,模唇尖角一般都在R0.01-R0.03mm范围内,最高R0.01mm,因为尖角越尖越不容易形成线条,熔体表面的析出物不容易积垢在尖角上而造成的碳化物引起的制品表面的线条。但不同聚合物,它的析出物不同,数量不同,对温度的敏感度不同,所以对于不同物料,我们通常结合实际情况给出一个合理的模腔粗糙度,而并不是所有的聚合物它的流道粗糙度都是越细越好。

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无论设计还是精密加工,精诚一直对标的是国际一线的技术,并与客户实时互动,不断持续优化。未来几年市场对锂离子电池的需求会很强劲,我们的工程师将继续探索,以更好的技术提高隔膜的产能和品质。
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让工业回归美学

以最本真的产品和服务

持续输出善良和诚意

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原文始发于微信公众号(精诚时代集团):独家干货│锂离子电池隔膜模头技术分享!

动力电池产业链非常长,从无机非金属材料到金属氧化物,到高分子材料,都有相关。为了让加强艾邦粉丝在新能源电池,特别是与电池相关材料的交流,特建立动力电池微信群,欢迎产业链上下游的朋友加入 中国电池技术展览会,杜邦、赢创、索尔维、阿科玛齐亮相 欢迎关注艾邦锂电产业微信公众号;锂电池产业链交流、资讯、人脉圈。从正负极材料生产到涂布,隔膜、电解液、封装材料到检测组装等这些环节涉及的材料、辅材、添加剂、耗材,以及相关设备,相关企业介绍。

作者 ab