一种具有导热通道的复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池生产技术领域，具体的说是一种具有导热通道的复合隔膜及其制备方法；通过在复合隔膜的隔膜层中增加导热柱，且导热柱使用复合型绝缘导热高分子材料，通过导热柱形成的导热通道，可以极大地提升隔膜整体的导热系数，从而大幅提升电池法向的导热系数，对电池性能改善意义重大，同时该复合隔膜的制备方法中所使用的自动采样辊压机，通过电机带动第一转辊转动，以及通过伸缩气缸带动涂层旋转采样器上下运动，有效的实现了在极片进行辊压的同时，可以自动通过伸缩气缸带动涂层旋转采样器进行采样检测，生产效率可以大幅提升，且机械化的采样，避免了人工操作的影响，检测的精度和稳定性更高。

【技术实现步骤摘要】
一种具有导热通道的复合隔膜及其制备方法
本专利技术属于电池生产
，具体的说是一种具有导热通道的复合隔膜及其制备方法。
技术介绍
电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过，电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。根据CN110065210A锂离子电池用PP/PE/PP三层共挤隔膜的加工工艺，现有技术中，二次电池在充放电过程中会发生吸热和放热，主要体现为放热反应，如果充放电尤其是大电流充放电时，电池内部热传导差，导致内部温度过高，长期处于此类工作状态下，电池的电性能和安全性能会受到极大的影响，现有市面电池由于其内部隔膜的限制，法向导热性能较差，并且在极片进行辊压过程中，需要检测人员通过旋转式取样器进行采样，采样的精度以及效率较低，难以满足大批量快速生产的检测需求等问题。鉴于此，为了克服上述技术问题，本公司设计研发了一种具有导热通道的复合隔膜及其制备方法，通过特殊的复合隔膜结构以及使用特殊的自动采样辊压机，解决了上述技术问题。
技术实现思路
为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中，二次电池在充放电过程中会发生吸热和放热，主要体现为放热反应，如果充放电尤其是大电流充放电时，电池内部热传导差，导致内部温度过高，长期处于此类工作状态下，电池的电性能和安全性能会受到极大的影响，现有市面电池由于其内部隔膜的限制，法向导热性能较差，并且在对极片进行辊压过程中，同时需要检测人员通过旋转式取样器进行采样，采样的精度以及效率较低，难以满足大批量快速生产的检测需求等问题，本专利技术提出一种具有导热通道的复合隔膜及其制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术所述的一种具有导热通道的复合隔膜，所述复合隔膜所在的极片总成包括：正极、负极和隔膜层；所述隔膜层的数量为二，且上下方向堆叠设置；两个所述隔膜层之间位置固连有负极；上层位置的所述隔膜层的上表面固连有正极；所述隔膜层的表面均匀设有隔膜微孔，且隔膜微孔上下方向贯通结构设计；所述隔膜层的表面开设有均匀布置的导热孔，导热孔均位于其相邻的隔膜微孔之间位置，且上下贯通结构设计；所述导热孔的内部均固连有导热柱；所述导热柱为复合型绝缘导热高分子材料设计；所述隔膜层与隔膜层内部的导热柱共同组成复合隔膜；工作时，二次电池在充放电过程中会发生吸热和放热，主要体现为放热反应，尤其当充放电电流较大时，由于电池内部各部件之间是紧密装配的结构，所以电池内部的散热以材料之间的热传导为主，电池内部材料的导热系数决定了电池在各个方向上的散热能力，由于高温下内部电解液的气化、电解液与电极的反应，所以二次电池的工作温度一般不允许超过60度，因此充放电过程中电池的散热能力就显得成为重要了，如果充放电尤其是大电流充放电时，电池内部热传导差，导致内部温度过高，长期处于此类工作状态下，电池的电性能和安全性能会受到极大的影响；锂离子电池和钠离子电池内部各种材料的导热系数如下表：表1电池内不同组分的导热系数从表1可以看到，隔膜和电解液的导热系数是最差的，与极片中的铝箔、铜箔、正极材料、负极材料相比，相差一到两个数量级，而电池内部的装配结构为层状，因此会导致二次电池在厚度方向(法向)与平面方向(展向)的热传导系数有区大差异；表2电池不同方向的导热系数电池型号展向导热系数W/m.K(20度)法向导热系数W/m.K(20度)软包装50Ah15.250.43软包装70Ah14.080.457图9中，法向为电池的厚度方向，垂直于电池平面；展向为电池的平面方向；在叠片式的二次电池装置结构中，从剖面上看，如正极片为N层，则负极片为N+1层，隔膜一般为(N+1)*2层；因此在法向会有(N+1)*2层隔膜，在展向每侧仅有1层隔膜，隔膜是装配件中导热性能最差的材料，隔膜的导热制约了整个电池的导热能力，因此可以看到，表2中展向的导热系统是法向导热系数的30倍以上，展向导热好，但展向的导热面积极其有限，如果能够提升隔膜的导热系数，从而提升电池法向的导热系统，这样就可以极大地提升电池的导热能力，提升电池内部温度的均一性，降低电池充放电时内部的最高温度，提升电池的电性能和安全性能，也有利于电池的热管理；因此通过本专利技术提出一种具有导热通道的复合隔膜，通过在该复合隔膜的隔膜层中增加导热柱，且导热柱使用复合型绝缘导热高分子材料，复合型绝缘导热高分子主要是采用绝缘导热无机粒子如氮化硼、氮化硅和氧化铝等和不同聚合物基体复合而成，这类材料导热性好，同时绝缘性能也优异，导热高分子材料包括但不限定于以下材料的一种或几种：导热复合塑料、导热橡胶、导热硅胶等，通过导热柱形成的导热通道，可以极大地提升隔膜整体的导热系数，从而大幅提升电池法向的导热系数，对电池性能改善意义重大。一种具有导热通道的复合隔膜的制备方法；该制备方法适用于上述所述的一种具有导热通道的复合隔膜；该制备方法包括以下步骤：S1：将主体聚烯烃树脂与辅助添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，搅拌速度为1000-5000rpm，搅拌时间为20-30min，得到混合物；通过混料机对主体材料和辅助添加剂进行充分搅拌，使得得到的混合物各成分的均匀性更高，融合度较好；S2：将S1中得到的混合物加入到挤出机中，在温度为200-230℃的条件下；熔融塑化成均匀的熔体，将熔体从模头挤出得到铸片，随后进入流延工序，模头温度为180-230℃，流延温度为70-100℃，制备出厚度在8-40微米的中间体膜，将中间体膜进行双向微张力下退火处理，再进行纵向拉伸制得微孔结构的的隔膜；通过挤出机使得混合物能够均匀的成形挤出，得到片状结构物，再对片状结构物进行流延，使其厚度得到充分的压缩，得到微米级的中间体膜，再对中间体膜进行退火处理，得到的隔膜表面含有均匀布置的微孔；S3：将S2中的具有微孔结构的隔膜表面开设均匀布置的导热孔，然后向导热孔内均设置复合型绝缘导热高分子材料导热柱；通过在隔膜的表面设置均匀布置的导热柱，并选用复合型绝缘导热高分子材料进行设计，使得导热柱在隔膜中呈现类似于导热通道，能够通过导热通道快速的将热能在隔膜法向方向进行快速的传导，避免热量大量蓄积影响电池长期正常使用；S4：将极片的表面先进行涂覆处理，涂覆完成后进行辊压，进行辊压的同时通过自动采样辊压机进行同步采样，测试辊压后极片的延展率，将检测合格的极片进行分切，去除极片边缘延展率失真部位，并与复合隔膜尺寸进行匹配，然后对极片和复合薄膜进行热压合得到具有导热通道的复合隔膜极片总成；通过对极片进行辊压处理，使得极片由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有导热通道的复合隔膜，所述复合隔膜所在的极片总成包括：正极(11)、负极(12)和隔膜层(1)；其特征在于：所述隔膜层(1)的数量为二，且上下方向堆叠设置；两个所述隔膜层(1)之间位置固连有负极(12)；上层位置的所述隔膜层(1)的上表面固连有正极(11)；所述隔膜层(1)的表面均匀设有隔膜微孔(13)，且隔膜微孔(13)上下方向贯通结构设计；所述隔膜层(1)的表面开设有均匀布置的导热孔，导热孔均位于其相邻的隔膜微孔(13)之间位置，且上下贯通结构设计；所述导热孔的内部均固连有导热柱(14)；所述导热柱(14)为复合型绝缘导热高分子材料设计；所述隔膜层(1)与隔膜层(1)内部的导热柱(14)共同组成复合隔膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有导热通道的复合隔膜，所述复合隔膜所在的极片总成包括：正极(11)、负极(12)和隔膜层(1)；其特征在于：所述隔膜层(1)的数量为二，且上下方向堆叠设置；两个所述隔膜层(1)之间位置固连有负极(12)；上层位置的所述隔膜层(1)的上表面固连有正极(11)；所述隔膜层(1)的表面均匀设有隔膜微孔(13)，且隔膜微孔(13)上下方向贯通结构设计；所述隔膜层(1)的表面开设有均匀布置的导热孔，导热孔均位于其相邻的隔膜微孔(13)之间位置，且上下贯通结构设计；所述导热孔的内部均固连有导热柱(14)；所述导热柱(14)为复合型绝缘导热高分子材料设计；所述隔膜层(1)与隔膜层(1)内部的导热柱(14)共同组成复合隔膜。


2.一种具有导热通道的复合隔膜的制备方法；该制备方法适用于权利要求1中所述的一种具有导热通道的复合隔膜；其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
S1：将主体聚烯烃树脂与辅助添加剂通过搅拌混料机搅拌均匀，搅拌速度为1000-5000rpm，搅拌时间为20-30min，得到混合物；
S2：将S1中得到的混合物加入到挤出机中，在温度为200-230℃的条件下；熔融塑化成均匀的熔体，将熔体从模头挤出得到铸片，随后进入流延工序，模头温度为180-230℃，流延温度为70-100℃，制备出厚度在8-40微米的中间体膜，将中间体膜进行双向微张力下退火处理，再进行纵向拉伸制得微孔结构的的隔膜；
S3：将S2中的具有微孔结构的隔膜表面开设均匀布置的导热孔，然后向导热孔内均设置复合型绝缘导热高分子材料导热柱(14)；
S4：将极片(33)的表面先进行涂覆处理，涂覆完成后进行辊压，进行辊压的同时通过自动采样辊压机进行同步采样，测试辊压后极片(33)的延展率，将检测合格的极片(33)进行分切，去除极片(33)边缘延展率失真部位，并与复合隔膜尺寸进行匹配，然后对极片(33)和复合薄膜进行热压合得到具有导热通道的复合隔膜极片总成；
其中S4中所使用的自动采样辊压机，包括壳体(2)、电机(3)和伸缩气缸(4)；所述壳体(2)为长方体结构设计；所述壳体(2)的表面开设有左右贯通的传动孔；所述壳体(2)的前端面靠近于壳体(2)的左右两个端面之间位置固连有电机(3)；所述壳体(2)的前后侧壁于电机(3)位置共同转动连...

【专利技术属性】
技术研发人员：严崇，张曼华，钟思民，
申请(专利权)人：马鞍山绿色兄弟科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34