CN102593414B - 一种电池极片冷压辊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，特指一种使用寿命长的电池极片冷压辊，其包括辊基和套设固定于辊基外部的辊套，所述辊套的长度大于等于所述辊基的长度，所述辊基为金属材料制成，所述辊套为有机高分子材料制成，所述辊套的肖氏硬度为60°～150°。相对于现有技术，本发明通过韧性较强的辊套的作用，可使冷压过程中冷压辊辊基得到缓冲保护，避免了现有技术中冷压辊表面的硬磨损，达到保护冷压辊的效果，延长冷压辊的使用寿命；同时由于辊套可更换使用，能够降低生产成本，提高生产效率，此外，由于辊套为高分子材料，具有一定的弹性，还可以起到辅助传动极片的作用。

Description

一种电池极片冷压辊
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特指一种使用寿命长的电池极片冷压辊。
背景技术
随着现代社会的不断发展，移动设备如智能手机，笔记本电脑，摄像机以及EV(电动汽车)等将得到越来越广泛的应用，从而形成了对高能量密度的锂离子电池的大量需求。电极极片作为锂离子电池的重要组成部分，其极片微结构对于锂离子电池的性能有非常重要的影响。电极极片在经过涂布、烘干后需要通过压实工艺来改善颗粒之间的物理接触，达到减小颗粒间的电阻并降低极片体积的目的，最终改善电池的性能并提高电池的能量密度。
为了保证电池性能的一致性，对冷压工艺的要求较高，一般要求电池极片经冷压工艺后，其厚度波动范围在微米量级。如果冷压工艺后电极极片的厚度波动范围较大，会造成锂离子电池结构的局部内阻过大，导致使用过程中的不均匀充放电，使得锂离子电池性能不稳定，甚至发生局部析锂等严重情况，容易诱发安全事故。
现有技术中采用的压实方案是对电池极片用冷压辊进行冷压工艺处理，其示意图如图1所示，通过上冷压辊1和下冷压辊3对极片2施加一定的压力，并且调整上下冷压辊之间的间隙可控制冷压的压实密度。现有技术中的冷压辊在使用过程中，会产生一定程度的磨损，其磨损状态示意图如图2所示，磨损后的冷压辊4上会出现磨损伤痕5，如再继续使用，会使冷压出的极片厚度不均匀，导致在分条后无法使用，产生大量的边角料，造成浪费。所以必须停工、进行定期的修复，然而，这个修复过程很漫长且成本较高，严重影响生产。
为改善冷压辊的磨损情况，现有文献中提出了增强冷压辊硬度(CN102180799A)和采用优化极片涂布结构(CN1914750A)等专利方法，以期延长冷压辊的使用寿命。然而，现有技术中的冷压辊材质已经很硬，但冷压LiCo等材料时还会出现磨损现象，想要在冷压辊材质上获得突破十分困难。对于固定的电池形状，极片结构已经固定，如改变极片涂布结构，势必会造成不能连续生产或造成极片边角料的增多、产生浪费。
有鉴于此，确有必要提供一种具有长使用寿命的电池极片冷压辊，以避免现有技术中冷压辊表面的硬磨损，降低成本并且提高生产效率。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种具有长使用寿命的电池极片冷压辊，以避免现有技术中冷压辊表面的硬磨损，降低成本并且提高生产效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电池极片冷压辊，其包括辊基和套设固定于辊基外部的辊套，所述辊套的长度大于等于所述辊基的长度，所述辊基为金属材料制成，所述辊套为有机高分子材料制成，所述辊套的肖氏硬度为60°～150°，采用该电池极片冷压辊，可使冷压过程中冷压辊得到缓冲，并且辊套可更换使用，避免了现有技术中冷压辊表面的硬磨损，达到保护冷压辊的效果。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊基为含有C、Fe、X的合金钢材料，其中，X为Mn、Ni、Cr、W、Si、Mo、Ti、V、B、Nb、Pb、稀土元素中的一种或几种。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊套为橡胶材料或橡塑复合材料制成。通过外部韧性较强的辊套，可以对内部的辊基进行缓冲保护。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊基和所述辊套通过金属复合胶合为一体，以免在使用过程中辊套与辊基脱离或者错位。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊套和所述辊基采用过盈配合的方式装配，以保证能最大限度应用压辊的有效宽度。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊套和所述辊基过盈配合部分的长度为0～50mm，过盈配合部分太长，会浪费有效空间。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊套的厚度为5～100mm，压辊厚度太薄，起不到缓冲的作用，压辊厚度太厚，又会影响冷压效果。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊套的表面粗糙度小于Rz1.6，辊套的表面要尽量光滑，使冷压后的极片更加平整。
作为本发明电池极片冷压辊的一种改进，所述辊套为通过热熔方式得到的橡胶套管或橡塑复合套管，此类高分子材料具有韧性，同时又能有较高硬度。
相对于现有技术，本发明主要有以下几方面的优势：
第一，通过韧性较强的辊套的作用，可使冷压过程中冷压辊辊基得到缓冲保护，避免了现有技术中冷压辊表面的硬磨损，达到保护冷压辊的效果，延长冷压辊的使用寿命；
第二，由于辊套可更换使用，避免了现有技术的冷压辊表面出现硬磨损后，需对整个冷压辊进行成本高昂、费时费力的维修，从而降低生产成本，提高生产效率；
第三，由于辊套为高分子材料，具有一定的弹性，还可以起到辅助传动极片的作用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明及其有益技术效果进行详细说明。
图1为现有技术的冷压装置示意图。
图2为现有技术的冷压装置冷压辊的磨损状态示意图。
图3本发明单个冷压辊示意图。
具体实施方式
请参阅图3所示，本发明一种电池极片冷压辊，其结构包括冷压辊辊基结构6和辊基外部的辊套结构7。本发明的独特之处在于，内部的辊基结构是金属材料，外部的辊套结构是有机高分子材料，冷压过程中冷压辊辊基可以得到缓冲，并且辊套可以更换使用。
实施例1
以生产宽度为300mm的锂离子电池极片为例，采用含C、Fe、Cr的合金钢为冷压辊的辊基材料，辊基长度为400mm，辊基半径为240mm。采用硬质橡胶为冷压辊的辊套材料，辊套厚度为100mm。辊套和辊基过盈配合部分的长度为50mm。辊基采用热轧工艺制造，经过初加工、调质处理、表面处理以达到要求的表面硬度和粗糙度。辊套是通过热熔方式，利用模具得到的橡胶套管。
装配时，先将辊基和辊套进行脱脂处理，然后在处理后的辊基外侧和辊套内侧涂覆金属复合胶，要保证金属复合胶涂覆均匀。将辊套加热到80℃左右，之后将辊套套在辊基上，并保证辊套在辊基两侧的过盈配合部分相等。最后经过冷却、烘干后，即得到本发明的新型电池极片冷压辊。
使用时，要定期监控冷压辊冷压出极片的厚度一致性，如发现厚度一致性不符合生产要求，则需更换辊套。辊套更换时，要先对冷压辊加热，以便于去除辊套。按照上述方式装配新辊套。
实施例2
以生产宽度为350mm的锂离子电池极片为例，采用含C、Fe、Cr、Ni、W的合金钢为冷压辊的辊基材料，辊基长度为480mm，辊基半径为250mm。采用橡塑复合材料为冷压辊的辊套材料，辊套厚度为5mm。辊套和辊基过盈配合部分的长度为40mm。辊基采用热轧工艺制造，经过初加工、调质处理、表面处理以达到要求的表面硬度和粗糙度。辊套是通过热熔方式，利用模具得到的橡塑复合套管。
装配和使用时的注意事项同具体实施例一，这里不再赘述。
实施例3
以生产宽度为250mm的锂离子电池极片为例，采用含C、Fe、Mn、Ni、Nb的合金钢为冷压辊的辊基材料，辊基长度为320mm，辊基半径为260mm。采用硬质橡胶为冷压辊的辊套材料，辊套厚度为30mm。辊套和辊基过盈配合部分的长度为30mm。辊基采用热轧工艺制造，经过初加工、调质处理、表面处理以达到要求的表面硬度和粗糙度。辊套是通过热熔方式，利用模具得到的橡胶套管。
装配和使用时的注意事项同具体实施例一，这里不再赘述。
实施例4
以生产宽度为220mm的锂离子电池极片为例，采用含C、Fe、W、V的合金钢为冷压辊的辊基材料，辊基长度为260mm，辊基半径为220mm。采用硬质橡胶为冷压辊的辊套材料，辊套厚度为15mm。辊套和辊基过盈配合部分的长度为20mm。辊基采用热轧工艺制造，经过初加工、调质处理、表面处理以达到要求的表面硬度和粗糙度。辊套是通过热熔方式，利用模具得到的橡胶套管。
装配和使用时的注意事项同具体实施例，这里不再赘述。
实施例5
以生产宽度为220mm的锂离子电池极片为例，采用含C、Fe、W、V的合金钢为冷压辊的辊基材料，辊基长度为260mm，辊基半径为220mm。采用硬质橡胶为冷压辊的辊套材料，辊套厚度为20mm。辊套和辊基过盈配合部分的长度为0mm。辊基采用热轧工艺制造，经过初加工、调质处理、表面处理以达到要求的表面硬度和粗糙度。辊套是通过热熔方式，利用模具得到的橡胶套管。
装配和使用时的注意事项同具体实施例一，这里不再赘述。
根据上述说明书的揭示和指导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种电池极片冷压辊，其包括辊基和套设固定于辊基外部的辊套，所述辊套的长度大于等于所述辊基的长度，所述辊基为金属材料制成，其特征在于：所述辊套为有机高分子材料制成，所述辊套的肖氏硬度为60°～ 150°，所述辊套的表面粗糙度小于Rz1.6。
2.根据权利要求1 所述的电池极片冷压辊，其特征在于：所述辊基为含有C、Fe、X 的合金钢材料，其中，X 为Mn、Ni、Cr、W、Si、Mo、Ti、V、B、Nb、Pb、稀土元素中的一种或几种。
3.根据权利要求1 所述的电池极片冷压辊，其特征在于：所述辊套为橡胶材料或橡塑复合材料制成。
4.根据权利要求1 所述的电池极片冷压辊，其特征在于：所述辊基和所述辊套通过金属复合胶合为一体。
5.根据权利要求1 所述的电池极片冷压辊，其特征在于：所述辊套和所述辊基采用过盈配合的方式装配。
6.根据权利要求5 所述的电池极片冷压辊，其特征在于：所述辊套和所述辊基过盈配合部分的长度为0 ～ 50mm。
7.根据权利要求1 所述的电池极片冷压辊，其特征在于：所述辊套的厚度为5～100mm。
8.根据权利要求3 所述的电池极片冷压辊，其特征在于：所述辊套为通过热熔方式得到的橡胶套管或橡塑复合套管。
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