CN103551279A - 用于动力锂电池极片涂布的挤压涂布模头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于动力锂离子电池极片涂布的挤压涂布模头，包括下模头、垫片以及上模头，垫片固定在上模头和下模头中间，在上模头上设置有进料口，在垫片一侧形成出料口，在下模头内设置有浆料分布的型腔，进料口与该型腔连通，型腔包括三道过渡层，三道过渡层间隔的设置在进料口与出料口之间，第一道过渡层中部与所述的进料口连通；第二道过渡层与所述第一道过渡层通过第一斜面和圆弧面过渡；第三道过渡层设置在型腔的最外侧，与所述第二道过渡层通过第二圆弧面过渡。与现有技术相比，本发明突破了传统的辊子转移式涂布技术且比其他挤压涂布模头在涂布质量、厚度均匀一致性方面更具优势。

Description

用于动力锂电池极片涂布的挤压涂布模头

技术领域

本发明涉及一种动力锂离子电池极片涂布的挤压涂布模头。

背景技术

动力锂离子电池具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、使用寿命长等突出优点，自20世纪90年代开发成功以后，近十几年来得到了飞速发展。动力锂离子电池生产过程中，电池必须要经过涂布工序。涂布模头直接决定浆料在基片上重量、厚度、密度、空隙及空穴等分布，这些参数一致性的好坏直接决定了动力锂电池的寿命和性能。动力锂离子电池极片涂布的挤压涂布模头主要由下模头、垫片、上模头以及安装在上模头的出口间隙调节机构组成。其中，下模型腔结构是挤压涂布模头最关键的环节，其设计合理性与否直接影响到浆料在基片上重量、厚度、密度、空隙及空穴等分布。合理的型腔结构设计能使浆料均匀的涂布于基片上，保证极片质量、厚度、密度等参数的一致性。目前，典型涂布方法及模头在实际生产中存在着以下几个方面的问题：（1）采用传统辊子转移式涂布。在实际生产中挤压式涂布和辊子式转移式涂布均能实现高效生产，涂布厚度和重量一致性高的电极，而挤压式涂布方法直接将浆料涂覆于基带上，不仅可以保护浆料不受环境污染而且能适应不同的浆料粘度范围、固含量以及溶剂系统，相比于传统的辊子转移式涂布具有更强的适应性，另外挤压式在提高浆料利用率可以使浆料利用率达到95%,并在保证电池电极的一致性，提高锂电池生产水平，降低成本，保持竞争力上更具优势。（2）出口间隙调节。涂布浆料沿片幅宽度方向上的分布会存在一定的差异所以必须通过出口间隙调节的方法来校正浆料在出口方向的分布。（3）型腔设计。涂布浆料具有高粘性的特性，只有设计适应涂布浆料流动特性的型腔才有可能使浆料沿宽度方向均匀化。为止通过流体仿真软件模拟涂布浆料的流动性，根据浆料流动轨迹设计出合适的型腔来解决涂布浆料在宽度方向上的均匀化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种浆料沿宽度方向均匀化从而满足锂电池极片涂布质量要求的挤压涂布模头。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于动力锂电池极片涂布的挤压涂布模头，包括下模头、垫片以及上模头，所述的垫片固定在所述上模头和下模头中间，在所述的上模头上设置有进料口，在所述的垫片一侧形成出料口，在所述的下模头内设置有浆料分布的型腔，所述的进料口与该型腔连通，其特征在于：所述的型腔包括三道过渡层，三道过渡层间隔的设置在进料口与出料口之间，第一道过渡层中部与所述的进料口连通，且从中部向两侧延伸，在延伸方向上深度和宽度递减；第二道过渡层与所述第一道过渡层通过一第一斜面和圆弧面过渡，第二道过渡层的深度和宽度恒定；第三道过渡层设置在型腔的最外侧，通过上模头与下模头夹着垫片构成，所述第三道过渡层的下模上在离出口一定距离处开有一个半圆槽，与所述第二道过渡层通过第二圆弧面过渡，第三道过渡层的深度和宽度恒定；在所述的上模头前端还开设有一沿涂布宽度方向的长缝，在该长缝上设置有调节涂布浆料出口大小的间隙调节机构。

所述长缝相间分布螺纹孔和光孔，所述的间隙调节机构包括螺钉、垫柱及锁紧螺母，所述的垫柱及锁紧螺母连接在螺钉的一端，所述的螺钉的另一端穿过所述光孔与所述的螺纹孔连接。

在所述的模头的下模头上设计了适合涂布浆料流动特性的型腔，该型腔由三道过渡层构成，涂布浆料从进料口流进按照型腔结构梯度式均匀化，保证浆料在出口位置处已均匀化。

在所述的上模头和下模头上加工了恒温水管道，保证模头温度在一定范围内。

所述的垫片可以更换不同型号来变更出口间隙及涂布宽度。

本发明动力锂离子电池极片涂布的挤压涂布模头涂布过程：模头分下模头、垫片、上模头以及出口间隙调节四部分。涂布浆料由上模头进料口进入，经过上模头进料流道进入下模头的型腔中，型腔由三道过渡层构成，浆料首先进入第一过渡层，使涂布浆料在宽度方向上初步均化，经第二过渡层涂布浆料进一步在宽度方向上均匀化并调节浆料厚度，在最后一层涂布浆料将由湍流与层流的混流状态过渡到完全层流状态使浆料在宽度方向上完全均匀化，最后使浆料由出口嘴直接涂覆于运转的基带上。

本发明挤压涂布模头的上模头上安装有出口间隙调节结构，下模头设计了模拟涂布浆料流动特性的型腔，并在模头上加工了恒温水流道保证模头温度，很好的解决了极片涂布质量保证问题。

本发明动力锂离子电池极片涂布的挤压涂布模头，可以很好的解决动力锂离子电池极片涂布过程中极片重量、厚度、密度分布不一致等缺陷。其优点是通过涂布浆料的流体仿真模拟锂浆料在型腔的流动轨迹设计出符合锂浆料流动规律的型腔，整个型腔由三道过渡层组成：对于第一道过渡层中间位置的深度和宽度最大且向两端递减并在进料位置涂布宽度方向上设计成弓形，这样设计有利于浆料从进口快速均匀分布于型腔避免漩涡的产生，浆料能够顺利流向第二道型腔不会产生滞留现象，完全符合涂布浆料的流动特性；第二道型腔的深度是垫片厚度3倍，延生长度略短于第一过渡层，这样设计使浆料在第二层与第三层之间有个过渡，使浆料呈阶梯式均匀化；第三层过渡型腔是通过上下模夹着垫片形成的缝隙构成的，并在下模上离出口位置一定距离处开有半圆槽，这样设计使浆料出口厚度可以更改垫片型号来控制，半圆槽可以进一步调节浆料在涂布宽度方向的均匀度，在出口位置处还可以通过间隙调节结构调节出口间隙的大小。为此，通过合理型腔设计及出口间隙调节保证极片的涂布质量。

附图说明

图1、本发明动力锂离子电池极片涂布的挤压模头整体布局图。

图2、图1沿进料口的截面示意图。

图3、图2的A部放大示意图。

图4、间隙调节结构间隙调小示意图。

图5、间隙调节结构间隙调大示意图。

图6、上模头结构示意图。

图7、下模头结构示意图。

图8、图7的俯视图。

图9、图8的B-B剖视图。

图10、图9的C部放大示意图。

图11、图9的D部放大示意图。

图12、垫片结构示意图。

图13、涂布浆料在腔道中速度分布云图。

其中：1、下模头，11、第一道过渡层，12、第二道过渡层,121、第一圆弧面，122、斜面，123、第二圆弧面，13、第三道过渡层，14、下模连接螺纹孔，15、下模恒温水管道，2、上模头，21、上模连接沉头孔，22、温度传感器安装螺纹孔，23、吊环螺纹孔，24、上模恒温水管道，25、进料道，26、长缝，3、吊环螺栓，4、方法兰，5、间隙调节机构，6、垫片，7、出料口。

具体实施方式

    下面结合附图，对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明动力锂离子电池极片涂布的挤压涂布模头，由方法兰4，下模头1，上模头2，吊环螺栓3、间隙调节机构5以及垫片6组成，其中间隙调节机构包括间隙调小结构和间隙调大结构，参见图4和图5。如图2所示，涂布浆料通过进料系统流入上模的进料道25,经进料道流入下模型腔的第一道过渡层, 第一道过渡层的结构如图9和图10所示，经第第一道过渡层的分散和初步匀化作用，涂布浆料将比较均布的布满第一道过渡层,当第一道过渡层注满浆料后,浆料将进入第二道过渡层, 第二道过渡层能够进一步使涂布浆料在宽度方向上均匀化并控制浆料的厚度,最后涂布浆料会进入第三道过渡层,在这第三道过渡层中涂布浆料将实现完全层流状态,保证浆料在出口位置处时沿涂布宽度方向上的分布一致,在涂布过程中如果沿涂布宽度方向上，基带的涂布厚度在某个位置处偏厚或者偏薄，通过调节对应出口位置处的出口间隙调节机构来改变出口间隙的大小来校正。在涂布的过程中，通过图6和图7所示的恒温水管道及温度传感器控制模头的温度，使浆料在一定温度下流动，这样浆料的流动特性变化减小，增强腔道适应性，图12为根据腔道结构、涂布厚度、浆料特性设计的一款垫片，图13展示了浆料在整个三层型腔中的速度分布云图,从图中可以观察到涂布浆料在型腔中的速度变化规律。

Claims (3)

1.一种用于动力锂电池极片涂布的挤压涂布模头，包括下模头、垫片以及上模头，所述的垫片固定在所述上模头和下模头中间，在所述的上模头上设置有进料口，在所述的垫片一侧形成出料口，在所述的下模头内设置有浆料分布的型腔，所述的进料口与该型腔连通，其特征在于：所述的型腔包括三道过渡层，三道过渡层间隔的设置在进料口与出料口之间，第一道过渡层中部与所述的进料口连通，且从中部向两侧延伸，在延伸方向上深度和宽度递减；第二道过渡层与所述第一道过渡层通过一第一斜面和圆弧面过渡，第二道过渡层的深度和宽度恒定；第三道过渡层设置在型腔的最外侧，通过上模头与下模头夹着垫片构成，所述第三道过渡层的下模上在离出口一定距离处开有一个半圆槽，与所述第二道过渡层通过第二圆弧面过渡，第三道过渡层的深度和宽度恒定；在所述的上模头前端还开设有一沿涂布宽度方向的长缝，在该长缝上设置有调节涂布浆料出口大小的间隙调节机构。

2.根据权利要求1所述的用于动力锂电池极片涂布的挤压涂布模头，其特征在于：所述长缝的两端分别为螺纹孔和光孔，所述的间隙调节机构包括螺钉、垫柱及锁紧螺母，所述的垫柱及锁紧螺母连接在螺钉的一端，所述的螺钉的另一端穿过所述光孔与所述的螺纹孔连接。

3.根据权利要求1所述的用于动力锂电池极片涂布的挤压涂布模头，其特征在于：所述的上模头和下模头上分别设置有恒温水管道。

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