CN103551286A - 锂电池涂布供料系统及其涂布方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高涂布膜片质量的锂电池涂布供料系统及其涂布方法，进而有效提高电池质量，降低生产成本。锂电池涂布供料系统，包括浆料桶、螺杆泵及涂头，浆料桶上方设置有浆料桶盖，浆料桶下方侧壁设有浆料桶阀门，螺杆泵包括螺杆泵进料口及螺杆泵出料口，浆料桶阀门与螺杆泵进料口相连，螺杆泵出料口通过管道与过滤器相连，过滤器又通过管道与涂头相连。本发明的有益效果是：结构简单，可有效改善涂布膜片面密度、外观异常问题；方法易于控制及实现，能够有效提高膜片面密度的均一性，并降低膜片外观不良率。本发明适用于锂电池制造领域。

Description

锂电池涂布供料系统及其涂布方法

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂电池涂布供料系统及其涂布方法。

背景技术

在锂电池制造过程中，涂布工序主要是将电池浆料均匀分布在集流体，并烘干制成膜片。膜片的质量包括其面密度与外观，都直接影响锂电池的电性能和安全性能。目前主要的涂布方式有挤压涂布和转移涂布。

1）在挤压涂布生产过程中，浆料泵与浆料桶相连，浆料桶中储存有浆料，浆料由浆料泵注入涂头，新注入涂头内的浆料将原来在涂头内的浆料从喷嘴挤出并涂布在待涂布的基材上。而膜片面密度主要受浆料泵向涂头注入的浆料重量的影响。

2）在转移涂布生产过程中，使用气动泵将浆料打入浆料槽，涂布辊转动带动浆料，浆料经过刮刀和涂布辊之间的间隙匀化，再转移至待涂布的基材上。膜片面密度主要受刮刀和涂布辊之间的间隙，以及浆料槽液位的影响。

在实际生产过程中，涂布供料系统中的浆料桶的液面波动也会影响浆料泵的泵料重量。且由于电池浆料中含一些较大颗粒，这些较大颗粒可能会造成膜片表面产生划痕和凸点等不良，此外，如果这些颗粒发生聚集，就会阻塞过滤器和导管，造成泵料量降低，膜片面密度下降。

涂布过程中所需的涂头由上涂模、下涂模和芯片组装而成，利用涂头的喷嘴在待涂布的基材涂布形成膜片，进行具体的涂布操作。其芯片的厚度决定了涂头中浆料所在的条缝的厚度，条缝的厚度与浆料的粘度相适应，才能保证涂布膜片面密度在横向的均匀性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高涂布膜片质量的锂电池涂布供料系统及其涂布方法，进而有效提高电池质量，降低生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：锂电池涂布供料系统，包括浆料桶、螺杆泵及涂头，浆料桶上方设置有浆料桶盖，浆料桶下方侧壁设有浆料桶阀门，螺杆泵包括螺杆泵进料口及螺杆泵出料口，浆料桶阀门与螺杆泵进料口相连，螺杆泵出料口通过管道与过滤器相连，过滤器又通过管道与涂头相连。

具体的，所述过滤器包括过滤器进料口及过滤器出料口，螺杆泵出料口通过管道与过滤器进料口相连，过滤器出料口通过管道与涂头相连，过滤器进料口设有进料压力计，过滤器出料口设有出料压力计。

具体的，本系统还包括液位计，所述液位计设置于浆料桶的上部或浆料桶盖上。

优选的，所述涂头包括芯片，芯片厚度为0.1mm～3mm。

优选的，所述涂头包括喷嘴，喷嘴与待涂布的基材的间隙为0.1mm～1mm。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案是：锂电池涂布供料系统的涂布方法，包括以下步骤：

A.向浆料桶中加入浆料；

B.开启浆料桶下方侧壁的浆料桶阀门，浆料通过螺杆泵进料口进入螺杆泵；

C.启动螺杆泵，浆料经过过滤器过滤后进入涂头，通过挤压涂布方式对待涂布的基材进行涂布。

具体的，步骤A中的浆料桶的上部设有液位计，液位计的液位高度波动为±2cm以内。

优选的，步骤C中涂布时的涂布速度为1m/min～30m/min。

优选的，步骤A中浆料的浆料固含量为30%～80%。

作为上述技术方案的优选方案，步骤C中的螺杆泵转速为10rpm～500rpm。

本发明的有益效果是：结构简单，可有效改善涂布膜片面密度、外观异常问题；方法易于控制及实现，能够有效提高膜片面密度的均一性，并降低膜片外观不良率。本发明适用于锂电池制造领域。

附图说明

图1是本发明的锂电池涂布供料系统的结构示意图；

其中，1为浆料桶，2为液位计，3为浆料桶盖，4为浆料桶阀门，5为螺杆泵进料口，6为螺杆泵，7为螺杆泵出料口，8为进料压力计，9为过滤器进料口，10为过滤器，11为过滤器出料口，12为出料压力计，13为管道，14为涂头，15为喷嘴，16为芯片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的锂电池涂布供料系统，包括浆料桶1、螺杆泵6及涂头14，浆料桶1上方设置有浆料桶盖3，浆料桶1下方侧壁设有浆料桶阀门4，螺杆泵6包括螺杆泵进料口5及螺杆泵出料口7，浆料桶阀门4与螺杆泵进料口5相连，螺杆泵出料口7通过管道与过滤器10相连，过滤器10又通过管道与涂头14相连。本系统的涂头14适用于挤压涂布过程，包括喷嘴15和芯片16。

通过本系统的过滤器10能够过滤掉浆料中较大颗粒，避免较大颗粒造成膜片表面产生划痕和凸点等不良，此外，可以避免较大颗粒聚集后发生的阻塞过滤器和导管而影响膜片面密度的现象，能够有效降低外观不良膜片的数量。

此外，也可将涂头14换为浆料槽，使本涂布供料系统也能用于转移涂布。

本系统利用螺杆泵6将浆料送入涂头14中，以完成供料工作。具体而言，在浆料桶1中加入浆料，浆料桶1上部设置带液位计2的浆料桶盖3。加入浆料后，给浆料桶1盖上浆料桶盖3，开启浆料桶1下方侧壁的浆料桶阀门4，启动螺杆泵6，浆料经过过滤器10过滤后进入涂头14。通过升高或降低螺杆泵6的转速，升高或降低挤压涂布膜片的面密度。可将螺杆泵6的转速设为一合适值，使浆料的液位高度保持稳定，消除浆料液位变化对转移涂布膜片面密度造成的不良影响。

过滤器10包括过滤器进料口9及过滤器出料口11，螺杆泵出料口7通过管道与过滤器进料口9相连，过滤器出料口11通过管道13与涂头14相连，过滤器进料口9设有进料压力计8，过滤器出料口11设有出料压力计12，以使得实时监控过滤器进料口9与过滤器出料口11的压力差。此外，进料压力计8设置于螺杆泵出料口7与过滤器进料口9之间的管道上；同理，出料压力计12可设置于与过滤器出料口11连接的管道上。当进料压力计8和出料压力计12的压力差变大时，说明过滤器10已经堵塞，此时应更换过滤器10，避免造成膜片面密度下降。

可选择浆料桶1的容积为20L，螺杆泵6的每转泵料量为23mL，管道13为不锈钢管道，图中的螺杆泵出料口7与过滤器10的过滤器进料口9之间也可以连接有管道。

此外，可以在浆料桶1的上部或浆料桶盖3上设置液位计2，根据液位计2显示的浆料液面高度来判断是否需要向浆料桶1内加入浆料，避免液位过高或过低造成膜片面密度波动。

本系统通过增加液位计2、进料压力计8及出料压力计12，可有效实现对涂布条件的控制，提高膜片面密度的均一性，并降低膜片外观不良率。

考虑到芯片16过薄会造成膜片产生划痕，涂布间隙区带料，而芯片16过厚会造成膜片横向面密度均匀性变差，因此所述芯片16厚度为0.1mm～3mm。

鉴于喷嘴15与待涂布的基材的间隙过小会造成膜片表面出现划痕，过大会造成膜片拖尾变长；因此所述喷嘴15与待涂布的基材的间隙为0.1mm～1mm。

本发明的另一技术方案为锂电池涂布供料系统的涂布方法，包括以下步骤：

A.向浆料桶1中加入浆料；

B.开启浆料桶1下方侧壁的浆料桶阀门4，浆料通过螺杆泵进料口5进入螺杆泵6；

C.启动螺杆泵6，浆料经过过滤器10过滤后进入涂头14，通过挤压涂布方式对待涂布的基材进行涂布。

在挤压涂布的工艺过程，即将浆料从涂头的喷嘴加压挤出，在喷嘴与基材之间形成膜片。

步骤A中的浆料桶1的上部设有液位计2，可通过液位计显示浆料桶中的浆料高度，根据液位计显示的液位高度来判断是否向浆料桶中加料，液位计的液位高度波动为±2cm以内，以便得到面密度均一性高的膜片。

鉴于涂布时涂布速度过低会造成膜片出现裂纹，过高则膜片烘干不彻底；步骤C中涂布时的涂布速度为1m/min～30m/min。

而转移涂布是目前国内锂电行业成熟的涂布方式，一般转移涂布的涂布速度≤8m/min，而国内广泛使用的挤压涂布的涂布速度≤15m/min，本方法中涂布速度范围1～30m/min，比现有技术的范围大，在实际操作中更容易控制，扩大使用范围。

为了使得浆料的流动性好，提高膜片面密度的均匀性，步骤A中浆料的浆料固含量为30%～80%，浆料固含量低于30%时液体成分的蒸发变得困难，浆料固含量高于80%时，浆料的流动性降低，膜片面密度均匀性变差。

为了使得膜片面密度均匀，步骤C中的螺杆泵转速为10rpm～500rpm，在挤压涂布，使用锂电池涂布供料系统向涂头泵料，通过改变螺杆泵的转速来改变泵料量，进而调高或调低膜片面密度。

如将涂头14置换为浆料槽，则可以将本系统用于转移涂布中。在使用本系统向浆料槽进行转移涂布的泵料，根据浆料消耗速度调整泵速，使浆料槽液位高度保持不变，消除浆料槽液位变化对膜片面密度造成的不良影响。

通过观察进料压力计8及出料压力计12的压力值之差可监测过滤器是否堵塞，若压力值之差超过放入浆料时的初始值，更换过滤器。

上述方法通过控制浆料桶液面高度、涂头芯片厚度、涂头喷嘴与基材的间隙、涂布速度、浆料的固含量、浆料的颗粒度、螺杆泵的泵料量等因素，能够实现对膜片面密度和外观的控制，可以使得涂布出的膜片面密度波动在±1%以内，得到重量均一性高的膜片，膜片无外观不良。

实施例1

使用本发明的涂布供料系统向涂头供料，浆料固含量为50%，粘度为70000mPa·s的LiFePO₄浆料，以厚度为20μm的铝箔做待涂布的基材，涂布目标面密度即膜片的面密度设为297±2.9mg/1500mm²。涂布条件为：涂布速度10m/min，芯片厚度0.9mm，浆料液面高度为30cm±2cm，泵速32.5rpm，进料压力计8与出料压力计12所显示的压力差为0.1MPa，按所述条件进行涂布，膜片宽度为570mm，取启动后的10片膜片，每片膜片按1～10依次编号，每片膜片横向取6个面积为1500mm²的圆片称重。

检测结果：膜片面密度见表1。

表1实施例1的膜片面密度

由上表可知，采用本系统及方法涂布正极膜片的面密度波动小于1%，能有效降低锂电芯容量、电压的波动，降低了由于正极膜片面密度过高造成的安全隐患。

通过对膜片的外观进行检查，采用本系统及方法涂布过程中未产生外观不良的正极膜片，有效提高了正极膜片的优率。

实施例2

使用涂布供料系统向涂头供料，浆料固含量为46%，粘度为4000mPa·s的石墨浆料，以厚度为10μm的铜箔做待涂布的基材，涂布目标面密度设为236±2mg/1500mm²。涂布条件为：涂布速度10m/min，芯片厚度0.6mm，浆料液面高度30cm±2cm，泵速16.5rpm，过滤器进料口、出料口压力差为0.1MPa，按所述条件进行涂布，膜片宽度为590mm，取启动后的10片膜片，每片膜片按1～10依次编号，每片膜片横向取6个面积为1500mm²的圆片称重。

检测结果：膜片面密度见表2。涂布过程中无外观不良的膜片产生。

表2实施例2膜片面密度

上表中，涂布目标面密度为236±2mg/1500mm²，数值236为涂布目标面密度数值的中心值，数值±2为允许的波动范围，允许的波动在±1%以内，而表2中的面密度数值均在波动范围之内，故波动＜±1%，因此可知采用本系统及方法涂布负极膜片的面密度波动小于1%，能有效降低锂电芯容量、电压的波动，降低了由于负极膜片面密度过低造成的安全隐患。

通过对膜片的外观进行检查，采用本系统及方法涂布过程中未产生外观不良的负极膜片，有效提高了负极膜片的优率。

Claims (10)

1.锂电池涂布供料系统，包括浆料桶（1）、螺杆泵（6）及涂头（14），浆料桶（1）上方设置有浆料桶盖（3），浆料桶（1）下方侧壁设有浆料桶阀门（4），螺杆泵（6）包括螺杆泵进料口（5）及螺杆泵出料口（7），浆料桶阀门（4）与螺杆泵进料口（5）相连，其特征在于，螺杆泵出料口（7）通过管道与过滤器（10）相连，过滤器（10）又通过管道与涂头（14）相连。

2.如权利要求1所述的锂电池涂布供料系统，其特征在于，所述过滤器（10）包括过滤器进料口（9）及过滤器出料口（11），螺杆泵出料口（7）通过管道与过滤器进料口（9）相连，过滤器出料口（11）通过管道（13）与涂头（14）相连，过滤器进料口（9）设有进料压力计（8），过滤器出料口（11）设有出料压力计（12）。

3.如权利要求1或2所述的锂电池涂布供料系统，其特征在于，还包括液位计（2），所述液位计（2）设置于浆料桶（1）的上部或浆料桶盖（3）上。

4.如权利要求1所述的锂电池涂布供料系统，其特征在于，所述涂头（14）包括芯片（16），芯片（16）厚度为0.1mm～3mm。

5.如权利要求1所述的锂电池涂布供料系统，其特征在于，所述涂头（14）包括喷嘴（15），喷嘴（15）与待涂布的基材的间隙为0.1mm～1mm。

6.基于权利要求1的锂电池涂布供料系统的涂布方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.向浆料桶（1）中加入浆料；

B.开启浆料桶（1）下方侧壁的浆料桶阀门（4），浆料通过螺杆泵进料口（5）进入螺杆泵（6）；

C.启动螺杆泵（6），浆料经过过滤器（10）过滤后进入涂头（14），通过挤压涂布方式对待涂布的基材进行涂布。

7.如权利要求6所述的锂电池涂布供料系统的涂布方法，其特征在于，步骤A中的浆料桶（1）的上部设有液位计（2），液位计（2）的液位高度波动为±2cm以内。

8.如权利要求6所述的锂电池涂布供料系统的涂布方法，其特征在于，步骤C中涂布时的涂布速度为1m/min～30m/min。

9.如权利要求6所述的锂电池涂布供料系统的涂布方法，其特征在于，步骤A中浆料的浆料固含量为30%～80%。

10.如权利要求6所述的锂电池涂布供料系统的涂布方法，其特征在于，步骤C中的螺杆泵转速为10rpm～500rpm。

Images