CN104259202B - 一种压轧式电池极片辊压机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压轧式电池极片辊压机，包括放卷机构、收卷机构和滚压机构，所述滚压机构包括相互配合轧制电池极片的上辊系和下辊系，所述滚压机构还包括板带辅助装置，所述板带辅助装置包括与上辊系和下辊系平行布置的支承辊和板带，所述支承辊至少设置三个，支承辊呈多边形布置固定设置在上辊系和下辊系的两侧，所述板带绕设在支承辊外周、通过支承辊支承行成一多边形的闭合环，所述闭合环的顶面高于上辊系的顶端，闭合环的底面设置在上辊系和下辊系之间的缝隙中，并且闭合环的底面低于下辊系的顶端。本发明应用于电池极片的轧制，减少电池极片的伸长量，提高了电池极片的轧制质量和压实密度。

Description

一种压轧式电池极片辊压机

技术领域

本发明涉及一种辊压机，尤其是一种用于电池极片轧制的辊压机。

背景技术

电池极片的轧制是指在辊压机中，由轧辊与电池极片间产生的摩擦力拉进旋转的上辊系和下辊系之间，电池极片受压变形的过程。电池极片的轧制是一个正负极板上电池材料和基材结合压实的过程，其目的在于增加正极或负极材料的压实密度，电池材料与基材结合强度直接决定了电池的循环寿命，而由于电池材料与基材不是同种材质，容易分离，不容易保证压实密度。

轧制电池极片用的辊压机在轧制过程中，通过增大电池极片与轧辊之间的接触面积、延长压实的时间来保证压实密度，目前主要采取两种方式：一种是增大轧辊的直径，这种做法虽然可以起到一定的效果，但由于生产成本的限制，至今辊压机的轧辊直径被限制在Φ800mm以内。另一种是采用如图1所示的方式在电池极片进入轧辊前后均设置压辊，将电池极片下压，使得电池极片在通过上辊系和下辊系的缝隙前后，与下辊系的接触面积增大，相当于增大了轧辊的等效直径。这种方式虽然一定程度上能控制上辊系和下辊系两者之间的缝隙和压力，但是电池极片在上辊系和下辊系之间的受力距离和时间都相对较短，由于压辊对电池极片的压力使电池极片受到较大的延伸拉力，引起电池材料的形变，影响压实密度和均匀性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种压轧式电池极片辊压机，应用于电池极片的轧制，提高电池极片的轧制质量和压实密度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种压轧式电池极片辊压机，包括放卷机构、收卷机构和滚压机构，所述滚压机构包括上辊系、下辊系和板带辅助装置，所述上辊系和下辊系相互配合竖向上下布置，板带辅助装置设置在上辊系和下辊系之间，

所述板带辅助装置包括支承辊和板带；所述的支承辊包括上支承辊、左支承辊和右支承辊，上支承辊位于上辊系的正上方，左支承辊和右支承辊分别对称设置在上辊系和下辊系的轧辊的两侧，所述板带为绕设在上支承辊、左支承辊和右支承辊的外周形成一闭合环，所述闭合环的环面穿过上辊系和下辊系之间的缝隙，闭合环的底面低于下辊系的顶端。

上述压轧式电池极片辊压机，所述板带辅助装置还包括张力调整系统，所述张力调整系统包括用于拉紧板带的顶紧机构，所述顶紧机构通过支架固定设置在上辊系的正上方，顶紧机构的末端与板带带面相顶接。

上述压轧式电池极片辊压机，呈多边形布置的支承辊对称设置在上辊系和下辊系的两侧，最下方的左支承辊和右支承辊与下辊系的轧辊之间的内切线与水平方向的夹角为0°～90°。

上述压轧式电池极片辊压机，最下方的左支承辊和右支承辊与下辊系的轧辊之间的内切线与水平方向的夹角为5°～60°。

上述压轧式电池极片辊压机，所述板带的表面硬度不低于上辊系和下辊系的轧辊的表面硬度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明通过在上辊系和下辊系之间设置板带辅助装置，板带通过支承辊的支承，形成一闭合环，闭合环穿过上辊系和下辊系之间的缝隙。电池极片通过放卷机构放出，在进行轧制时，电池极片首先通过板带和下辊系之间，板带将电池极片紧紧压附于下辊系的轧辊表面上，然后再进入辊压机上辊系和下辊系之间的最小缝隙处进行辊压。在电池极片离开最小缝隙后，仍然受到板带的束缚被紧紧压在下辊系的轧辊表面上，使轧辊的等效直径大幅增加，有效降低造成电池极片伸长的拉伸力，减少电池极片的伸长量，保证电池材料和基材的压实密度，提高电池极片的轧制质量。

设置的张力调整系统用于调整板带的松紧程度，方便板带的拆装，通过顶紧机构与板带顶接，在使用过程中使板带具有一定的张力，对应不同压力，满足不同的使用要求。

张力调整系统设置在上辊系的正上方，支承辊对称布置上辊系和下辊系的两侧，保证板带的受力均衡，在运行使用过程中板带对电池极片的压力保持一致，增强使用效果。

板带的表面硬度不低于上辊系和下辊系的轧辊的表面硬度，延长板带的使用寿命，保证压实密度和均匀性，防止因板带的厚度变小导致上辊系和下辊系之间的缝隙增大，影响轧制电池极片的质量。

附图说明

图1是现有辊压机工作模式示意图；

图2是本发明使用在辊压机工作模式示意图；

图3、图4是本发明的板带辅助装置的一种结构示意图；

图5是本发明的支承辊的另一种布置方式示意图；

图6是被轧材料在辊系压轧时的分段区域示意图，图中箭头所指方向为电池极片的运动方向。

图中各标号表示为：1、放卷机构，2、上辊系，3、下辊系，4、电池极片，5、收卷机构，6、板带，7、支承辊，8、张力调整系统，9、支架；a、坍塌段，b、初步压缩段，c、剧烈作用段，d、受控反弹段，e、自然反弹段。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明：

一种压轧式电池极片辊压机，如图2所示，包括放卷机构1、收卷机构5和滚压机构，所述滚压机构设置在放卷机构1和收卷机构5之间，在放卷机构1和滚压机构之间、收卷机构5和滚压机构分别设置有压辊。所述放卷机构1用于放出需要进行轧制的电池极片，经过滚压机构轧制完成的电池极片最后由收卷机构5收集完毕。

所述滚压机构包括上辊系2、下辊系3和板带辅助装置，所述上辊系2和下辊系3竖向上下布置，相互配合轧制电池极片。板带辅助装置设置在上辊系2和下辊系3之间，在电池极片的轧制过程中用于增大电池极片与下辊系之间的接触面积。

所述板带辅助装置包括支承辊7和板带6，所述支承辊7至少设置三个，呈多边形布置，所有支承辊均与上辊系2和下辊系3的轧辊相平行设置，组成多边形的支承辊中，位于最上方的上支承辊设置在上辊系的轧辊的上方，最下方的左支承辊和右支承辊分别对称设置在上辊系2和下辊系3的两侧。本实施例中板带辅助装置结构如图3、图4所示，支承辊7设置三个，呈等腰三角形布置，位于最上方的上支承辊设置在上辊系2的正上方，位于最下方的左支承辊和右支承辊分别对称设置在上辊系和下辊系的两侧，最下方的左支承辊和右支承辊与下辊系的轧辊之间的内切线与水平方向的夹角为0°～90°，优选时，最下方的左支承辊和右支承辊与下辊系的轧辊之间的内切线与水平方向的夹角为5°～60°。本实施例中所述夹角为20°。所述支承辊的布置方式也可如图5所示，设置四个，呈等腰梯形布置，最上方的两个上支承辊设置在上辊系2的正上方，位于最下方的左支承辊和右支承辊分别对称设置在上辊系和下辊系的两侧。

所述板带6由钢板围绕成环形带状，为防止在使用过程中板带6因为上辊系2和下辊系3的挤压导致变形，板带6的表面硬度不低于上辊系2和下辊系3的轧辊的表面硬度，本实施中选用不锈钢，板带6绕设在支承辊7排列成的多边形的外周，通过支承辊7支承行成一多边形的闭合环。所述闭合环的顶面高于上辊系的顶端，闭合环的底面设置在上辊系和下辊系之间的缝隙中，并且闭合环的底面最低点低于下辊系的顶端。

为便于安装和调整板带辅助装置，适应不同直径的轧辊的生产需要，板带辅助装置还设置有张力调整系统8，用于控制板带6的松紧程度。所述张力调整系统8包括顶紧机构，所述顶紧机构通过支架9固定设置在上辊系的正上方，顶紧机构的末端与板带6带面相顶接，本实施例中顶紧机构选用气缸，当板带过紧时，控制气缸的活塞向内回收一段距离，使板带变松，防止拉力太大；当板带6太松时，控制气缸的活塞向外多顶出一段距离，使板带绷紧。

本发明的工作过程为：

需要进行轧制的电池极片通过放卷机构放出，在进入辊压时，通过板带和下辊系之间，由于板带具有较大的张力，将电池极片紧紧压附于下辊系的轧辊表面上，然后再进入辊压机上辊系和下辊系之间的最小缝隙处进行辊压。在电池极片离开最小缝隙后，仍受到板带的束缚被紧紧压在辊压机下辊系的轧辊表面上，最后电池极片通过收卷机构收卷，完成生产。

本发明的工作原理为：

现有的辊压机都是采用轧辊上下布置的方式，电池极片从上辊系和下辊系的两个轧辊之间穿过，电池极片的受力距离和时间都发生在两个轧辊能同时与电池极片相接触的这段距离。

以电池极片电池极片作为研究对象，其受力为两个轧辊表面持续的作用力，等效后得到合力，再分解后得到垂直方向的力F1和向后方向力的F2。其中：F1＝F×cosα；F2＝F×sinα；式中，α为合力F与两个轧辊中心连线的夹角。

得到的F1为电池极片被压缩的正压力，F2是使电池极片伸长的力，F2的大小与sinα成正比，sinα与轧辊的直径相关。

直径为200mm的轧辊在辊压电池极片时，电池极片的伸长量为直径为800的轧辊辊压电池极片时的2倍；直径为200mm的轧辊在辊压电池极片时，电池极片的伸长量为直径为800的轧辊辊压电池极片时的1.41倍。以此类推，当轧辊的直径越大，F2越小，电池极片的伸长量越小。

本发明的板带辅助装置中的板带设置在上辊系和下辊系之间，辅助轧制循环在上辊系上，板带将电池极片压在下辊系的轧辊表面上进行辊压，相当于轧辊的等效直径大于原来的轧辊直径，同时等效直径的大小还与板带的厚度、材质以及张力等相关，在使用过程中，根据需要可以灵活方便的进行变换。

电池极片的轧制过程如图6所示，由箭头所示方向进入轧辊时，整个过程分为坍塌段a、初步压缩段b、剧烈作用段c、受控反弹段d和自然反弹段e五个阶段：

第一阶段——坍塌段：从电池极片接触轧辊表面开始，至电池极片的内部微粒团聚被初步压缩，填补极板内部孔洞为止。此时电池极片处于涂布后干燥的工艺阶段。在极板干燥过程中，电池材料被蒸发，由于电池材料以及粘结剂的结构影响，在电池极片内部形成不同形状不同大小的孔洞。在此阶段轧辊对电池极片进行施压，孔洞的结构被破坏，大量的电池材料发生移动填补孔洞。

第二阶段——初步压缩段：电池材料微粒团聚间继续移动，直至将各微粒间的孔洞初步填充，这些微粒团聚还会顺着辊压方向向后移动。这个过程类似于将电池材料进行了排列，时间非常短暂。

第三阶段——剧烈作用段：这个过程从初步压缩期开始，直至两个轧辊之间的最小缝隙处。这个阶段轧辊对电池极片的作用力最大，电池极片内各微粒团聚继续向辊缝中心线运动，并相互挤压。

第四阶段——受控反弹段：这个阶段从两个轧辊之间的最小缝隙处开始，直至电池极片离开轧辊表面。这个过程中，电池极片中的微粒团聚以及粘结剂在受到最大压力后产生形变，由于对电池极片的正压力从最小缝隙处到脱离辊面为止不断减小，这时电池极片的厚度将不断增加，直至脱离辊面。

第五阶段——自然反弹段：电池极片脱离轧辊表后，基本不再受外力作用，在自然的状态下电池极片发生反弹。

本发明通过设置板带辅助装置，有效延长在第一阶段、第二阶段和第四阶段电池极片与轧辊表面的接触时间和接触距离，改善电池极片内活性物质以及其他微粒的重排，进一步改善电池极片的体积密度一致性，保证电池极片从表面到基材厚度方向上的密度一致性。

以上内容是结合具体实施方式所作的进一步详细说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出的简单推演或替换，均落在本发明的保护范围中。

Claims (5)

1.一种压轧式电池极片辊压机，其特征在于：包括放卷机构(1)、收卷机构(5)和滚压机构，所述滚压机构包括上辊系(2)、下辊系(3)和板带辅助装置，所述上辊系(2)和下辊系(3)相互配合竖向上下布置，板带辅助装置设置在上辊系(2)和下辊系(3)之间，

所述板带辅助装置包括支承辊(7)和板带(6)；所述的支承辊(7)包括上支承辊、左支承辊和右支承辊，上支承辊位于上辊系(2)的正上方，左支承辊和右支承辊分别对称设置在上辊系(2)和下辊系(3)的轧辊的两侧，所述板带(6)为绕设在上支承辊、左支承辊和右支承辊的外周形成一闭合环，所述闭合环的环面穿过上辊系和下辊系之间的缝隙，闭合环的底面低于下辊系的顶端。

2.根据权利要求1所述的一种压轧式电池极片辊压机，其特征在于：所述板带辅助装置还包括张力调整系统(8)，所述张力调整系统包括用于拉紧板带的顶紧机构，所述顶紧机构通过支架(9)固定设置在上辊系的正上方，顶紧机构的末端与板带带面相顶接。

3.根据权利要求2所述的一种压轧式电池极片辊压机，其特征在于：呈多边形布置的支承辊对称设置在上辊系和下辊系的两侧，最下方的左支承辊和右支承辊与下辊系的轧辊之间的内切线与水平方向的夹角为0°～90°。

4.根据权利要求3所述的一种压轧式电池极片辊压机，其特征在于：最下方的左支承辊和右支承辊与下辊系的轧辊之间的内切线与水平方向的夹角为5°～60°。

5.根据权利要求1所述的一种压轧式电池极片辊压机，其特征在于：所述板带(6)的表面硬度不低于上辊系(2)和下辊系(3)的轧辊的表面硬度。