CN104549906B - 柔性可控涂布系统及涂布方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了柔性可控涂布系统及涂布方法，其包括浆料仓，内存放浆料；挤压仓，连通浆料仓，并根据涂布要求进入仓内的浆料进行温度、粘度以及压力的控制；可控条封挤压器，设置在挤压仓的出口处，将挤压仓内浆料涂布于涂布基材上，并根据涂布要求对涂布的门幅宽度、速度、流量以及方向进行调整；控制中心，分别控制浆料仓、挤压仓以及可控条封挤压器。该方案结合电气控制技术，有效地控制较高粘度流体的温度、粘度、流量、压力；以及使用合理设计的挤压噴嘴，获得较高精度的涂层。

Description

柔性可控涂布系统及涂布方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池加工技术，具体涉及锂离子电池加工中的涂覆工艺。

背景技术

在锂离子电池中的三个组成件：正极片、负极片、隔膜中，都有一个涂覆工艺。由此可见，如何选择适合浆料的涂布工艺是锂离子电池生产中重要环节。

在各种自动涂布机中，为满足涂覆层的精度要求，首先必须选择合适的涂布方法。而选择涂布方法需要从下面几个方面考虑：涂布的基材、涂布的速度、涂布的层数、湿涂层的厚度、涂布液的流变特性、要求的涂布精度等。

如何选择适合浆料的涂布方法，除上述因素外，还必须结合涂布基材的具体情况和特点。

对于锂离子电池极片涂布特点是：①双面单层涂布；②浆料湿涂层较厚(100～300μm)；③浆料为非牛顿型高粘度流体；④相对于一般涂布产品而言，极片涂布精度要求高；⑤涂布极片为厚度为10～20μm的铝箔和铜箔；⑥涂布速度不高：≤10m/min。

涂布隔膜的涂布特点是：①隔膜的厚度为20～40μm；②隔膜为弹塑性基材，张力范围小，牵引张力控制精度要求高。

目前常见的刮棒、刮刀和气刀涂布方法只适用于较薄涂层的涂布，不适用于极片、隔膜的浆料涂布。在余下的几种涂布方法中，浸涂最为简单，但其涂布厚度受涂布浆料粘度和涂布速度影响，难于进行高精度涂布。

综合考虑极片、隔膜浆料涂布的各项特殊要求，挤压涂布或辊涂布可供选择。挤压涂布技术是较为先进的技术，可以用于较高粘度流体涂布，能获得较高精度的涂层。辊涂法也是比较成熟的涂布工艺，有可能得到均匀度较好的涂层。但对机械构件的要求很高，如高精度的涂布辊和高精密级的轴承等。

发明内容

本发明针对现有用于生产锂离子电池中各组成件的涂布工艺所存在的问题，而提供一种柔性可控涂布系统以及基于该系统实施的涂布方法。该方案结合电气控制技术，有效地控制较高粘度流体的温度、粘度、流量、压力；以及使用合理设计的挤压噴嘴，获得较高精度的涂层。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

柔性可控涂布系统，所述系统包括：

浆料仓，所述浆料仓内存放浆料；

挤压仓，所述挤压仓连通浆料仓，并根据涂布要求进入仓内的浆料进行温度、粘度以及压力的控制；

可控条封挤压器，所述可控条缝挤压器设置在挤压仓的出口处，将挤压仓内浆料涂布于涂布基材上，并根据涂布要求对涂布的门幅宽度、速度、流量以及方向进行调整；

控制中心，所述控制中心分别控制浆料仓、挤压仓以及可控条封挤压器。

在涂布系统的优选实例中，所述控制中心包括温度-粘度控制器、流量-压力控制器以及中央控制器，所述温度-粘度控制器根据浆料流变性质建立温度、粘度的数学模型，并以此来控制挤压仓；所述流量-压力控制器根据温度-粘度控制器的控制数据建立门幅、速度、涂层厚度的函数式，以此来控制可控条封挤压器完成涂覆工艺；所述中央控制器控制协调温度-粘度控制器和流量-压力控制器的工作。

进一步的，所述温度-粘度控制器在利用建立的温度模型进行控制时，分别获取浆料仓、挤压仓和可控条缝挤压器中工作温度，并通过三个点的温度梯度关系建立温度控制曲线。

进一步的，所述可控条封挤压器包括若干并列设置的可调条缝型喷嘴，每个可调条缝型喷嘴由流量调节腔以及方向可调的条缝形喷头组成，所述流量调节腔的进口连接挤压仓的出口，其出口连接条封形喷头。

再进一步的，所述流量调节腔包括调节腔体和调节块，所述调节块为渐变结构，可移动的安置在调节腔体中，并与调节腔体出口相配合，通过移动调节调节腔体出口的大小。

作为本发明的第二目的，柔性可控涂布方法，所述方法包括如下步骤：

（1）中央控制器根据涂布工艺要求形成相应的工艺控制要求；

（2）温度-粘度控制器根据中央控制器的工艺要求控制挤压仓，挤压仓对其的浆料进行温度和粘度的控制，达到工艺要求；

（3）流量-压力控制器根据中央控制器的工艺要求控制挤压仓的压力，使得挤压仓内浆料以相同的压力进入到可控条缝挤压器中；

（4）流量-压力控制器根据工艺要求调节可控条缝挤压器的涂布门幅大小，使其与涂布基材相配合，同时根据浆料的温度、粘度以及压力调节挤压器的大小，精确控制浆料的流量，在基材上形成高精度涂层。

本发明提供的方案能够实现涂布的自动控制，且能够根据工艺要求对涂布厚度进行精确的工艺，极大地提高涂布的精度和质量。

同时，本方案在实施时，操作简便，对操作者的技术依赖度降低。

再者，本方案应用范围较广，可降低设备的投入成本，其可在一定程度上扩大设备的应用范围，提高设备的利用率。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中柔性可控涂布系统的结构示意图；

图2为本发明中控制器的控制原理图；

图3为本发明中可调条缝型喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，其所示为本实例中柔性可控涂布系统的结构示意图。该系统主要包括浆料仓100、挤压仓200、可控条缝挤压器300以及控制中心400（参见图2）这四个部分。

浆料仓100，其用于存放待涂布的浆料。

挤压仓200，挤压仓200连接于浆料仓100获取浆料仓100内的浆料，并在挤压仓内实现对浆料的温度和压力的控制，以调节不同品质的浆料，实现涂布对浆料的粘度和涂布速度的要求。

可控条缝挤压器300，其为挤压涂布技术的最终执行器件，其设置在挤压仓的出口处，在挤压仓200压力的作用下将挤压仓内浆料涂布于涂布基材上，并根据涂布要求对涂布的门幅宽度、速度、流量以及方向进行调整。

在涂布技术中称为“涂布窗口”的临界条件范围内，才能进行正常涂布。故条缝喷嘴的条缝宽度、出液角度、直线度等均会影响涂层的均匀性。常用条缝喷嘴的几何尺寸是不可变的，按提供的流变数据设计加工出的条缝喷嘴，在涂布浆料流变性质有较大改变时，就有可能影响涂布精度。而本实例中的可控条缝挤压器300其可根据要求对涂布的门幅宽度、速度、流量以及方向进行调整，具有一定的柔性度，故其具有较宽的适用范围，能适用于不同的流变数据的浆料的涂布。

具体的，该可控条封挤压器300由若干可调条缝型喷嘴301组成，这些可调条缝型喷嘴301通过并列相互拼接而成。

参见图3，每个可调条缝型喷嘴301由流量调节腔302以及方向可调的条缝形喷头303组成。该流量调节腔302用于对进行涂布的浆料的流量进行调节，其包括一调节腔体302a和一调节块302b，该调节腔体302a的入口与挤压仓200的出口相配合相接，接收挤压仓200中挤出的浆料，其出口与条缝形喷头303配合相接；调节块302b整体为一渐变结构，可移动的安置在调节腔体302a中，并与调节腔体302a的出口相配合，通过移动调节调节块302b与调节腔体302a出口之间的相对于位置，从而实现调节调节腔体302a出口的大小，对浆料的流量进行控制。

为了达到较好的调节效果，在本实例中调节腔体302a的出口采用圆形设置，与之配合的调节块302b整体为圆锥体结构，这样通过调节圆锥形调节块302b相对于出口的位置，既可实现对调节腔体302a出口大小的线性控制，从而可对浆料流量的线性控制。

与流量调节腔302相接的条缝形喷头303，其能够对浆料涂布的方向、角度、大小等进行调整。具体的，该条缝形喷头303由两块条形板303a配合组成，两块条形板303a相对的设置在调节腔体302a出口处，在两者之间形成条形条缝，该条缝用于实现浆料的涂布。同时，这两块条形板303a可绕连接部进行一定角度的转动。通过两者的转动配合，既可实现对涂布时条缝宽度、出液角度等方面进行调整。

为了达到精确的控制，本实例中采用伺服电机来驱动条形板303a的转动。

根据上述方案形成的可控条缝挤压器300可有效解决宽门幅喷涂左中右不均的问题，以及能够满足不同门幅变化的要求。可控条封挤压器300由若干可调条缝型喷嘴301并列拼装形成，这样当挤压仓内具有相同压力的浆料通过喷嘴时，通过调节喷嘴内的滑块位置调节腔体的截面，来调节出胶量；而在涂布窄门幅基材时，调节滑块位置可以关闭喷嘴，以满足不同宽度的门幅。

控制中心400其为整个系统的控制中心，根据工艺要求分别控制浆料仓100、挤压仓200、可控条缝挤压器300的各项工作。

参见2，控制中心400主要包括温度-粘度控制器401、流量-压力控制器402以及中央控制器403叁部分。

温度-粘度控制器401根据不同浆料的性质控制整个系统中浆料的温度和粘度。

由于在涂布浆料流变性质有较大改变时，就会影响涂布精度。其中浆料的粘度与温度是直接有关的两个因素。浆料的流动性与粘度有关，粘度越高，流动性越差，影响涂层的厚度和均匀性。故本实例中，温度-粘度控制器401主要对挤压仓200进行控制，其根据浆料流变性质，建立温度、粘度的数学模型，并由此来控制挤压仓200对其内浆料的温度和粘度进行控制，以获取最佳工艺参数，以满足涂布精度的要求。

对于温度-粘度控制器401控制所需的实际温度，本实例中采用三个温度检测点，分别分布在浆料仓、挤压仓和可控条缝挤压器中，由此能够为温度-粘度控制器401进行温度控制的决策提供正确数据和温度传递关系。同时温度-粘度控制器401通过三个点的温度梯度关系建立温度控制曲线，再由此结合建立的温度数学模型对挤压仓中浆料的温度进行精确控制，不受环境温度的变化影响，保证涂布时浆料的粘度性能。

流量-压力控制器402根据温度-粘度控制器的控制数据建立门幅、速度、涂层厚度的函数式，以此来控制可控条缝挤压器完成涂覆工艺。

具体的，该流量-压力控制器402控制连接挤压仓和可控条缝挤压器，对于可控条缝挤压器，控制其上每个可调条缝型喷嘴301中的调节块302b以及条封形喷头303。其首先建立门幅、速度、涂层厚度的函数式，配合温度-粘度控制器的控制数据，来控制挤压仓浆料的挤出压力，再控制可控条缝挤压器进行涂布的宽度、厚度和速度，完成涂覆工艺。

由此可实现对不同门幅、不同速度、不同涂层厚度的工艺状态，通过合理控制、调整涂覆的流量（压力），有效保证涂布的精度。

中央控制器403分别控制温度-粘度控制器401和流量-压力控制器402。协调两者之间的控制工作。

具体的，中央控制器403内存有不同涂布浆料的涂布控制模式，每个涂布控制模式包含该涂布工艺的工艺参数：温度（粘度）、流量（压力）和可控条缝挤压器的工作参变量，可控制涂液的物理性质等各种条件。使涂布浆料处在一个合理的范围内（也就是操作条件进入“涂布窗口”的临界条件范围内），才能涂布出无弊病的涂层。

基于上述方案形成的柔性可控涂布系统在进行涂布控制时，具体通过如下步骤来实现：

（1）根据涂布浆料的流变数据（温度、粘度、流量、压力）和涂层厚度，由从中央控制器中选定对应的工艺控制模式。中央控制器将该工艺控制模式的相关控制参数分别发送至温度-粘度控制器和流量-压力控制器。

（2）温度-粘度控制器根据中央控制器发送的工艺控制参数形成相应的温度和粘度控制模型，由此对挤压仓进行控制，挤压仓将根据要求对其的浆料进行温度和粘度的控制，达到工艺要求。

（3）流量-压力控制器根据中央控制器发送的工艺控制参数形成相应的建立门幅、速度、涂层厚度的函数式，并由此来控制可控条缝挤压器300的工作参数，同时流量-压力控制器根据中央控制器的工艺要求控制挤压仓内浆料的挤出压力，使得挤压仓内浆料以相同的压力进入到可控条缝挤压器中。

（4）流量-压力控制器根据流量-压力控制器的控制要求调节可控条缝挤压器的涂布门幅大小，使其与涂布基材相配合，同时根据浆料的温度、粘度以及压力调节挤压器的大小，精确控制浆料的流量，在基材上形成高精度涂层。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.柔性可控涂布系统，其特征在于，所述系统包括：

浆料仓，所述浆料仓内存放浆料；

挤压仓，所述挤压仓连通浆料仓，并根据涂布要求进入仓内的浆料进行温度、粘度以及压力的控制；

可控条缝挤压器，所述可控条缝挤压器设置在挤压仓的出口处，将挤压仓内浆料涂布于涂布基材上，并根据涂布要求对涂布的门幅宽度、速度、流量以及方向进行调整；

控制中心，所述控制中心分别控制浆料仓、挤压仓以及可控条缝挤压器。

2.根据权利要求1所述的柔性可控涂布系统，其特征在于，所述控制中心包括温度-粘度控制器、流量-压力控制器以及中央控制器，所述温度-粘度控制器根据浆料流变性质建立温度、粘度的数学模型，并以此来控制挤压仓；所述流量-压力控制器根据温度-粘度控制器的控制数据建立门幅、速度、涂层厚度的函数式，以此来控制可控条缝挤压器完成涂覆工艺；所述中央控制器控制协调温度-粘度控制器和流量-压力控制器的工作。

3.根据权利要求2所述的柔性可控涂布系统，其特征在于，所述温度-粘度控制器在利用建立的温度模型进行控制时，分别获取浆料仓、挤压仓和可控条缝挤压器中工作温度，并通过三个点的温度梯度关系建立温度控制曲线。

4.根据权利要求1所述的柔性可控涂布系统，其特征在于，所述可控条缝挤压器包括若干并列设置的可调条缝型喷嘴，每个可调条缝型喷嘴由流量调节腔以及方向可调的条封形喷头组成，所述流量调节腔的进口连接挤压仓的出口，其出口连接条缝形喷头。

5.根据权利要求4所述的柔性可控涂布系统，其特征在于，所述流量调节腔包括调节腔体和调节块，所述调节块为渐变结构，可移动的安置在调节腔体中，并与调节腔体出口相配合，通过移动调节调节腔体出口的大小。

6.柔性可控涂布方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)中央控制器根据涂布工艺要求形成相应的工艺控制要求；

(2)温度-粘度控制器根据中央控制器的工艺要求控制挤压仓，挤压仓对其的浆料进行温度和粘度的控制，达到工艺要求；

(3)流量-压力控制器根据中央控制器的工艺要求控制挤压仓的压力，使得挤压仓内浆料以相同的压力进入到可控条缝挤压器中；

(4)流量-压力控制器根据工艺要求调节可控条缝挤压器的涂布门幅大小，使其与涂布基材相配合，同时根据浆料的温度、粘度以及压力调节可控条缝挤压器的大小，精确控制浆料的流量，在基材上形成高精度涂层。