CN109876935A - 涂布垫片、涂布机以及极片涂布工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种涂布垫片，为等壁厚一体薄片，大体呈具有两个开口的日字形框，两个所述开口对称分布在所述日字形框内部的分隔部的端部两侧，所述分隔部包括设有倒角的外端，所述日字形框包括设有倒角的外端，使得每一所述开口自内而外对称扩张至两边，扩张夹角为110‑180°，扩张长度为3‑8mm，所述垫片的厚度大于1.0mm。通过微扩张形开口，使得喷出的浆料向两边扩散，使得边缘区域的厚度远低于中间区域，避免高于450g/m²面密度涂布工艺中存在的鼓包现象，并通过增加垫片的厚度，解决因高面密度成型要求，现有的1mm厚度垫片所需容腔内压力大而导致的面密度不稳及敷料宽度变大的问题。

Description

涂布垫片、涂布机以及极片涂布工艺

技术领域

本发明涉及涂布技术领域，特别是指一种涂布垫片、涂布机以及极片涂布工艺。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

锂离子电池制造过程中，包含涂布工序，现在很多企业采用挤压涂布方式，原因是涂布效率高，敷料量均匀性好。锂离子电池的电极的涂布主要是由涂布和烘干两部分组成，在电极的烘干过程中，浆料中的溶剂随着加热逐渐挥发，会导致活性物质层的收缩，使得石墨颗粒相互靠近。随着涂布面密度的提升，边缘与内部的溶剂挥发产生明显差异，边缘处挥发较快，活性物质层先收缩，边缘处先干浆料表面张力较大，对内部未干浆料形成拉力，导致边缘变厚，面密度不稳，形成所谓的“鼓包”问题(敷料与集流体交界两端10mm处经常出现“鼓包”)：即此处敷料厚度超出正常敷料厚度0.005mm～0.015mm，导致收卷时两边厚度超出中间厚度，甚至引起破裂、折断等异常，此类电极到辊压工序还会引起波浪边，分切小片后两端的波浪边电极进行卷绕时不良率高甚至报废。

涂布烘干主要决定涂布宽度、涂布量及电极微观结构等指标，最终影响电池的浸润性、粘结性和锂离子的扩散动力学等特性性能。目前当涂布面密度超过450g/m²，现有的工艺技术就会出现上述的极片鼓边及敷料宽度变大的现象，因此常规工艺、工装设备已无法满足高面密度涂布工艺的要求。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种改进的涂布垫片，其能够解决现有工艺中涂布面密度超出450g/m²时出现的鼓边、面密度不稳以及敷料宽度变大的现象。

本发明提供的技术方案为：一种涂布垫片，为等壁厚一体薄片，大体呈具有两个开口的日字形框，两个所述开口对称分布在所述日字形框内部的分隔部的端部两侧，所述分隔部包括设有倒角的外端，所述日字形框包括设有倒角的外端，使得每一所述开口自内而外对称扩张至两边，扩张夹角为110-180°，扩张长度为3-8mm，所述垫片的厚度大于1.0mm。

进一步地，所述扩张夹角为2*arctan(5/2)，所述扩张长度为(5²+2²)^(1/2)mm。

进一步地，所述垫片的厚度为1.1-1.3mm，所述垫片上开设多个贯穿孔，所述贯穿孔垂直于厚度方向的截面为圆形或椭圆或其它变形。

进一步地，所述垫片的厚度为1.2mm，所述日字形框背离所述开口的长边自外边缘沿纵长方向向两侧延伸出凸部，所述凸部的宽度小于所述长边的宽度。

本发明另提供一种涂布机，包括上模头、下模头和涂布垫片，所述上模头和所述下模头扣合形成出口为狭缝的内部容腔，所述垫片设于所述上模头和所述下模头之间(所述容腔中)并划分所述容腔形成两个流道，所述上模头或/和所述下模头设有与所述流道贯通的上料口，自上料口进入的浆料流经所述流道喷涂覆盖极片整个表面，所述流道出口的宽度小于极片的宽度。

其中，所述涂布垫片为等壁厚一体薄片，大体呈具有两个开口的日字形框，两个所述开口对称分布在所述日字形框内部的分隔部的端部两侧，所述分隔部包括设有倒角的外端，所述日字形框包括设有倒角的外端，使得每一所述开口自内而外对称扩张至两边，扩张夹角为110-180°，扩张长度为3-8mm，所述垫片的厚度大于1.0mm。

进一步地，所述扩张夹角为2*arctan(5/2)，所述扩张长度为(5²+2²)^(1/2)mm。

进一步地，所述垫片的厚度为1.1-1.3mm，所述垫片上开设多个贯穿孔，所述贯穿孔垂直于厚度方向的截面为圆形或椭圆或其它变形。

进一步地，所述垫片的厚度为1.2mm，所述日字形框背离所述开口的长边自外边缘沿纵长方向向两侧延伸出凸部，所述凸部的宽度小于所述长边的宽度。

本发明还涉及一种极片涂布工艺，包括以下步骤：

准备上述的涂布机，选择适合的所述垫片；

每一所述流道出口处居中加载极片箔材；

在所述上料口装入浆料，通过调控进料流量、容腔内压力和箔材牵引速率得到无鼓边且不断带的成卷极片，然后烘干得到成品。

进一步地，容腔内压力控制为70-140kPa之间。

进一步地，进料流量控制为145-165rpm之间。

进一步地，箔材牵引速率为18-22m/min。

进一步地，浆料的涂布面密度高于450g/m²，涂布烘干后产品的边缘1cm内厚度比中间平均值小18μm，其余中间区域厚度误差在2μm以内。

与现有技术相比，上述涂布垫片、涂布机以及极片涂布工艺通过微扩张形开口，使得喷出的浆料向两边扩散，使得边缘区域的厚度远低于中间区域，避免高于450g/m²面密度涂布工艺中存在的鼓包现象，并通过增加垫片的厚度，解决因高面密度成型要求，现有的1mm厚度垫片所需容腔内压力大而导致的面密度不稳及敷料宽度变大的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一实施方式中涂布垫片的平面结构示意图。

图2为本发明一实施方式中涂布机的部分结构示意图。

图3为本发明一实施方式的涂布工艺原理示意图。

附图标记说明:

垫片/涂布垫片 100

分隔部 10

扩张长度 L

扩张夹角 α

日字形框 15

日字形框的长边 151

日字形框的短边 153

日字形框的开口边 155

日字形框的长边宽度 W1

日字形框的短边宽度 W2

日字形框的开口边宽度 W3

开口 20

孔 30

第一圆孔 301

第二圆孔 302

变形孔 303

凸部 40

凸部的长度 L2

凸部的宽度 W4

涂布机 200

上模头 201

下模头 203

流道 207

极片箔材 205

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。

本发明提供一种极片涂布工艺，涉及锂离子电池制造过程中高密度(高于450g/m²)涂布工序，针对由于涂布面密度的提升而出现的极片鼓边、面密度不稳及敷料宽度变大的现象，本发明通过垫片的结构设计来解决上述问题。

请参阅图1，本发明的一种涂布垫片100，为等壁厚一体薄片，大体呈具有两个开口20的日字形框，两个所述开口20对称分布在所述日字形框内部的分隔部10的端部两侧。所述分隔部10包括设有倒角的外端，所述日字形框包括设有倒角的外端，使得每一所述开口20自内而外对称扩张至两边，扩张夹角α为110-180°，扩张长度L为3-8mm，所述垫片100的厚度大于1.0mm。此处设计垫片100具有使浆料扩张喷出的微倒角，或者称微扩张段，消除浆料因硬固/干固效率不同产生张力而造成的鼓包现象，并且增加垫片100的厚度控制涂布压力来调节面密度均匀性和敷料宽度。在一实施方式中，所述日字形框包括1个长边151、2个短边153、2个开口20、开口边155和分隔部10，所述日字形框的开口边155包括设有第一倒角和第二倒角的外端，所述分隔部10包括设有第三倒角和第三倒角的外端；第一倒角与第三倒角相对形成一开口20的微扩张段，第二倒角与第四倒角相对形成另一开口20的微扩张段。所述日字形框的长边长度约为750mm(误差-0.20mm～-0.05mm)，整体宽度约为155mm(误差-0.10mm～-0.05mm)，日字形框的长边宽度W1约为35mm，日字形框的短边宽度W2约为40mm，日字形框的开口边宽度W3约为55mm。

当浆料粘度在9000-14000mPa·S之间时，如图1示出的垫片100结构，其中：扩张夹角，即微扩张段相对倒角边壁的夹角α为2*arctan(5/2)，扩张长度L为(5²+2²)^(1/2)mm，涂布效果最佳。本发明的垫片100可以根据所需产品的面密度要求越高，相应设计扩张夹角α越大，所述扩张长度越长，以制备出无鼓包、面密度均匀和敷料宽度适宜的产品。

在具体实施方式中，现有垫片较薄(通常为1mm)，在相同的模头开口大小和相同的面密度要求下，垫片越薄，所需要的涂布压力(容腔内压力)就越大，而压力越大则喷出的浆料就会造成面密度不稳(面密度不均匀)和敷料宽度变大，如在面密度为450g/m²的喷涂过程中，采用常规的1mm厚度垫片100，所需涂布压力为150kPa，试验结果显示敷料宽度不稳定。上述情形中，若增加垫片厚度可以减小涂布压力，缓解敷料宽度不稳定的现象，但涂布压力也不宜过小，容易影响涂布效果，如1.4mm厚度垫片100所需涂布压力为60kPa，试验结果表明同样面密度波动会变大，浆料均匀性较差。为此，本发明在进行高面密度涂布工序时，调整所述垫片100的厚度为1.1-1.3mm，同时使容腔内压力有效控制在70-140kPa之间，既高于450g/m²涂覆产品的面密度均匀，又敷料宽度稳定且敷料宽度不会超宽或过窄。例如，在一实施方式中，所述垫片100的厚度为1.2mm，涂布压力为90kPa，涂布效果良好。

在具体实施方式中，所述垫片100上还开设多个贯穿孔30，所述贯穿孔30垂直于厚度方向的截面为圆形或椭圆或其它变形。其中，圆形的贯穿孔30用于紧固垫片100与模头的位置；椭圆形的贯穿孔30用于调节垫片100相对于模头的位置，一定程度上微调极片两边缘敷料的面密度，比如垫片100偏于哪一边缘侧，该边缘处的面密度会低一些，相对另一边缘则面密度会高一些。在一实施方式中，垫片100上有12个直径为13mm的第一圆孔301，2个直径为10mm的第二圆孔302，以及6个变形孔303，所述变形孔303两端为半圆形，直径为13mm，且两半圆中间切线的长度为4mm。日字形框的开口边155和分隔部10上没有分布孔30；6个变形孔303均匀分布在框体的2个短边上，两个短边上对称分布有2个的第二圆孔302，且每一第二圆孔302介于2个变形孔303之间，第二圆孔302以及变形孔303靠近开口一侧的半圆形的圆心在同一直线上。12个的第一圆孔301与两侧的2个变形孔303中半球形的圆心在同一直线上，设于日字形框的长边151上，其中中间10个13mm的第一圆孔301的圆心间距约为65mm，两侧边缘的的第一圆孔301与相邻的的第一圆孔301的圆心间距约为32.5mm。可以理解，其他变形的孔结构，需起到紧固、微调等作用，具体形状结构不受限定，比如椭圆形、矩形、三角形等等。

在具体实施方式中，所述日字形框的长边151自外边缘沿纵长方向向两侧延伸出凸部40，所述凸部40的宽度W4小于所述日字形框的长边宽度W1，所述凸部40用与模头卡合，方便操作人员握持以修正垫片100在模头中的位置。如图1示出的本实施方式中，所述凸部40在纵长方向单侧伸出的长度L2约为15mm，其宽度W4为15mm，小于日字形框的长边宽度W1(本实施方式中W1约为35mm)。可以理解的是，所述凸部40只要能够起到上述功能作用，其尺寸、形状不受限制。

请一并参阅图2，本发明提供了一种涂布机200，包括上模头201、下模头203和上述的涂布垫片100，所述上模头201和所述下模头203扣合形成出口为狭缝的内部容腔，所述垫片100设于所述上模头201和所述下模头203之间(所述容腔中)并划分所述容腔形成两个流道207，所述上模头201或/和所述下模头203设有与所述流道207贯通的上料口(图未示出)，在本实施方式中，上料口开设于下模头203上，基本位于垫片100的中间区域。该涂布机200工作时，浆体如图3示出的流动轨迹流动，即自上料口进入的浆料流经所述流道207喷涂覆盖极片箔材205整个表面，其中所述流道207出口的宽度略小于极片箔材205的宽度，流道207出口的浆料向两边扩散，边缘区域的浆料涂布量明显小于中间区域的；并控制倒角的大小，保证中间区域浆料均匀分布，涂布量稳定，避免敷料宽度大。

采用上述涂布机200进行极片涂布过程包括以下步骤：

步骤1：准备上述的涂布机200，选择适合的垫片100(倒角、厚度、形状等选择参数)；

步骤2：每一所述流道出口处居中加载极片箔材205；

步骤3：在所述上料口装入浆料，通过调控进料流量、容腔内压力和箔材牵引速率得到无鼓边且不断带的成卷极片，然后烘干得到成品，其中：容腔内压力控制为70-140kPa之间；进料流量控制为145-165rpm之间；箔材牵引速率为18-22m/min。

为更好说明本发明的设计，开展了以下倒角实验。

由以上实验可知，浆料粘度在9000-14000mPa·S之间，垫片100扩张夹角为2*arctan(5/2)时，涂布效果最好。

本发明对不同面密度(高于450g/m²)的涂布工序进行了试验优化，以9节烘箱设备为例，优化后的工艺参数如下：

上述试验中，为保证极片能硬固/干固，涂布面密度越高，烘干的速度越低。

综上，本发明的涂布工艺适合最终浆料的涂布面密度高于450g/m²的极片产品的成型，涂布烘干后产品的边缘1cm内厚度比中间平均值小18μm，其余中间区域厚度误差在2μm以内，最终产品无鼓边，敷料宽度和面密度稳定，且成型效率和成品率高，并在一定程度上避免了设备损坏的隐患。

以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种涂布垫片，为等壁厚一体薄片，大体呈具有两个开口的日字形框，两个所述开口对称分布在所述日字形框内部的分隔部的端部两侧，其特征在于：所述分隔部包括设有倒角的外端，所述日字形框包括设有倒角的外端，使得每一所述开口自内而外对称扩张至两边，扩张夹角为110-180°，扩张长度为3-8mm，所述垫片的厚度大于1.0mm。

2.根据权利要求1所述的涂布垫片，其特征在于：所述扩张夹角为2*arctan(5/2)，所述扩张长度为(5²+2²)^(1/2)mm。

3.根据权利要求1所述的涂布垫片，其特征在于：所述垫片的厚度为1.1-1.3mm，所述垫片上开设多个贯穿孔，所述贯穿孔垂直于厚度方向的截面为圆形或椭圆或其它变形。

4.根据权利要求3所述的涂布垫片，其特征在于：所述垫片的厚度为1.2mm，所述日字形框背离所述开口的长边自外边缘沿纵长方向向两侧延伸出凸部，所述凸部的宽度小于所述长边的宽度。

5.一种涂布机，其特征在于：包括上模头、下模头和如权利要求1-4中任一项所述的涂布垫片，所述上模头和所述下模头扣合形成出口为狭缝的内部容腔，所述垫片设于所述容器中并将其划分形成两个流道，所述上模头或/和所述下模头设有与所述流道贯通的上料口，自上料口进入的浆料流经所述流道喷涂覆盖极片整个表面，所述流道出口的宽度小于极片的宽度。

6.一种极片涂布工艺，其特征在于，包括以下步骤：

准备如权利要求5所述的涂布机，选择适合的所述垫片；

每一所述流道出口处居中加载极片箔材；

在所述上料口装入浆料，通过调控进料流量、容腔内压力和箔材牵引速率得到无鼓边且不断带的成卷极片，然后烘干得到成品。

7.根据权利要求6所述的极片涂布工艺，其特征在于：容腔内压力控制为70-140kPa之间。

8.根据权利要求6所述的极片涂布工艺，其特征在于：进料流量控制为145-165rpm之间。

9.根据权利要求6所述的极片涂布工艺，其特征在于：箔材牵引速率为18-22m/min。

10.根据权利要求6所述的极片涂布工艺，其特征在于：浆料的涂布面密度高于450g/m²，涂布烘干后产品的边缘1cm内厚度比中间平均值小18μm，其余中间区域厚度误差在2μm以内。