CN112676105A - 一种压电陶瓷涂布模头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电陶瓷涂布模头，包括上模和下模，还包括调整垫片和压电陶瓷控制模组，调整垫片偏置于上模和下模之间使上模局部悬空，压电陶瓷控制模组安装在上模上用于改变上模悬空区域的涂布浆料出料间隙。本发明可精确控制涂布浆料出料间隙，降低对操作人员的经验依赖，且本发明采用压电陶瓷控制模组控制涂布浆料出料间隙，其中的压电陶瓷促动端受到压电陶瓷的微变形叠加直接推动，由输入电压控制，反应灵敏，不会产生卡滞、爬行的问题，且调整片的整体结构无拼缝无断层，形成的涂布浆料出料间隙具有平滑整齐界面，挤出的涂布浆料厚度更均匀，可有效消除条纹、暗痕等涂布质量缺陷，保证涂布过程面密度一致性。

Description

一种压电陶瓷涂布模头

技术领域

本发明涉及一种电池制造设备，更具体地说，它涉及一种压电陶瓷涂布模头。

背景技术

锂电池是目前性能最优的二次电池产品，是混合动力车、纯电动汽车、储能系统等应用技术和工程技术的基础。极片制作工艺是制造锂电池的基础工艺，此环节对所用设备的精度、可靠性及设计科学性等要求非常高。极片表面需涂布活性物质，常见的极片活性物质涂布工艺有转移式和狭缝挤压式，其中的狭缝挤压式涂布的工艺窗口比较宽，可操作工艺范围大，封闭型腔，出现涂布缺陷相对较少，可以实现不同涂布宽度调整，而且干燥条件允许时，能够采用更高的涂布速度进行生产，生产效率高。对于极片质量要求更高的动力电池采用狭缝挤压涂布生产工艺，生产出来的极片质量一致性更好，因此狭缝挤压式涂布也是目前使用最为广泛的生产工艺。狭缝挤压式涂布是指一定流量的浆料从挤压头上料口进入模头内部型腔，并形成稳定的压力，浆料最后在模头狭缝出口流出涂覆在箔材上，涂布的关键指标是涂布面密度，狭缝间隙控制是影响涂布面密度的最大影响因素，实现狭缝间隙精准控制是提高面密度一致性的关键方式。

目前狭缝挤压式涂布模头主要是通过螺栓调节、千分尺调节或步进电机调节这三种方式实现狭缝间隙调整过程。螺栓调节控制狭缝间隙的方式会由于螺栓螺纹磨损、变形、卡滞等原因无法实现涂覆过程的快速调节，无法精确控制狭缝间隙；并且螺栓调节过程严重依赖操作人员的经验，调节具有滞后性。

千分尺调节控制狭缝间隙的方式同样存在调节过程依赖操作人员的经验，调节具有滞后性的问题；且由于每个千分尺结构单独连接一个调节片，调节片之间存在高度差，导致涂布过程出现条纹、暗痕等缺陷，存在面密度控制失效的风险。

而采用步进电机控制狭缝间隙的方式时，由于微型步进电机在高分辨率控制时存在爬行现象导致出现行程突变，使得涂布过程频繁调节时也容易出现条纹、暗痕等缺陷，影响面密度一致性。

公开号为CN102101091A的发明专利于2009年12月18日公开了一种压电陶瓷涂布头，包括外壳、液体流道、压电陶瓷、引流气体流道、换能头、电缆，所述的液体流道设置在外壳顶部，所述的压电陶瓷设置在外壳内部，所述的换能头设置在外壳底部，所述的电缆设置在外壳顶部，所述的引流气体流道设置在外壳顶部，引流气体从顶部引入，流经压电陶瓷表面，从换能头雾化喷出，引流的同时使压电陶瓷表面散热。与现有技术相比，该发明具有喷涂均匀、产品质量高，流道不易堵塞等优点。但是该发明最终是点状输出雾化涂料，完全不适合极片的大规模生产。

发明内容

现有的狭缝挤压式涂布工艺存在调节滞后，涂布质量不稳定等问题，为克服这些缺陷，本发明提供了一种可快速调节，精确控制狭缝间隙，降低对操作人员的经验依赖，涂布质量稳定的压电陶瓷涂布模头。

本发明的技术方案是：一种压电陶瓷涂布模头，包括上模和下模，还包括调整垫片和压电陶瓷控制模组，调整垫片偏置于上模和下模之间使上模局部悬空，压电陶瓷控制模组安装在上模上用于改变上模悬空区域的涂布浆料出料间隙。在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形；电场去掉后，电介质的变形随之消失。这种现象被称为压电效应，压电陶瓷控制模组正是利用其中核心器件的压电效应工作，通过对压电陶瓷控制模组输入不同电压，产生相应变形量，压电陶瓷控制模组的变形部位设置在上模悬空区域，发生不同程度的变形，压电陶瓷控制模组与下模之间的间隙也随之变化，压电陶瓷控制模组与下模之间的间隙用于通过涂布浆料，本发明通过输入不同电压可调节涂布浆料的通量，由于压电陶瓷控制模组的单个核心器件即具有电能与机械能的转换功能，不似电机存在复杂的器件配合联动关系及较长的信号、动力传递路径，因此压电陶瓷控制模组电能与机械能间的转换十分迅速，输出对输入的响应十分灵敏且响应曲线连续、平滑，因此不会产生螺栓调节、千分尺调节方式中的卡滞问题以及步进电机控制方式中的爬行问题，这样可确保在浆料涂布时形成稳定的面密度。

作为优选，压电陶瓷控制模组包括模组安装座、压电陶瓷、防护垫片和调整片，模组安装座固定在上模顶部，压电陶瓷贯穿连接在模组安装座且压电陶瓷促动端可外露于模组安装座底部，压电陶瓷安装在模组安装座上，防护垫片镶嵌在模组安装座上且叠加在调整片上，调整片连接在压电陶瓷促动端。压电陶瓷为压电陶瓷控制模组的核心器件，具有压电效应，输入电压后，压电陶瓷可产生微变形，推动促动端伸出，带动调整片变形下压，实现上模悬空区域内的狭缝间隙调整。压电陶瓷具有闭环控制功能，实时感知调整量，控制本压电陶瓷涂布模头工作的控制系统依据面密度监测反馈信号实时调整压电陶瓷输入电压，实现涂布过程的快速调节，精确控制狭缝间隙，降低对操作人员的经验依赖。

作为优选，上模顶部设有贯通上模两端的安装槽，压电陶瓷控制模组安装于安装槽内。针对不同规格的极板，压电陶瓷控制模组也需更换成对应规格。另外压电陶瓷控制模组也需定期维护。上模顶部设置安装槽，便于压电陶瓷控制模组快速定位安装，从而方便换型、拆装及维护。

作为优选，压电陶瓷为多个且均布在模组安装座上，调整片为单体结构并与各压电陶瓷连接。涂布设备通常具有较大的幅宽，便于同时完成更大幅面极板材料的涂布，以取得更好的经济性，因此压电陶瓷控制模组也需配置多个压电陶瓷，调整片为单个整体，并且与每一个压电陶瓷的促动端连接，调整片不存在拼缝，可避免出现条纹、暗痕的问题，从而提高面密度一致性。

作为优选，模组安装座与上模结合部设有密封结构。压电陶瓷控制模组与上模间的密封配合可防止涂布过程浆料外溢。

作为优选，调整片为弹性金属片。弹性金属片兼具弹性和韧性，变形的面域较大，压电陶瓷的促动端一点驱动时即可带动较大的面变形，利于保证涂布浆料出料间隙的均匀度，从而更好地保证浆料涂布面密度。

作为优选，防护垫片用橡胶制成。防护垫片的主要作用是实现压电陶瓷控制模组的模组安装座在压电陶瓷促动端这一侧与上模密封配合，橡胶制成的防护垫片具有良好的弹性变形性能，防护垫片可随着调整片变形而产生同步形变，在形变的过程中防护垫片和调整片贴合，涂布浆料不会进入压电陶瓷内部。

作为优选，上模和下模通过螺栓连接。用螺栓固定上模和下模，结构简单，固定可靠，便于拆装维护。

本发明的有益效果是：

精确控制涂布浆料出料间隙，降低对操作人员的经验依赖。本发明通过压电陶瓷上输入电压的变化控制涂布浆料出料间隙，压电陶瓷具有闭环控制功能，实时感知间隙调整量，控制系统依据面密度监测反馈信号实时调整压电陶瓷输入电压，实现涂布过程的快速调节，精确控制涂布浆料出料间隙，降低对操作人员的经验依赖，削弱人为因素对极板浆料涂布效率、质量的影响。

提高极板浆料涂布质量。本发明采用压电陶瓷控制模组控制涂布浆料出料间隙，其中的压电陶瓷促动端受到压电陶瓷的微变形叠加直接推动，由输入电压控制，反应灵敏，不会产生卡滞、爬行的问题，且调整片的整体结构无拼缝无断层，形成的涂布浆料出料间隙具有平滑整齐界面，挤出的涂布浆料厚度更均匀，可有效消除条纹、暗痕等涂布质量缺陷，保证涂布过程面密度一致性。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的一种分解结构示意图；

图3为本发明的背面结构示意图；

图4为本发明中压电陶瓷控制模组的一种结构示意图；

图5为本发明的一种纵剖面结构示意图；

图6为本发明移除上模、模组安装座及压电陶瓷后的一种结构示意图；

图7为本发明移除上模、模组安装座、压电陶瓷及防护垫片后的一种结构示意图。

图中，1-上模，11-安装槽，2-调整垫片，3-下模，4-压电陶瓷控制模组，41-模组安装座，42-压电陶瓷，43-防护垫片，44-调整片，5-把杆，6-浆料输入口，7-浆料槽。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图7所示，一种压电陶瓷涂布模头，用于极板涂布机，本压电陶瓷涂布模头包括上模1和下模3，上模1顶部设有螺栓穿孔，下模3顶部设有与螺栓穿孔对应的螺纹孔，使得上模1和下模3可通过螺栓固定。上模1后端通过一对铰链铰接在下模3后端，上模1的半边铰链上固定有把杆5。本压电陶瓷涂布模头还包括调整垫片2和压电陶瓷控制模组4，调整垫片2偏置于上模1和下模3之间，靠近所述涂布模头后端面及两侧，得上模1的前端中部悬空。上模1和下模3的前端面均为斜面，上模1前端面与下模3前端面结合部形成涂布浆料出料唇口。下模3后端面设有浆料输入口6，浆料输入口6通过一浆料流道与一设置于下模3内部的浆料槽7连通，浆料槽7开口于上模1悬空区域内的下模3顶面。压电陶瓷控制模组4安装在上模1上用于改变上模1悬空区域的涂布浆料出料间隙。压电陶瓷控制模组4包括模组安装座41、压电陶瓷42、防护垫片43和调整片44，模组安装座41通过螺栓固定在上模1顶部，压电陶瓷42贯穿连接在模组安装座41且压电陶瓷42促动端可外露于模组安装座41底部，压电陶瓷42安装在模组安装座41上，防护垫片43镶嵌在模组安装座41上且叠加在调整片44上，调整片44连接在压电陶瓷42促动端。上模1顶部设有贯通上模1两端的安装槽11，压电陶瓷控制模组4安装于安装槽11内。压电陶瓷42为十七个且均布在模组安装座41上，调整片44为单体结构并与各压电陶瓷42连接。模组安装座41与上模1结合部设有密封结构。调整片44为弹性金属片，防护垫片43用橡胶制成。本压电陶瓷涂布模头接入一控制系统。

极板涂布机工作时，极板涂布机中的卷箔滚筒带动极板基材箔片运动，本压电陶瓷涂布模头的浆料出料唇口靠近贴合在卷箔滚筒的极板基材箔片弧形部位。涂布浆料经由浆料输入口6被泵入浆料槽7，在所述控制系统控制下输入电压，压电陶瓷42可产生微变形，推动压电陶瓷42的促动端伸出，带动调整片44变形下压，实现上模1悬空区域内的狭缝间隙调整，形成所需的涂布浆料出料间隙，使得浆料槽7内的涂布浆料从涂布浆料出料间隙挤出时，形成合适的涂布浆料厚度，在极板基材箔片上摊平。压电陶瓷42具有闭环控制功能，实时感知调整量，控制本压电陶瓷涂布模头工作的控制系统依据面密度监测反馈信号实时调整压电陶瓷42输入电压，实现涂布过程的快速调节，精确控制狭缝间隙。

实施例2：

压电陶瓷42为二十四个。其余同实施例1。

Claims (8)

1.一种压电陶瓷涂布模头，包括上模（1）和下模（3），其特征是还包括调整垫片（2）和压电陶瓷控制模组（4），调整垫片（2）偏置于上模（1）和下模（3）之间使上模（1）局部悬空，压电陶瓷控制模组（4）安装在上模（1）上用于改变上模（1）悬空区域的涂布浆料出料间隙。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷涂布模头，其特征是压电陶瓷控制模组（4）包括模组安装座（41）、压电陶瓷（42）、防护垫片（43）和调整片（44），模组安装座（41）固定在上模（1）顶部，压电陶瓷（42）贯穿连接在模组安装座（41）且压电陶瓷（42）促动端可外露于模组安装座（41）底部，压电陶瓷（42）安装在模组安装座（41）上，防护垫片（43）镶嵌在模组安装座（41）上且叠加在调整片（44）上，调整片（44）连接在压电陶瓷（42）促动端。

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷涂布模头，其特征是上模（1）顶部设有贯通上模（1）两端的安装槽（11），压电陶瓷控制模组（4）安装于安装槽（11）内。

4.根据权利要求2所述的压电陶瓷涂布模头，其特征是压电陶瓷（42）为多个且均布在模组安装座（41）上，调整片（44）为单体结构并与各压电陶瓷（42）连接。

5.根据权利要求2所述的压电陶瓷涂布模头，其特征是模组安装座（41）与上模（1）结合部设有密封结构。

6.根据权利要求2所述的压电陶瓷涂布模头，其特征是调整片（44）为弹性金属片。

7.根据权利要求2所述的压电陶瓷涂布模头，其特征是防护垫片（43）用橡胶制成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的压电陶瓷涂布模头，其特征是上模（1）和下模（3）通过螺栓连接。

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