CN113136607B

CN113136607B - 阴极辊侧板防结晶装置、生箔机、防结晶方法

Info

Publication number: CN113136607B
Application number: CN202110463284.8A
Authority: CN
Inventors: 曾尚南; 刘少华; 杨剑文; 杨雨平; 温欢元; 黄练彬
Original assignee: Guangdong Fine Yuan Science Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Fine Yuan Science Technology Co Ltd
Priority date: 2021-04-23
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2041-04-23
Also published as: CN113136607A

Abstract

本发明公开了一种阴极辊侧板防结晶装置、生箔机、防结晶方法；属于新能源汽车动力电池电解铜箔技术领域；其技术要点包括：包括：喷水管、滴加泵，所述喷水管与滴加泵连接；所述喷水管设置在阴极辊转动中心轴的正上方，喷水管正对阴极辊。采用本申请的一种阴极辊侧板防结晶装置、生箔机、防结晶方法，能够防止阴极辊侧端板结晶，同时还可以最大限定的减少纯水的加入。

Description

阴极辊侧板防结晶装置、生箔机、防结晶方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车动力电池用电解铜箔领域，更具体地说，尤其涉及一种阴极辊侧板防结晶装置、生箔机、防结晶方法。

背景技术

阴极辊端板结晶的问题是铜箔行业从业人员众所周知的技术问题。其会导致铜箔发生撕边。

对此技术问题，

文献1：CN207608639U提出了一种阴极辊侧喷淋装置，在阴极辊端部两侧设置的喷淋管，喷淋管水平布置并位于阴极辊旋出部对应液面的上方；喷淋管上设有喷淋段，喷淋段由多个沿喷淋管长度方向均布排列设置的喷淋孔组成，喷淋孔的出液方向斜向下指向对应的阴极辊端面，且喷淋段的内端与阴极辊所在圆心重合或位于阴极辊所在圆心的正上方，喷淋段的外端平齐或超出阴极辊边沿。

文献2：CN210194012U提出了一种防止阴极辊边缘结晶的喷淋装置，在侧封盖板连接有喷酸管以及抽风管，所述喷酸管、抽风管伸入侧封盖板之内，所述喷酸管的喷嘴对着阴极辊侧面。

文献3：CN205974704U提出了一种生箔机阴极辊喷淋装置，第一侧喷淋管和第二侧喷淋管分别位于阴极辊的两个端面外侧；前喷淋管靠近阴极辊的一侧、后喷淋管靠近阴极辊的一侧、第一侧喷淋管靠近阴极辊的一侧、第二侧喷淋管靠近阴极辊的一侧上均均匀分布有小孔。

文献4：CN204589334U提出了一种电解铜箔制箔机，刮擦装置设有两刮擦臂分别与阴极辊的左右两侧面接触，刮擦掉析出在阴极辊左右侧面上的铜，以避免阴极辊左右侧面积累铜结晶引起铜箔边部撕裂而导致铜箔断开，从而提高铜箔成品率和生产质量。

表1各方法优缺点

对于阴极辊侧板防结晶方法而言，目前常见的方法就是文献1和文献3。上述方案也是铜箔行业从业人员所熟知的技术方案。

上述方案在生产标准箔时是没有大的问题的。但是其在生产超薄铜箔、极薄铜箔，例如6微米、4.5微米的铜箔，就有问题了：

喷硫酸铜电解液，必然会在铜箔上产生酸雾点；这一问题对于超薄铜箔、极薄铜箔，对其品质(例如导电效果)会造成直接影响。

而为了避免在铜箔上产生酸雾点，纯水是一种选择。

但是，如CN207608639U的背景技术所述，原因是：一方面，喷淋下的水会进入到侧液槽中；侧液流与阴极辊下面的电解液的溶液是连通的(并不会完全密封)，一直用水冲会引起电解液的铜酸浓度稀释，工艺造成大的波动；

另一方面，侧液流的溶液仍然会回到电解液循环系统中，其浓度的变化，也会造成溶铜系统的压力、废水处理的压力。

对于第二个问题，相对容易解决，其也不会直接对铜箔造成影响；对于第一个问题，会直接造成铜箔质量的影响。

因此，基于上述理由；目前而言，各大铜箔厂仍然采用类似于文献1中的喷酸法。

综合上述理由，如何解决阴极辊侧端板的结晶问题仍然是困扰铜箔生产企业的一大核心问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种阴极辊侧板防结晶装置、生箔机、防结晶方法。

一种阴极辊侧板防结晶装置，其包括：喷水管、滴加泵，所述喷水管与滴加泵连接；

所述喷水管设置在阴极辊转动中心轴的正上方且在阴极辊转动中心轴的正上方的高度为r；喷水管正对阴极辊；

r在r_小与r_大之间；

r_小＝16.667D-15

r_大＝20.833D-16.25

r、r_小、r_大采用cm，r_小、r_大均为参数，D表示阴极辊的直径，采用m。

进一步，喷水管的管直径大小为4-6mm，喷水管端部距离阴极辊在10～20mm之间。

一种生箔机，在生箔机的两侧均采用前述的阴极辊侧板防结晶装置。

一种阴极辊侧板防结晶方法，包括以下步骤：

第一步，在阴极辊的两侧的侧板上均安装前述的阴极辊侧板防结晶装置；

第二步，阴极辊转动时，喷水管喷水；喷水管的喷水流量Q不大于Q₀，其中，Q₀采用下式计算：

Q₀＝2.0872D+11.853

Q、Q₀的单位采用ml/min，D的单位采用m。

进一步，喷水管在喷水时采用脉冲式喷水。

进一步，喷水管每次喷水为2～3ml。

进一步，根据阴极辊的角速度w，来调整喷水管的流量Q：

Q＝Q₀{A/[1+e^(B(w-C))]+E}

A＝1-E

B＝-125D+387.5

C＝0.3811D+0.1711

E＝0.0595D+0.4107；

A、B、C、E均为参数，w采用圈/min。

进一步，根据阴极辊的角速度w，来调整喷水管的流量Q：

Q＝Q₀{0.5/[1+e^(B(w-C))]+0.5}。

本申请的有益效果在于：

第一，本申请打破了现有技术的偏见，提出了：在阴极辊侧端板设置喷水管(更准确的是，滴液管)，仅需要少量的纯水，即可避免侧端板结晶的问题(本申请的方案也是在生产实践中发现的现象)。

第二，本申请的第一组独立权利要求保护“阴极辊侧板防结晶装置”，其核心发明点在于：基于“铜箔侧端板结晶特征”，确定了喷水管的高度。

第三，本申请的第二组独立权利要求，保护防结晶方法的必要技术特征包括：“所述喷水管设置在阴极辊转动中心轴的正上方，且在阴极辊转动中心轴的正上方的高度为r；所述喷水管与滴加泵连接；r在r_小与r_大之间；喷水管的管直径大小为4-6mm(喷水管的内直径)，喷水管端部距离阴极辊在10～20mm之间；阴极辊转动时，喷水管喷水；喷水管的喷水流量Q不大于Q₀，其中，Q₀采用下式计算：Q₀＝2.0872D+11.853”。上述特征作为一个整体，来保证铜箔侧端板不结晶，同时还能够尽可能的减小水进入电解液系统中。

第四，本申请的第三组独立权利要求保护研究了Q的大小：Q＝Q₀{A/[1+e^(B(w-C))]+E}。在喷水管采用上述流量下，既能够最大程度的减少分进入电解液系统的影响，也能够避免结晶。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是铜箔侧端板结晶特征示意图。

图2是本申请的方案实施的效果图。

具体实施方式

实施例1，

从背景技术提及的文献1可知：

采用纯水冲洗阴极辊、会造成电解液系统纯水进入系统中，影响溶液参数的稳定性(文献1的背景技术记载的方式)；

为了避免上述问题，提出了采用电解液冲洗阴极辊侧面的方法。而采用系统的电解液冲洗阴极辊侧面的防止产生结晶，缺点是会形成酸雾，很容易就飘到铜箔表面形成酸雾点(小黑点)，特别是1.5米的阴极辊，因为高度不够，酸雾很容易就飘到了箔面。

为此，需要打破文献1、2、3、4的技术偏见。

第一，铜箔侧端板结晶特征

发明人发现：生箔机的侧端板结晶的部位是一个圆环状。r表示结晶圆环的半径。R表示阴极辊半径，D表示阴极辊的直径。

在r-R之间的区域，阴极辊转动带起来的溶液会向下流动，这一区域基本不会发生结晶；而在0-r这一区域，其也不会发生结晶，因为阴极辊转动带起来的溶液流到r的地方时，就会结晶，而结晶不具有流动性。

r_小＝16.667D-15

r_大＝20.833D-16.25

再经过大量的测试研究后，发现对不同直径的阴极辊不同的阴极辊直径下，r在r_小与r_大之间。

在第一阶段“铜箔侧端板结晶特征”的研究的基础上，设计了如下方案：

一种阴极辊侧板防结晶方法，其包括以下步骤：

第一步，在阴极辊的侧板安装一喷水管，所述喷水管设置在阴极辊转动中心轴的正上方，且在阴极辊转动中心轴的正上方的高度为r(即在r_小与r_大之间)；所述喷水管与滴加泵连接；

第二步，阴极辊转动时，喷水管喷水。

第二阶段，喷水管的研究

经过大量的测试，发现：在正常的生产条件下，采用滴水的方式即可避免阴极辊发生结晶问题。

Q＝Q₀{A/[1+e^(B(w-C))]+E}

Q₀＝2.0872D+11.853

A＝1-E

B＝-125D+387.5

C＝0.3811D+0.1711

E＝0.0595D+0.4107

其中，Q、Q₀的单位为ml/min；Q₀、A、B、C、E为参数；w表示阴极辊角速度，单位为圈/min；D表示阴极辊的直径，单位为m。

上述Q可视为阴极辊侧端板不结晶时的最小流量。

上述公式为半经验-半理论性公式，并不涉及等式左右量纲的问题，只是说明上式在计算时计算出来的结果其量纲为什么。

特别的，上述公式可以简化为：

Q＝Q₀{0.5/[1+e^(B(w-C))]+0.5}

对于D＝1.5m

Q＝Q₀{0.5/[1+e^{(200(w-0.7427))}]+0.5}

对于D＝2.7m时，

Q＝Q₀{0.428/[1+e^(50(w-1.2))]+0.572}(与：Q＝Q₀{0.5/[1+e^(50(w-1.2))]+0.5}相差不大)

在测试时，发现了以下几个规律：

第一，阴极辊正常转动时，比如直径为1.5m的阴极辊，其在生产时线速度一般在0.7圈/min～0.9圈/min；喷水管喷水在喷水时采用脉冲式喷水，每次喷水为2～3ml左右(通过计算Q，即可知晓每分钟喷淋几次)。

第二，Q与w的关系：w的速度越大，滴水的频率可以更低(Q的量可以更低)。

第三，Q与D的关系：D越大，Q基本呈增大的(D在1m～2.7m)。

基于第一阶段、第二阶段的研究，得出以下方案：

一种阴极辊侧板防结晶方法，其包括以下步骤：

第一步，在阴极辊的侧板安装一喷水管，所述喷水管设置在阴极辊转动中心轴的正上方，且在阴极辊转动中心轴的正上方的高度为r；所述喷水管与滴加泵连接；

r在r_小与r_大之间；

喷水管的管直径大小为4-6mm，喷水管端部距离阴极辊在10～20mm之间；

Q₀＝2.0872D+11.853

Q、Q₀的单位采用ml/min，D的单位采用m。

进一步，在阴极辊上安装有阴极辊角速度传感器，根据阴极辊角速度，来调整喷水管的流量：

Q＝Q₀{A/[1+e^(B(w-C))]+E}

A＝1-E

B＝-125D+387.5

C＝0.3811D+0.1711

E＝0.0595D+0.4107

Q＝Q₀{0.5/[1+e^(B(w-C))]+0.5}。

进一步，喷水管采用脉冲式喷水，即每间隔一段时间喷一次水；每次喷水为2～3ml。

进一步，每次喷水为2.5ml。

需要说明的是，上述适用于阴极辊在正常运作下的转速(0.5～1.5圈/min)

需要说明的是，上述内容中Q均表达的是一侧的阴极辊一侧的喷水管的喷水量。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims

1.一种阴极辊侧板防结晶方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在阴极辊的两侧的侧板上均安装阴极辊侧板防结晶装置；

所述的一种阴极辊侧板防结晶装置，包括：喷水管、滴加泵，所述喷水管与滴加泵连接；

r在r_小与r_大之间；

r_小＝16.667D-15

r_大＝20.833D-16.25

r、r_小、r_大采用cm，r_小、r_大均为参数，D表示阴极辊的直径，采用m；

第二步，阴极辊转动时，喷水管喷水；每侧的喷水管的喷水流量Q不大于Q₀，其中，Q₀采用下式计算：

Q₀＝2.0872D+11.853

Q、Q₀的单位采用ml/min，D的单位采用m。

2.根据权利要求1所述的一种阴极辊侧板防结晶方法，其特征在于，喷水管在喷水时采用脉冲式喷水。

3.根据权利要求2所述的一种阴极辊侧板防结晶方法，其特征在于，每次喷水为2～3ml。

4.根据权利要求3所述的一种阴极辊侧板防结晶方法，其特征在于，根据阴极辊的角速度w，来调整喷水管的流量Q：

Q＝Q₀{A/[1+e^(B(w-C))]+E}

A＝1-E

B＝-125D+387.5

C＝0.3811D+0.1711

E＝0.0595D+0.4107；

A、B、C、E均为参数，w采用圈/min。

5.根据权利要求3所述的一种阴极辊侧板防结晶方法，其特征在于，根据阴极辊的角速度w，来调整喷水管的流量Q：

Q＝Q₀{0.5/[1+e^(B(w-C))]+0.5}；

B＝-125D+387.5

C＝0.3811D+0.1711

B、C均为参数，w采用圈/min。

6.根据权利要求1所述的一种阴极辊侧板防结晶方法，其特征在于，喷水管的管直径大小为4-6mm，喷水管端部的喷水孔距离阴极辊在10～20mm之间。