CN114453422A - 极片拉伸机构中的可调张力辊 - Google Patents
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Abstract
一种极片拉伸机构中的可调张力辊，该张力辊包括水平布置的通气轴，所述通气轴外周依次套设有M个相互贴合的圆环形气囊，所述通气轴轴壁上对应于每个圆环形气囊位置处均设有第一通气孔，每个所述第一通气孔外侧、沿圆周方向均设有位于对应圆环形气囊内圆周面上的凹型通气槽，每个所述凹型通气槽内沿圆周方向均设有若干个第二通气孔，每个所述第一通气孔内侧均连接有部分位于通气轴内部、用于接通外界气体的第一通气管道，每条所述第一通气管道进气端均设有能够调节第一通气管道内气压大小的阀门。本发明能够随着留白区位置的改变而快速切换凸起台阶的位置；同时通过实时调整圆环形气囊内的气压大小，对留白区的纵向拉伸进行定量化调节。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地指一种极片拉伸机构中的可调张力辊。
背景技术
锂离子电池的需求量越来越多，锂离子电池极片形成中通常采用涂布方式，涂布极片表面涂层的辊压密度与电池的电化学性能有很重要的关系。对于多条纹极片由于空箔区和涂布区的延展不一致，极易产生打皱和波浪边问题。在多条纹极片的辊压工艺中，通常采用拉伸机构拉伸箔材空涂区域，使得箔材空涂区域产生纵向延展，从而匹配涂布区的延展，减少由于空箔区和涂布区的延展不一致而导致的打皱和波浪边。图1示出了多条纹极片辊压工艺的示意图，图中辊压机构(包括上压辊和下压辊)的上游和下游分别设有前拉伸机构和后拉伸机构，前拉伸机构和后拉伸机构均包括张力隔断辊组件和不可调张力辊；张力隔断辊组件用于隔断极片张力，具体地，极片在前拉伸张力隔断辊组件和轧辊闭合的作用下，形成独立的张力区域，并在这一段区域间通过浮动的不可张力辊施加张力，形成前拉伸张力；在闭合的轧辊和后拉伸张力隔断辊组件之间形成另外独立的张力区域，并在这一段区域间通过浮动的不可调张力辊施加的张力，形成后拉伸张力。通过前拉伸和后拉伸机构的拉伸作用，使得箔材产生延展，从而保证空箔区和涂布区延展一致性。
现有技术中的不可调张力辊通常采用如下两种方式填充其与空箔区之间的空隙：
一、针对不同规格的极片，在不可调张力辊上表面对应于空箔区的位置处粘贴一定宽度和厚度胶带(通常用铁氟龙)，填充不可调张力辊上表面与对应空箔区之间的空隙，从而调整对应空箔区的纵向拉伸效果。如图2示出了铁氟龙粘贴在不可调张力辊上表面的结构示意图，图中铁氟龙粘贴位置精度要求高，对员工技能要求很高，操作不方便；而且空箔区与涂布区交界区域有台阶印线，拉伸效果效果很难定量化；当极片规格转换后，需要及时更换不可调张力辊上表面粘贴的铁氟龙的位置、宽度及厚度。
二、根据极片空箔区和涂布区尺寸，定制在对应空箔区位置处带有台阶的不可调张力辊，依靠台阶结构填充不可调张力辊上表面与对应空箔区之间的空隙，该方式采用的不可调张力辊需要定制，每一种极片产品对应特定的辊形，更换备件的成本高和时间长。
发明内容
本发明针对上述存在的问题，提出一种极片拉伸机构中的可调张力辊，将不可调张力辊设计成可调张力辊，能够根据极片空箔区的位置、宽度及需要的拉伸强度，实时自动调整张力辊上表面凸起台阶的位置、宽度和厚度，实现对空箔区的纵向拉伸。
为实现上述目的，本发明所设计的一种极片拉伸机构中的可调张力辊，包括水平布置的通气轴，所述通气轴外周、从前至后依次套设有M个相互贴合的圆环形气囊，其特别之处在于：
每个所述圆环形气囊与极片涂层区或留白区位置一一对应，每个所述圆环形气囊内圆周面均与通气轴密封固定，每个所述圆环形气囊外圆周面均为能够随着圆环形气囊内部气压的变化而产生相应变形的软性材质；
所述通气轴轴壁上对应于每个圆环形气囊位置处均设有第一通气孔，每个所述第一通气孔外侧、沿圆周方向均设有位于对应圆环形气囊内圆周面上的凹型通气槽，每个所述凹型通气槽内沿圆周方向均设有若干个第二通气孔，每个所述第一通气孔内侧均连接有部分位于通气轴内部、用于接通外界气体的第一通气管道，每个所述第一通气管道进气端均设有能够调节第一通气管道内气压大小的阀门；
根据极片留白区a的位置，确定所述留白区a对应的Nm编号圆环形气囊(m≤M)，通过调节Nm编号圆环形气囊对应的Nm编号第一通气管道中的气压大小，使Nm编号圆环形气囊外圆周面鼓起形成凸起台阶，填充留白区a与Nm编号圆环形气囊外圆周面之间的空隙，随着通气轴转动从而实现对所述留白区a的纵向拉伸。
进一步地，M个所述圆环形气囊外围包裹有辊套，所述辊套为连续光滑的橡胶材质。
更进一步地，所述通气轴进气端还设有用于转接M条第一通气管道的旋转接头，所述旋转接头包括与通气轴进气端连接、且与通气轴具有共同转动轴的动环，所述动环内部设有水平布置的M条第二通气管道，且M条所述第二通气管道与M条第一通气管道对应连接；所述动环外端设有与动环具有共同轴线的静环，所述静环靠近动环端设有从静环轴线依次向外水平布置的M圈环形凹槽，M圈所述环形凹槽分别与M条第二通气管道连通，M圈所述环形凹槽外端分别连通有位于静环内、且水平布置的M条第三通气管道，M条所述第三通气管道进气端均对应连接位于外端的M条所述第一通气管道。
更进一步地，M个所述圆环形气囊前、后两端均贴合有套设在通气轴外周的锁紧螺母。
进一步地，所述阀门为电磁比例阀或手动调压阀。
更进一步地，所述电磁比例阀通过PLC控制系统与触摸屏连接，实时自动调节对应圆环形气囊内的气压大小。
更进一步地，所述PLC控制系统的型号为西门子S7-400。
进一步地，M个所述圆环形气囊内圆周面和侧面均为硬质材料。
进一步地，M条所述第一通气孔在通气轴轴壁上均匀分布。
进一步地，所述M≥3。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明在通气轴外周套设多个相互贴合的圆环形气囊，并在圆环形气囊内圆周面上设置沿通气轴圆周方向布置的凹型通气槽，通过凹型通气槽内设置的第二通气孔与通气轴轴壁上对应于每个圆环形气囊位置处设有的第一通气孔，实现每个圆环形气囊与对应的第一通气孔连通；再将每个第一通气孔与通气轴内轴向布置的第一通气管道连通，达到每一条通气管道对应一个圆环形气囊的目的；
2、本发明通过在串联的圆环形气囊外周包裹连续光滑的、橡胶材质辊套，当某个圆环形气囊发生形变凸起时，辊套对应位置处也会发生相应形变；同时由于辊套是整体包覆，凸起台阶边缘呈平滑的过渡，避免极片拉伸处产生压印线；
3、本发明在通气轴进气端还设有用于转接第一通气管道的旋转接头，使该可调张力辊转动(位于通气轴内部的第一通气管道转动)时，位于通气轴外部的第一通气管道仍然保持静止状态，实现气路的转接；
4、本发明将位于通气轴外部的每条第一通气管道与电磁比例阀连接，并通过PLC控制系统与触摸屏连接，实时自动调节该条第一通气管道对应的圆环形气囊内的气压大小，自动调整圆环形气囊形成的凸起台阶的厚度，从而实现对相应留白区的适度纵向拉伸；
本发明一种极片拉伸机构中的可调张力辊通过打开每个圆环形气囊应对的第一通气管道连通的阀门，利用凸起台阶方便、快捷地对留白区与张力辊之间空隙进行在线填充，并能够随着留白区位置和宽度的改变而快速切换凸起台阶的位置和宽度；同时，通过实时调整圆环形气囊内的气压大小，调整凸起台阶的厚度，对留白区的纵向拉伸进行定量化调节。
附图说明
图1为多条纹极片辊压工艺的示意图；
图2为铁氟龙粘贴在不可调张力辊上表面的结构示意图；
图3为本发明极片拉伸机构中的可调张力辊的立体结构示意图(M＝12)；
图4为本发明极片拉伸机构中的可调张力辊在使用过程中的局部剖视结构示意图；
图5为图3中的通气轴的立体结构示意图；
图6为图5的左视结构示意图；
图7为图6的A-A向剖视结构示意图；
图8为图3中的圆环形气囊的立体结构示意图；
图9为图8的正视结构示意图；
图10为图9的B-B向剖视结构示意图；
图11为图3中的旋转接头的立体结构示意图(M＝4)；
图12为图11中的静环的立体结构示意图；
图13为图11中的动环的左视结构示意图；
图14为图11中的静环的左视结构示意图；
图15为图13和图14的C-C向剖视结构示意图；
图16为图13和图14的D-D向剖视结构示意图；
图中，第一通气管道1、旋转接头2、通气轴3、锁紧螺母4、圆环形气囊5、辊套6、阀门7；
旋转接头2包括：动环2-1、静环2-2；
动环2-1包括：第二通气管道2-11；
静环2-2包括：环形凹槽2-21、第三通气管道2-22；
通气轴3包括：第一通气孔3-1；
圆环形气囊5包括：凹型通气槽5-1、第二通气孔5-2、外圆周面5-3、内圆周面5-4、侧面5-5；
留白区a1、留白区a2、留白区a3、涂层区b1、涂层区b2。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图3～16所示，本发明提出的一种极片拉伸机构中的可调张力辊，包括水平布置的通气轴3，所述通气轴3外周、从前至后依次套设有M个相互贴合的圆环形气囊5，每个所述圆环形气囊5与极片涂层区或留白区位置一一对应，每个所述圆环形气囊5内圆周面5-4均与通气轴3密封固定，每个所述圆环形气囊5外圆周面5-3均为能够随着圆环形气囊5内部气压的变化而产生相应变形的软性材质；
所述通气轴3轴壁上对应于每个圆环形气囊5位置处均设有第一通气孔3-1，每个所述第一通气孔3-1外侧、沿圆周方向均设有位于对应圆环形气囊5内圆周面5-4上的凹型通气槽5-1，每个所述凹型通气槽5-1内沿圆周方向均设有若干个第二通气孔5-2，每个所述第一通气孔3-1内侧均连接有部分位于通气轴3内部、用于接通外界气体的第一通气管道1，每条所述第一通气管道1进气端均设有能够调节第一通气管道1内气压大小的阀门7。
根据极片留白区a的位置，确定所述留白区a对应的Nm编号圆环形气囊5(m≤12)，通过调节Nm编号圆环形气囊5对应的Nm编号第一通气管道1中的气压大小，使Nm编号圆环形气囊5外圆周面鼓起形成填充台阶，填充留白区a与Nm编号圆环形气囊5外圆周面之间的空隙，随着通气轴3转动从而实现对所述留白区a的纵向拉伸。
具体地，如图4所示，M＝12，本发明在通气轴3外周套设12个相互贴合的圆环形气囊5，并在圆环形气囊5内圆周面5-4上设置沿通气轴3圆周方向布置的凹型通气槽5-1，通过凹型通气槽5-1内设置的第二通气孔5-2与通气轴3轴壁上对应于每个圆环形气囊5位置处设有的第一通气孔3-1，实现每个圆环形气囊5与对应的第一通气孔3-1连通；再将每个第一通气孔3-1与通气轴3内轴向布置的第一通气管道1连通，达到每一条通气管道1对应一个圆环形气囊5的目的。圆环形气囊5的编号从前至后依次为N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10、N11、N12；极片上有两条涂层区和三条留白区，分别为涂层区b1、涂层区b2、留白区a1、留白区a2、留白区a3。其中留白区a1对应的圆环形气囊5的编号为N1，留白区a2对应的圆环形气囊5的编号为N6和N7，留白区a3对应的圆环形气囊5的编号为N12。如图5～7所示，N1编号圆环形气囊5对应N1编号第一通气管道1，N6编号圆环形气囊5对应N6编号第一通气管道1，N7编号圆环形气囊5对应N7编号第一通气管道1，N12编号圆环形气囊5对应N12编号第一通气管道1。分别通过打开N1编号第一通气管道1、N6编号第一通气管道1、N7编号第一通气管道1和N12编号第一通气管道1的连接的阀门7，使得N1编号圆环形气囊5、N6编号圆环形气囊5、N7编号圆环形气囊5和N12编号圆环形气囊5产生凸起台阶，并通过调整各第一通气管道1的气压大小，定量控制各凸起台阶的形状(凸起的量与气压呈正比)，达到极片展平一致性的要求。
优选地，12个所述圆环形气囊5外围包裹有辊套6，所述辊套6为连续光滑的橡胶材质。当N1编号圆环形气囊5、N6编号圆环形气囊5、N7编号圆环形气囊5和N12编号圆环形气囊5发生形变凸起时，辊套6对应位置处也会发生相应形变；同时由于辊套6是整体包覆，凸起台阶边缘呈平滑的过渡，避免极片拉伸处产生压印线。
优选地，所述通气轴3进气端还设有用于转接12个第一通气管道1的旋转接头2，所述旋转接头2包括与通气轴3进气端连接、且与通气轴3具有共同转动轴的动环2-1，所述动环2-1内部设有水平布置的12条第二通气管道2-11，且12条所述第二通气管道2-11与12条第一通气管道1对应连接；所述动环2-1外端设有与动环2-1具有共同轴线的静环2-2，所述静环2-2靠近动环2-1端设有从静环2-2轴线依次向外水平布置的12圈环形凹槽2-21，12圈所述环形凹槽2-21分别与12条第二通气管道2-11连通，12圈所述环形凹槽2-21外端分别连通有位于静环2-2内、且水平布置的12条第三通气管道2-22，12条所述第三通气管道2-22进气端均对应连接位于外端的12条所述第一通气管道1。
具体地，旋转接头2的转接原理如图8～10所示，选取M＝4作为解释，M取值不作为本发明的限制。旋转接头2中的动环2-1内部设有水平布置的4条第二通气管道2-11，且4条所述第二通气管道2-11与4条第一通气管道1对应连接(其中，第1条第二通气管道2-11距离轴线距离为R1，第2条第二通气管道2-11距离轴线距离为R2，第3条第二通气管道2-11距离轴线距离为R3，第4条第二通气管道2-11距离轴线距离为R4，且R1＞R2＞R3＞R4)。所述动环2-1外端设有与动环2-1具有共同轴线的静环2-2，所述静环2-2靠近动环2-1端设有从静环2-2轴线依次向外水平布置的4圈环形凹槽2-21(其中，第1圈环形凹槽2-21半径与第1条第二通气管道2-11距离轴线距离相同，为R1；第2圈环形凹槽2-21半径与第2条第二通气管道2-11距离轴线距离相同，为R2；第3圈环形凹槽2-21半径与第3条第二通气管道2-11距离轴线距离相同，为R3；第4圈环形凹槽2-21半径与第4条第二通气管道2-11距离轴线距离相同，为R4)，4圈所述环形凹槽2-21分别与4条第二通气管道2-11连通，使得第1圈环形凹槽2-21通入的气体与第1条第二通气管道2-11导通，第2圈环形凹槽2-21通入的气体与第2条第二通气管道2-11导通，第3圈环形凹槽2-21通入的气体与第3条第二通气管道2-11导通，第4圈环形凹槽2-21通入的气体与第4条第二通气管道2-11导通。4圈所述环形凹槽2-21外端分别连通有位于静环2-2内、且水平布置的4条第三通气管道2-22，4条所述第三通气管道2-22进气端均对应连接位于外端的4条所述第一通气管道1。当该可调张力辊转动，即位于通气轴3内部的4条第一通气管道1转动时，动环2-1随着张力辊转动而共同转动，静环2-2与位于通气轴3外部的4条第一通气管道1仍然保持静止状态，从而实现气路的转接。
气体流通过程为：
位于通气轴3外部的第1条第一通气管道1中的气体依次通过静环2-2上的第1条第三通气管道2-22、第1圈环形凹槽2-21、动环2-1上的第1条第二通气管道2-11、位于通气轴3内部的N1编号第一通气管道1、通气轴3轴壁上的第一通气孔3-1、N1编号圆环形气囊5；
位于通气轴3外部的第2条第一通气管道1中的气体依次通过静环2-2上的第2条第三通气管道2-22、第2圈环形凹槽2-21、动环2-1上的第2条第二通气管道2-11、位于通气轴3内部的N2编号第一通气管道1、通气轴3轴壁上的第一通气孔3-1、N2编号圆环形气囊5；
位于通气轴3外部的第3条第一通气管道1中的气体依次通过静环2-2上的第3条第三通气管道2-22、第3圈环形凹槽2-21、动环2-1上的第3条第二通气管道2-11、位于通气轴3内部的N3编号第一通气管道1、通气轴3轴壁上的第一通气孔3-1、N3编号圆环形气囊5；
位于通气轴3外部的第4条第一通气管道1中的气体依次通过静环2-2上的第4条第三通气管道2-22、第4圈环形凹槽2-21、动环2-1上的第4条第二通气管道2-11、位于通气轴3内部的N4编号第一通气管道1、通气轴3轴壁上的第一通气孔3-1、N4编号圆环形气囊5。
优选地，如图3所示，12个所述圆环形气囊5前、后两端均贴合有套设在通气轴3外周的锁紧螺母4，从而将串接的圆环形气囊5固定在通气轴3上。
优选地，所述阀门7为电磁比例阀或手动调压阀。所述电磁比例阀通过PLC控制系统与触摸屏连接，实时自动调节对应圆环形气囊5内的气压大小。优选地，所述PLC控制系统的型号为西门子S7-400，自动调整圆环形气囊5形成的凸起台阶的厚度，从而实现对相应留白区的适度纵向拉伸。当生产线极片更换或者生产过程中出现变异时(如更换不同规格尺寸的不同批次物料，或者同批次次物料涂布厚度有波动时)，原有的拉伸效果不理想时，可以通过PLC检测系统，实时检测到留白区拉伸的参数，并通过设定的算法，输出控制信号到对应气路的电磁比例阀，实时调节对应的圆环形气囊5内的气压大小，从而实现自动化控制多条纹留白区的拉伸动作。
优选地，12个所述圆环形气囊5内圆周面5-4和侧面5-5均为硬质材料，例如可以是不锈钢，在工作时不产生形变，以保持相邻圆环形气囊5间距不产生变化；同时12个所述圆环形气囊5外圆周面5-3为橡胶材质，可以随着气囊内部气压的变化而产生对应的形变。
优选地，12条所述第一通气孔3-1在通气轴3轴壁上均匀分布。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种极片拉伸机构中的可调张力辊，包括水平布置的通气轴(3)，所述通气轴(3)外周、从前至后依次套设有M个相互贴合的圆环形气囊(5)，其特征在于：
每个所述圆环形气囊(5)与极片涂层区或留白区位置一一对应，每个所述圆环形气囊(5)内圆周面(5-4)均与通气轴(3)密封固定，每个所述圆环形气囊(5)外圆周面(5-3)均为能够随着圆环形气囊(5)内部气压的变化而产生相应变形的软性材质；
所述通气轴(3)轴壁上对应于每个圆环形气囊(5)位置处均设有第一通气孔(3-1)，每个所述第一通气孔(3-1)外侧、沿圆周方向均设有位于对应圆环形气囊(5)内圆周面(5-4)上的凹型通气槽(5-1)，每个所述凹型通气槽(5-1)内沿圆周方向均设有若干个第二通气孔(5-2)，每个所述第一通气孔(3-1)内侧均连接有部分位于通气轴(3)内部、用于接通外界气体的第一通气管道(1)，每条所述第一通气管道(1)进气端均设有能够调节第一通气管道(1)内气压大小的阀门(7)；
根据极片留白区a的位置，确定所述留白区a对应的Nm编号圆环形气囊(5)(m≤M)，通过调节Nm编号圆环形气囊(5)对应的Nm编号第一通气管道(1)中的气压大小，使Nm编号圆环形气囊(5)外圆周面鼓起形成凸起台阶，填充留白区a与Nm编号圆环形气囊(5)外圆周面之间的空隙，随着通气轴(3)转动从而实现对所述留白区a的纵向拉伸。
2.根据权利要求1所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：M个所述圆环形气囊(5)外围包裹有辊套(6)，所述辊套(6)为连续光滑的橡胶材质。
3.根据权利要求2所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：所述通气轴(3)进气端还设有用于转接M条第一通气管道(1)的旋转接头(2)，所述旋转接头(2)包括与通气轴(3)进气端连接、且与通气轴(3)具有共同转动轴的动环(2-1)，所述动环(2-1)内部设有水平布置的M条第二通气管道(2-11)，且M条所述第二通气管道(2-11)与M条第一通气管道(1)对应连接；所述动环(2-1)外端设有与动环(2-1)具有共同轴线的静环(2-2)，所述静环(2-2)靠近动环(2-1)端设有从静环(2-2)轴线依次向外水平布置的M圈环形凹槽(2-21)，M圈所述环形凹槽(2-21)分别与M条第二通气管道(2-11)连通，M圈所述环形凹槽(2-21)外端分别连通有位于静环(2-2)内、且水平布置的M条第三通气管道(2-22)，M条所述第三通气管道(2-22)进气端均对应连接位于外端的M条所述第一通气管道(1)。
4.根据权利要求3所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：M个所述圆环形气囊(5)前、后两端均贴合有套设在通气轴(3)外周的锁紧螺母(4)。
5.根据权利要求1所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：所述阀门(7)为电磁比例阀或手动调压阀。
6.根据权利要求5所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：所述电磁比例阀通过PLC控制系统与触摸屏连接，实时自动调节对应圆环形气囊(5)内的气压大小。
7.根据权利要求1所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：所述PLC控制系统的型号为西门子S7-400。
8.根据权利要求1所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：M个所述圆环形气囊(5)内圆周面(5-4)和侧面(5-5)均为硬质材料。
9.根据权利要求1所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：M条所述第一通气孔(3-1)在通气轴(3)轴壁上均匀分布。
10.根据权利要求1所述的极片拉伸机构中的可调张力辊，其特征在于：所述M≥3。
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