CN115041522A - 锂电池极片加工装置及方法 - Google Patents

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CN115041522A CN202210601557.5A CN202210601557A CN115041522A CN 115041522 A CN115041522 A CN 115041522A CN 202210601557 A CN202210601557 A CN 202210601557A CN 115041522 A CN115041522 A CN 115041522A
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Abstract

本发明提供一种锂电池极片加工装置及方法。装置包括：轧辊、过辊、第一主驱辊、第二主驱辊、加热单元、下压单元和胶辊；轧辊、过辊、第二主驱辊和第一主驱辊沿极片的行进方向依次设置，轧辊包括上下设置的第一轧辊和第二轧辊，加热单元与第二主驱辊相连接，用于对第二主驱辊加热，下压单元位于第二主驱辊上方，用于对第二主驱辊辊面上的极片的极耳留白区进行下压，胶辊对应设置于第一主驱辊的下方，第一主驱辊和第二主驱辊的速度和/或张力不同。本发明通过在极片辊压后对极耳留白区进行加热处理以改变基材本身的硬度，同时在第一主驱辊和第二主驱辊的比例差产生的拉力和下压单元产生的压力配合下对极耳留白区进行延展，可以有效解决断带问题。

Description

锂电池极片加工装置及方法
技术领域
本发明涉及锂电池制备技术领域，特别是涉及一种锂电池极片加工装置及方法。
背景技术
随着锂电行业的迅速发展以及居民消费需求的不断提升，锂电池的应用越来越广泛，对其储能性能和安全性也提出了越来越高的要求。锂电池的制造工艺复杂，工序众多，任何一个环节出现失误都将影响锂电池的性能，带来安全隐患，因此，只有严格管控每一道制造工序，才能制造出性能优异和安全有保障的锂电池产品。而在锂电池的整个制作工艺过程中，辊压是其中一道非常关键的工序。在锂电池生产制造过程中，通常会通过碾压对电池极片进行处理，以达到较大的压实密度，从而有利于提升电池的能量密度。目前行业内辊压方式有两种，一种是冷压，即轧辊物理性能不做任何处理的情况下，对极片进行碾压；第二种是热压，通常对轧辊表面加热处理，以更好达到极片的压实密度。涂布后的极片在受到一定压力碾压时，虽然压实密度会明显变化，但同时极片因双向受力，会造成涂抹区受到横向延展，而未涂覆区的空箔，因不受力不做延展，故而现有技术中一般会采用拉伸装置，强制将极片的极耳留白区(即未涂覆浆料的区域)进行延展，以缓解极片打皱。
图1所示为目前常用的用于对极片的极耳留白区进行拉伸的装置的结构示意图，这种装置通常叫Pinch拉伸机构，其主要由主驱钢辊11、胶辊12和摆辊 13构成，极片经过碾压后，极耳留白区的延展通过Pinch拉伸机构完成。因摆辊 13的指定区域粘贴有多层特氟龙层，所以在大张力(例如200N～400N的张力) 拉伸情况下，极耳留白区在摆辊13和铁氟龙层的作用下，极耳留白区位置与极片的浆料涂布区之间形成＞1.3倍的高度差，此时极耳留白区受到两个拉力，分别为图1中所示的F①和F②背向力，虽然解决了极耳留白区延展和打皱问题，但因为极耳留白区在此受到两个背向力，导致极耳留白区在此位置受力点突出，表面瑕疵、凹坑、针孔、开裂、箔材硬度不均衡等问题被无限放大，造成了极片在此位置产生过延展及断带占有率＞70％，导致生产良率下降和生产成本上升。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锂电池极片加工装置及方法，用于解决现有技术中采用由主驱钢辊、胶辊和摆辊构成的拉伸装置对极片的极耳留白区进行拉伸时，留白区在与摆辊接触的位置受到两个背向力，导致留白区在此位置受力点突出，表面瑕疵、凹坑、针孔、开裂、箔材硬度不均衡等问题被无限放大，造成了极片在此位置产生过延展及断带占有率＞70％，导致生产良率下降和生产成本上升等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锂电池极片加工装置，包括：轧辊、过辊、第一主驱辊、第二主驱辊、加热单元、下压单元和胶辊；所述轧辊、过辊、第二主驱辊和第一主驱辊沿极片的行进方向依次设置，所述轧辊包括上下对应设置的第一轧辊和第二轧辊，所述加热单元与所述第二主驱辊相连接，用于对第二主驱辊加热，所述下压单元位于第二主驱辊上方，用于对第二主驱辊辊面上的极片的极耳留白区进行下压，所述胶辊对应设置于第一主驱辊的下方，第一主驱辊和第二主驱辊的速度和/或张力不同。
可选地，所述下压单元包括下压辊和用于对下压辊施加压力的气缸。
可选地，所述下压辊包括刚辊和胶辊中的任意一种。
更可选地，气缸施加的压力为0.5MPa～0.7Mpa。
可选地，所述加热单元包括热油管道，设置于第二主驱辊中，所述锂电池极片加工装置还包括热油注入装置，与所述热油管道相连通。
可选地，注入的热油的温度为120℃～160℃。
可选地，第一主驱辊和第二主驱辊的速度比为1.010～1.045。
可选地，第二主驱辊的半径大于第一主驱辊的半径。
本发明还提供一种锂电池极片加工方法，包括：
提供极片和如上述任一方案中所述的锂电池极片加工装置，所述极片包括浆料涂布区和位于浆料涂布区旁的极耳留白区；
在极片经过轧辊碾压的过程中，极片在纵向方向受压延展，极耳留白区处于悬空不受力而在横纵向方向不受延展；
受压延展后的极片经过过辊，包角在第二主驱辊上发生改变，使极片的极耳留白区在过辊和第二主驱辊上受力，极片经过第二主驱辊时启动加热单元，以对极耳留白区加热，同时下压单元按压在同宽度的极耳留白区上，并且在第一主驱辊和第二主驱辊的速度和/或张力的比例差产生的拉力配合下，对极耳留白区进行延展。
可选地，极片包括两个以上间隔设置的浆料涂布区和位于浆料涂布区之间以及浆料涂布区外侧的极耳留白区。
如上所述，本发明的锂电池极片加工装置及方法，具有以下有益效果：本发明经改善的结构设置，可以对连续涂布的电池极片的极耳留白区进行优化的延展处理，在压实电池极片时，通过在极片辊压后对极耳留白区进行加热处理以改变基材本身的硬度，同时在第一主驱辊和第二主驱辊的比例差产生的拉力和下压单元产生的压力配合下(这三个因素缺一不可，相互配合)，对极耳留白区进行延展，可以避免或消除极耳留白区在延展时因极片外观瑕疵、箔材韧性不足等问题带来的应力集中而造成的断带问题，保证了锂电池极片的成型质量，可以显著提高极片加工良率，降低生产成本。
附图说明
图1显示为现有技术中对极片的极耳留白区进行拉伸的装置的结构示意图。
图2显示为本发明提供的锂电池极片加工装置的结构示意图。
元件标号说明
21 第一轧辊
22 第二轧辊
23 过辊
24 第一主驱辊
25 第二主驱辊
251 热油注入口
26 下压辊
27 气缸
28 胶辊
29 极片
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
请参阅图2。
如图2所示，本发明提供一种锂电池极片加工装置，包括：轧辊、过辊23、第一主驱辊24、第二主驱辊25、加热单元、下压单元和胶辊28；所述轧辊、过辊、第二主驱辊25和第一主驱辊24沿极片29的行进方向依次设置，所述轧辊通常是成对设置，比如本实施中，所述轧辊包括上下对应设置的第一轧辊21和第二轧辊22，两者的规格尺寸优选完全一致，且位于同一垂线上，但两者的旋转方向较佳地为相反，例如图2中所示，第一轧辊21沿顺时针方向旋转而第二轧辊22沿逆时针方向旋转，或第一轧辊21沿逆时针方向旋转而第二轧辊22沿顺时针方向旋转，由此给极片29提供稳定均匀的碾压；所述过辊23按压在极片29上，经过轧辊碾压的极片29经过过辊，包角在第二主驱辊25上发生改变，过辊23的旋转方向较佳地为与第二主驱辊25的旋转方向相反，例如第二主驱辊 25沿逆时针方向旋转而过辊23沿顺时针方向旋转，第一主驱辊24的旋转方向一般也设置为与第二主驱辊25的旋转方向相反，例如为沿顺时针方向旋转，第一主驱辊24和第二主驱辊25通过不同的驱动装置进行驱动，因而可以根据需要调节两者的转速，以改变两者的速度差；此外，所述过辊23还可以在驱动机构的驱动下上下移动，由此改变极耳的张力；当然，所述锂电池极片加工装置也可以另外设置张力调节辊，以根据需要调节极片的张力，对此不做限制；所述加热单元与所述第二主驱辊25相连接，用于对第二主驱辊25加热，由此对经过第二主驱辊25的极耳留白区进行加热，所述下压单元位于第二主驱辊25正上方，用于对第二主驱辊25辊面上的极片29的极耳留白区进行下压；为保证下压过程中极耳留白区与第二主驱辊25的辊面尽量贴合，所述下压单元通常包括具有弧形面的按压机构，例如在本发明提供的较佳示例中，所述下压单元包括下压辊和用于驱动下压辊按压的驱动单元，下压辊的半径通常远小于第二主驱辊25的半径，以使其具有相对较小的体积，降低驱动单元的功耗；在一具体示例中，所述下压辊为钢辊或金属辊表面绕制有耐热的橡胶层的胶辊，而所述驱动单元可以为气缸 27或其他可以升降以对下压辊进行按压的动力机构，但选择气缸27更便于按压压力的调节；所述胶辊28对应设置于第一主驱辊24的下方，以和第一主驱辊 24相互配合给极片提供拉伸力，第一主驱辊24和第二主驱辊25的速度和/或张力不同，因而提供给极耳留白区两个不同方向上的不同大小的力而对极耳留白区产生拉力以对极耳留白区进行延展；极片通常包括浆料涂布区和位于浆料涂布区外侧的极耳留白区，即极耳留白区未涂布浆料层，因而具有和浆料涂布区不同的厚度，且浆料涂布区可以不止一个，例如为两个，两个浆料涂布区间隔设置，而极耳留白区设置于两个浆料涂布区的间隔区域和外侧，以确保后续分切后的每个浆料涂布区的两侧都有极耳留白区。
本实施例提供的锂电池极片加工装置的例示性工作过程为：将待加工的极片 29放卷到本实施例的锂电池极片加工装置，所述极片29包括浆料涂布区和位于浆料涂布区旁的极耳留白区，而极片放卷方法为本领域技术人员所悉知，对此不做详细展开；
在极片29经过轧辊碾压的过程中，极片29在纵向方向受压延展(该过程的受力方向可以参考图1中的F①和F②)，由于浆料涂布区的厚度大于极耳留白区的厚度，因而浆料涂布区与轧辊的辊面接触受到碾压，而极耳留白区处于悬空不受力而在横纵向方向不受延展；
受压延展后的极片29经过过辊23，包角在第二主驱辊25上发生改变，使极片的极耳留白区在过辊和第二主驱辊25上受力，极片29经过第二主驱辊25 时启动加热单元，加热单元的加热温度较佳地为120℃～160℃，极耳留白区可与第二主驱辊25的辊面接触以对极耳留白区加热，同时下压单元按压在同宽度的极耳留白区上(即前述提及的下压辊沿轴向的宽度与极耳留白区的宽度对应)，例如气缸27充气，下压辊在0.5MPa～0.7MPa的压力下对极耳留白区进行下压，并且在第一主驱辊24和第二主驱辊25的速度和/或张力的比例差产生的拉力配合下，对极耳留白区进行延展。上述过程中，当极片29经过过辊23后，在第二主驱辊25的作用下形成大包角贴合，增加了极耳留白区的受热面积及受热时间，极耳留白区受热后，箔材柔韧性变大，极耳留白区在下压辊的压力作用下、以及第一主驱辊24和第二主驱辊25的比例差(速度/张力)产生的拉力的配合下，极耳留白区受图2中所示的F3和F4两个方向的作用力(这两个力一个沿纵向，一个沿极片行进方向，非一对背向力)，实现极耳留白区延展，从而可以有效避免采用现有的Pinch拉伸结构时因两个背向力的拉扯现象所产生批量断带风险。
本发明经改善的结构设置，可以对连续涂布的锂电池极片的极耳留白区进行优化的延展处理，在压实电池极片时，通过在极片辊压后对极耳留白区进行加热处理以改变基材本身的硬度，同时在第一主驱辊和第二主驱辊的比例差产生的拉力和下压单元产生的压力配合下(这三个因素缺一不可，相互配合，例如如果没有下压单元的按压，极耳留白区将会被两个背向力的拉扯导致断带，而如果加热，延展效果将大打折扣)，对极耳留白区进行延展，可以避免或消除极耳留白区在延展时因极片外观瑕疵、箔材韧性不足等问题带来的应力集中而造成的断带问题，保证了锂电池极片的成型质量，可以显著提高极片加工良率，降低生产成本。
本示例中，下压单元施加给极耳留白区的压力较佳地为0.5MPa～0.7Mpa，而使用气缸27则利于精确控制下压的压力。
所述第二主驱辊25可以采用合适的加热方式，例如采用电阻丝进行加热。但在本发明提供的较佳示例中，所述加热单元包括热油管道，设置于第二主驱辊 25中，所述锂电池极片加工装置还包括热油注入装置，与所述热油管道相连通，例如与设置于热油管道端面上的热油注入口251相连通。采用热油加热相较于其他方式更有利于均匀控温。为实现更精确地控温，还可以设置温控装置，以实时测量第二主驱辊25表面的温度并进行调节，确保控制在所需的加热温度，例如在一较佳示例中，注入的热油的温度为120℃～160℃。
第一主驱辊24和第二主驱辊25可以转速不同而提供给极片29的张力相同，或提供的张力不同但转速相同，或者转速和提供的张力均不相同，较佳地为两者的转速/速度不同，且较佳地为第一主驱辊24的转速大于第二主驱辊25的转速，例如第一主驱辊24和第二主驱辊25的速度比为1.010～1.045，而第二主驱辊25 的半径较佳地位于大于第一主驱辊24的半径，例如第二主驱辊25的半径为第一主驱辊24的半径的1.5～2倍，不仅便于对极耳留白区进行拉力调节，同时可以增加极耳留白区和第二主驱辊25接触时的受热面积和受热时间，进一步改善极耳留白区的延展效果。
本发明还提供一种锂电池极片加工方法，包括：提供极片29和如上述任一方案中所述的锂电池极片加工装置，故前述对所述锂电池极片加工装置的介绍可以全文引用至此，出于简洁的目的不赘述；所述极片29包括浆料涂布区和位于浆料涂布区旁的极耳留白区，且浆料涂布区可以为单个或两个以上，当为两个以上时，两个以上浆料涂布区间隔设置，而极耳留白区则位于浆料涂布区之间以及浆料涂布区外侧，即每个浆料涂布区的两侧都设置有极耳留白区；
在极片29经过轧辊碾压的过程中，极片29在纵向方向受压延展，极耳留白区处于悬空不受力而在横纵向方向不受延展；
受压延展后的极片29经过过辊23(而无需经过现有技术的Pinch拉伸机构)，包角在第二主驱辊25上发生改变，使极片29的极耳留白区在过辊和第二主驱辊 25上受力，极片29经过第二主驱辊25时启动加热单元，以对极耳留白区加热，例如采用120℃～160℃的热油加热，同时下压单元按压在同宽度的极耳留白区上，并且在第一主驱辊24和第二主驱辊25的速度和/或张力的比例差产生的拉力配合下，对极耳留白区进行延展。
相较于现有技术，采用本发明的方法进行极片加工，可避免或消除极耳留白区在延展时因应力集中造成的断带问题，确保锂电池极片的成型质量。
目前该装置和方法已在发明人所在的工厂得到广泛应用，极片断带问题得到了有效解决，给企业带来了巨大的经济利益。
综上所述，本发明提供一种锂电池极片加工装置及方法。装置包括：轧辊、过辊、第一主驱辊、第二主驱辊、加热单元、下压单元和胶辊；所述轧辊、过辊、第二主驱辊和第一主驱辊沿极片的行进方向依次设置，所述轧辊包括上下对应设置的第一轧辊和第二轧辊，所述加热单元与所述第二主驱辊相连接，用于对第二主驱辊加热，所述下压单元位于第二主驱辊上方，用于对第二主驱辊辊面上的极片的极耳留白区进行下压，所述胶辊对应设置于第一主驱辊的下方，第一主驱辊和第二主驱辊的速度和/或张力不同。本发明经改善的结构设置，可以对连续涂布的电池极片的极耳留白区进行优化的延展处理，在压实电池极片时，通过在极片辊压后对极耳留白区进行加热处理以改变基材本身的硬度，同时在第一主驱辊和第二主驱辊的比例差产生的拉力和下压单元产生的压力配合下(这三个因素缺一不可，相互配合)，对极耳留白区进行延展，可以避免或消除极耳留白区在延展时因极片外观瑕疵、箔材韧性不足等问题带来的应力集中而造成的断带问题，保证了锂电池极片的成型质量，可以显著提高极片加工良率，降低生产成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种锂电池极片加工装置，其特征在于，包括：轧辊、过辊、第一主驱辊、第二主驱辊、加热单元、下压单元和胶辊；所述轧辊、过辊、第二主驱辊和第一主驱辊沿极片的行进方向依次设置，所述轧辊包括上下对应设置的第一轧辊和第二轧辊，所述加热单元与所述第二主驱辊相连接，用于对第二主驱辊加热，所述下压单元位于第二主驱辊上方，用于对第二主驱辊辊面上的极片的极耳留白区进行下压，所述胶辊对应设置于第一主驱辊的下方，第一主驱辊和第二主驱辊的速度和/或张力不同。
2.根据权利要求1所述的锂电池极片加工装置，其特征在于，所述下压单元包括下压辊和用于对下压辊施加压力的气缸。
3.根据权利要求2所述的锂电池极片加工装置，其特征在于，所述下压辊包括刚辊和胶辊中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的锂电池极片加工装置，其特征在于，气缸施加的压力为0.5MPa～0.7Mpa。
5.根据权利要求1所述的锂电池极片加工装置，其特征在于，所述加热单元包括热油管道，设置于第二主驱辊中，所述锂电池极片加工装置还包括热油注入装置，与所述热油管道相连通。
6.根据权利要求5所述的锂电池极片加工装置，其特征在于，注入的热油的温度为120℃～160℃。
7.根据权利要求1所述的锂电池极片加工装置，其特征在于，第一主驱辊和第二主驱辊的速度比为1.010～1.045。
8.根据权利要求1所述的锂电池极片加工装置，其特在于，第二主驱辊的半径大于第一主驱辊的半径。
9.一种锂电池极片加工方法，其特征在于，包括：
提供极片和如权利要求1-8任一项所述的锂电池极片加工装置，所述极片包括浆料涂布区和位于浆料涂布区旁的极耳留白区；
在极片经过轧辊碾压的过程中，极片在纵向方向受压延展，极耳留白区处于悬空不受力而在横纵向方向不受延展；
受压延展后的极片经过过辊，包角在第二主驱辊上发生改变，使极片的极耳留白区在过辊和第二主驱辊上受力，极片经过第二主驱辊时启动加热单元，以对极耳留白区加热，同时下压单元按压在同宽度的极耳留白区上，并且在第一主驱辊和第二主驱辊的速度和/或张力的比例差产生的拉力配合下，对极耳留白区进行延展。
10.根据权利要求9所述的锂电池极片加工方法，其特征在于，极片包括两个以上间隔设置的浆料涂布区和位于浆料涂布区之间以及浆料涂布区外侧的极耳留白区。
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CN115608778A (zh) * 2022-12-02 2023-01-17 江苏时代新能源科技有限公司 极片延展装置、极片加工系统及极片延展方法

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