CN116454213B - 一种锂电池用极片辊压制片工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池用极片辊压制片工艺，属于锂电池技术领域，其中去除组件用于在极片辊压前对极片和碾压辊上的杂质进行去除，避免杂质因硬度较高在碾压破碎后对极片进行挤压，造成箔带破孔甚至是断裂的情况，而通过在去除组件上配置前检测带的方式，对于极片和碾压辊上可能存在且无法正常去除的细小颗粒物进行检测，新增预辊压的步骤可以降低极片的回弹量，同时极片上可能存在的细小的高硬度颗粒存在一定概率发生破碎现象，破碎后的高硬度颗粒检测的灵敏度更高，因此本发明可以明显提高制片质量和良品率。

Description

一种锂电池用极片辊压制片工艺

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂电池用极片辊压制片工艺。

背景技术

锂离子电池具有高工作电压、高比能量、能量密度大、输出功率高、循环寿命长、无环境污染等优点，不仅在移动式通讯设备上得到广泛的应用，而且也广泛的应用于电动汽车、电动工具等领域，因此对锂电池的性能要求越来越高，锂电池的生产过程大致分为制片、装配、注液和包装四部分。锂电池的制片过程中，锂电池的极片是以铝箔和铜箔为基体在上面涂覆活性物质，后进行辊压、裁片、刷粉等工序完成的。

随着锂电池的需求量逐渐增大，制造的速度加快，生产的数量日益庞大，其中制片工艺中的极片在涂布、干燥完成后，活物质与集流体箔片的剥离强度很低，需要采用双辊压机对其进行辊压，以增强活物质与箔片的粘接强度，以防在电解液浸泡、电池使用过程中剥落。同时，极片辊压可以压缩电芯体积，提高电芯能量密度，降低极片内部活物质、导电剂、粘结剂之间的孔隙率，降低电池的电阻提高电池性能。

极片经过辊压之后，其理想的状态是：一、极片厚度横向、纵向均差异不大，差异主要由公差来表示，公差越大其一致性越差，对电池性能影响越大。二、极片表面平整、色泽均一，无暗斑、亮纹、明显褶皱、裂边、辊压掉料等不良。

但是在实际的工艺过程中不可避免会出现工艺上的误差，例如在涂布时难以在真正意义上做到颗粒均匀，在辊压过程中也不可预知杂质的粘附等其它情况，无论何种情况一旦极片在辊压时存在较大的颗粒，便会在压力下向箔带方向上挤压，颗粒较软的话会被碾成粉末继而脱落，颗粒较硬的就会挤压箔带，造成箔带破孔甚至是断裂，不仅影响质量还会对后续的分切和卷绕工序产生很大的影响。

针对上述现象，现有技术中的制片工艺难以有效解决，如何保证制片的效率以及良品率成为锂电池发展制造中亟需解决的技术问题。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂电池用极片辊压制片工艺，通过引入去除组件，去除组件用于在极片辊压前对极片和碾压辊上的杂质进行去除，避免部分杂质因硬度较高在碾压破碎后对极片进行挤压，进而造成箔带破孔甚至是断裂的情况，相比于现有技术来说，本发明可以明显提高制片质量和良品率。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种锂电池用极片辊压制片工艺，包括以下步骤：

S1、浆料涂覆及干燥：通过涂布设备将锂电池浆料均匀涂敷在集流体金属箔正反面上并进行干燥处理，得到干燥的极片结构；

S2、确定工艺参数：获得干燥后极片的参数信息，以及该极片预制的参数信息，所述参数信息包括厚度与尺寸规格，根据极片预制的厚度调节辊压设备中辊轴之间的碾缝；

S3、预处理：在双辊压机对极片辊压前方安装去除组件，其中去除组件同时与碾压辊和极片保持贴合，提高碾压辊的工作稳定性和极片的输送稳定性，并且可以去除双方在辊压过程中粘附到的杂质；

S4、辊压：通过辊压设备对极片进行连续热辊压处理；

S5、质量检测：对辊压后的极片进行质量检测，包括厚度、平整度以及裂缝检测；

S6、裁片：将极片的良品区域通过裁片设备裁成预制的规格；

S7、干燥刷粉：将裁片后的极片快速烘干，再通过刷粉设备去除极片分切处的毛刺和粉状颗粒。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中去除组件包括极片去除区、碾压辊去除区以及观察过渡区，所述极片去除区用于贴合碾压前的极片，所述碾压辊去除区用于贴合碾压中的碾压辊，所述观察过渡区固定连接于极片去除区和碾压辊去除区之间，所述观察过渡区为透明材质，且观察过渡区与碾压前的极片和碾压中的碾压辊均保持间隙。

作为本发明的进一步改进，所述去除组件上配置前检测带，且前检测带镶嵌安装于极片去除区和/或碾压辊去除区的贴合面，所述前检测带用于检测极片和碾压辊上的颗粒物。

作为本发明的进一步改进，所述前检测带包括预破检测膜、分隔板以及标记物，所述极片去除区和/或碾压辊去除区的贴合面开设有检测槽，所述预破检测膜设置于检测槽槽口处并保持统一水平面，所述分隔板为任意数量，且分隔板均匀分布于检测槽中并与预破检测膜之间固定连接，所述分隔板将检测槽分割为多个一致的检测区间，所述标记物填充于各个检测区间内。

作为本发明的进一步改进，所述分隔板沿极片和/或碾压辊的行进方向倾斜；

所述分隔板倾斜至极片和/或碾压辊的行进方向上任意一条线均无法完整通过分隔板。

作为本发明的进一步改进，所述标记物为区分极片和/或碾压辊颜色的固体和/或液体；

所述固体为粉末状，所述液体流动性好。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41、预辊压，对极片进行初次碾压，碾压参数小于步骤S2中确定的工艺参数；

S42、终辊压，对极片进行最终碾压，碾压参数按照步骤S2中确定的工艺参数；

所述去除组件安装于步骤S42终辊压中的碾压辊上。

作为本发明的进一步改进，所述前检测带检测出颗粒物之后，立即停机拆下去除组件，然后对颗粒物区域进行打磨；

打磨过程中采用1.0μm、0.3μm、0.05μm的氧化铝粉末依次进行打磨抛光。

作为本发明的进一步改进，所述前检测带检测出颗粒物之后，立即增加碾缝厚度，并在裁切步骤中对颗粒物区域的极片进行裁切报废。

作为本发明的进一步改进，引入视觉检测组件对去除组件上的观察过渡区进行实时监控。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过引入去除组件，去除组件用于在极片辊压前对极片和碾压辊上的杂质进行去除，避免部分杂质因硬度较高在碾压破碎后对极片进行挤压，进而造成箔带破孔甚至是断裂的情况，相比于现有技术来说，本发明可以明显提高制片质量和良品率。

(2)本方案通过在去除组件上配置前检测带的方式，对于极片和碾压辊上可能存在且无法正常去除的细小颗粒物进行牺牲式检测，这部分细小颗粒物存在在碾压过程中造成箔带破孔甚至断裂的风险，通过前检测带检测的方式可以提前规避掉一些风险，进而提高制片质量。

(3)本方案预辊压不仅可以预先对极片进行施压，在终辊压时可以更好的进行碾压，可以降低极片的回弹量，此外，在预辊压时，极片上可能存在的细小的高硬度颗粒存在一定概率发生破碎现象，破碎后的高硬度颗粒更容易将预破检测膜划破，对于颗粒物检测的灵敏度更高，反之若破碎后的颗粒硬度不高不足以划破预破检测膜，那就很大概率无法造成更高强度的箔带破孔和断裂，因此增加的预辊压步骤，可以进一步筛选出存在风险的颗粒物区域，进一步提高前检测带对于检测的灵敏性和准确度。

附图说明

图1为本发明中实施例1中的工艺流程图；

图2为本发明中实施例1中去除组件的结构示意图；

图3为本发明中实施例2中去除组件的结构示意图；

图4为本发明中实施例2中前检测带的结构示意图；

图5为本发明中实施例2中前检测带中分隔板的结构示意图；

图6为本发明中实施例3中的工艺流程图。

图中标号说明：

1去除组件、11极片去除区、12碾压辊去除区、13观察过渡区、2前检测带、21预破检测膜、22分隔板、23标记物。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1，一种锂电池用极片辊压制片工艺，包括以下步骤：

S1、浆料涂覆及干燥：通过涂布设备将锂电池浆料均匀涂敷在集流体金属箔正反面上并进行干燥处理，得到干燥的极片结构；

S2、确定工艺参数：获得干燥后极片的参数信息，以及该极片预制的参数信息，参数信息包括厚度与尺寸规格，根据极片预制的厚度调节辊压设备中辊轴之间的碾缝；

S3、预处理：在双辊压机对极片辊压前方安装去除组件1，其中去除组件1同时与碾压辊和极片保持贴合，提高碾压辊的工作稳定性和极片的输送稳定性，并且可以去除双方在辊压过程中粘附到的杂质；

S4、辊压：通过辊压设备对极片进行连续热辊压处理；

S5、质量检测：对辊压后的极片进行质量检测，包括厚度、平整度以及裂缝检测，例如激光测厚仪、β-ray测重、视觉检测等手段；

S6、裁片：将极片的良品区域通过裁片设备裁成预制的规格；

S7、干燥刷粉：将裁片后的极片快速烘干，再通过刷粉设备去除极片分切处的毛刺和粉状颗粒。

请参阅图2，其中，步骤S3中去除组件1包括极片去除区11、碾压辊去除区12以及观察过渡区13，极片去除区11用于贴合碾压前的极片，碾压辊去除区12用于贴合碾压中的碾压辊，观察过渡区13固定连接于极片去除区11和碾压辊去除区12之间，极片去除区11和碾压辊去除区12的材质可以和碾压辊保持一致，观察过渡区13为透明材质，且观察过渡区13与碾压前的极片和碾压中的碾压辊均保持间隙。

去除组件1以固定的方式进行安装，同时贴合碾压前的极片和碾压中的碾压辊，不仅可以提高极片和碾压辊在实际制片时的稳定性，同时可以对极片和碾压辊在制片时可能粘附上的杂质进行清理，这部分杂质若不经过清理，在碾压过程中出现破碎的现象，硬度较高的杂质在破碎后会对箔带造成破孔甚至是断裂。

本实施例1与现有技术相比，通过引入去除组件1，去除组件1用于在极片辊压前对极片和碾压辊上的杂质进行去除，避免部分杂质因硬度较高在碾压破碎后对极片进行挤压，进而造成箔带破孔甚至是断裂的情况，相比于现有技术来说，本发明可以明显提高制片质量和良品率。

实施例2：

与实施例1不同的是，请参阅图3，去除组件1上配置前检测带2，且前检测带2镶嵌安装于极片去除区11和/或碾压辊去除区12的贴合面，前检测带2用于检测极片和碾压辊上的颗粒物。

尽管在实施例1中极片去除区11和碾压辊去除区12可以对极片和碾压辊上粘附的绝大部分杂质进行良好的去除清理，但是对于一些顽固、小粒径的高硬度颗粒，极片去除区11和碾压辊去除区12并不能保证去除效果，然而这些颗粒在实际的碾压过程中仍存在较大的风险导致箔带破孔甚至是断裂，因此设置前检测带2来对这部分高硬度颗粒进行检测。

请参阅图4，其中，前检测带2包括预破检测膜21、分隔板22以及标记物23，极片去除区11和/或碾压辊去除区12的贴合面开设有检测槽，预破检测膜21设置于检测槽槽口处并保持统一水平面，分隔板22为任意数量，且分隔板22均匀分布于检测槽中并与预破检测膜21之间固定连接，分隔板22将检测槽分割为多个一致的检测区间，标记物23填充于各个检测区间内。

首先预破检测膜21要保证良好的水平度，这样才可以对极片表面进行高灵敏性的平整度检测，若存在上述内容中的高硬度颗粒，则具有很大概率会在行进过程中划破预破检测膜21，进而使得检测区间内的标记物23流出至极片或者碾压辊上进行标记，然后通过观察过渡区13可以直观的观察到，分隔板22的目的在于分割出多个检测区间，既可以避免标记物23一次性释放的太多导致浪费，另外也会导致对于颗粒物定位标记不准的情况，理论上在保证预破检测膜21水平度足够的情况下，其采用的材质越容易被颗粒物划破，对于颗粒物检测的灵敏性也就越高，因此根据实际工艺需求技术人员应当自行选择合适材质以及参数的预破检测膜21来进行检测，但要注意无论怎么选择其强度一定低于极片的强度，根据其是否被划破这个指标来判断极片表面颗粒物的风险高低，可以规避掉许多极片破孔和断裂的风险。

请参阅图5，分隔板22沿极片和/或碾压辊的行进方向倾斜；

分隔板22倾斜至极片和/或碾压辊的行进方向上任意一条线均无法完整通过分隔板22。

如此设置可以保证极片和碾压辊上的任何一个点均会经过预破检测膜21和分隔板22的非相交区域，避免因预破检测膜21和分隔板22区域重合导致部分点无法进行检测，提高对于极片和碾压辊的检测范围。

标记物23为区分极片和/或碾压辊颜色的固体和/或液体，优选为红色，具有一定的警示作用；

固体为粉末状，应尽可能选择小粒径的粉末，最好是微纳米级，值得注意的是，当固体粉末采用氧化铝粉末后，若检测出颗粒物之后释放出来，后续的打磨步骤可以直接利用释放出来的氧化铝粉末对颗粒物区域进行打磨，可以提高氧化铝粉末的利用率，同时减少整体的打磨时间，液体流动性好，保证可以在预破检测膜21破裂后可以迅速流出进行标记和示警，选用的液体应注意采用无腐蚀性的安全液体，且容易被去除，可以采用稳定性较高的挥发性颜料。

前检测带2检测出颗粒物之后，具有两种处理方式：

一、立即停机拆下去除组件1，然后对颗粒物区域进行打磨；

打磨过程中最好采用1.0μm、0.3μm、0.05μm的氧化铝粉末依次进行打磨抛光，注意不同规格之间的氧化铝粉末严禁混在一起，影响后续的打磨效果，采用打磨方式可以很大程度上消除颗粒物，保证制片的整体质量，不易出现报废区域，但是对于极片的整体制片效率有影响，打磨结束后应完全回收打磨用的氧化铝粉末，必要时可以采用无尘布润湿无水乙醇进行清洁。

二、立即增加碾缝厚度，并在裁切步骤中对颗粒物区域的极片进行裁切报废，增加碾缝厚度来降低对颗粒物区域的挤压作用，避免出现箔带开裂现象，也避免碾压辊上粘附上破碎的颗粒影响后续的碾压，在辊压之后该部分区域可以通过裁切的方式取下，可以采取打磨的方式消除颗粒物缺陷进行回收利用，也可以直接报废，与第一种方式打磨相比，第二种方式可以做到不停机制片，整体制片效率较高。

引入视觉检测组件对去除组件1上的观察过渡区13进行实时监控，当前检测带出现变化时，视觉检测组件可以及时的观察到并进行处理，视觉检测组件可以采用现有技术中的视觉检测摄像头。

本实施例2相比于实施例1，新增对于极片和碾压辊上可能存在且无法正常去除的细小颗粒物进行牺牲式检测，这部分细小颗粒物存在在碾压过程中造成箔带破孔甚至断裂的风险，通过前检测带2检测的方式可以提前规避掉一些风险，进而提高制片质量。

实施例3：

与实施例1、2不同的是，请参阅图6，步骤S4具体包括以下步骤：

S41、预辊压，对极片进行初次碾压，碾压参数小于步骤S2中确定的工艺参数；

S42、终辊压，对极片进行最终碾压，碾压参数按照步骤S2中确定的工艺参数；

去除组件1安装于步骤S42终辊压中的碾压辊上，其中预辊压的工艺参数与终辊压的偏差在30-50％之间，偏差太大会导致预辊压起到的效果较差，偏差太小则没有设置预辊压的必要性，会导致时间成本、设备成本以及能耗成本显著增加，例如终辊压设置的碾缝为L，那么预辊压设置的碾缝范围为1.3L-1.5L，即在调节碾压辊碾缝时调节量较终辊压较小，热辊压温度也低于终辊压。

与普通热辊压不同的是新增预辊压的方式，最主要的地方在于预辊压的碾缝大于终辊压，预辊压不仅可以预先对极片进行施压，在终辊压时可以更好的进行碾压，与实施例1相比，可以降低极片的回弹量，此外，在预辊压时，极片上可能存在的细小的高硬度颗粒存在一定概率发生破碎现象，破碎后的高硬度颗粒更容易将预破检测膜21划破，相比于实施例2来说，对于颗粒物检测的灵敏度更高，反之若破碎后的颗粒硬度不高不足以划破预破检测膜21，那就很大概率无法造成更高强度的箔带破孔和断裂，因此增加的预辊压步骤，可以进一步筛选出存在风险的颗粒物区域，实施例2、3结合起来可以进一步提高前检测带2对于检测的灵敏性和准确度。

值得注意的是，实施例3中设置预辊压步骤之后，可以将实施例2中针对颗粒物区域设置的打磨步骤穿插在预辊压和终辊压之间，在预辊压检测出颗粒物区域之后，通过设置打磨组件例如打磨辊靠近并针对颗粒物区域进行打磨，打磨结束后进入到终辊压步骤中，这样既可以实现尽可能消除掉极片上的颗粒物缺陷，同时可以实现不停机制片，在保证制片质量的前提下不会降低制片效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、浆料涂覆及干燥：通过涂布设备将锂电池浆料均匀涂敷在集流体金属箔正反面上并进行干燥处理，得到干燥的极片结构；

S2、确定工艺参数：获得干燥后极片的参数信息，以及该极片预制的参数信息，所述参数信息包括厚度与尺寸规格，根据极片预制的厚度调节辊压设备中辊轴之间的碾缝；

S3、预处理：在双辊压机对极片辊压前方安装去除组件（1），其中去除组件（1）同时与碾压辊和极片保持贴合，提高碾压辊的工作稳定性和极片的输送稳定性，并且可以去除双方在辊压过程中粘附到的杂质；

S4、辊压：通过辊压设备对极片进行连续热辊压处理；

S5、质量检测：对辊压后的极片进行质量检测，包括厚度、平整度以及裂缝检测；

S6、裁片：将极片的良品区域通过裁片设备裁成预制的规格；

S7、干燥刷粉：将裁片后的极片快速烘干，再通过刷粉设备去除极片分切处的毛刺和粉状颗粒；

所述步骤S3中去除组件（1）包括：

极片去除区（11），所述极片去除区（11）用于贴合碾压前的极片；

碾压辊去除区（12），所述碾压辊去除区（12）用于贴合碾压中的碾压辊；

观察过渡区（13），所述观察过渡区（13）固定连接于极片去除区（11）和碾压辊去除区（12）之间，所述观察过渡区（13）为透明材质，且观察过渡区（13）与碾压前的极片和碾压中的碾压辊均保持间隙。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：所述去除组件（1）上配置前检测带（2），且前检测带（2）镶嵌安装于极片去除区（11）和/或碾压辊去除区（12）的贴合面，所述前检测带（2）用于检测极片和碾压辊上的颗粒物。

3.根据权利要求2所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：所述前检测带（2）包括：

预破检测膜（21），所述极片去除区（11）和/或碾压辊去除区（12）的贴合面开设有检测槽，所述预破检测膜（21）设置于检测槽槽口处并保持统一水平面；

分隔板（22），所述分隔板（22）为任意数量，且分隔板（22）均匀分布于检测槽中并与预破检测膜（21）之间固定连接，所述分隔板（22）将检测槽分割为多个一致的检测区间；

标记物（23），所述标记物（23）填充于各个检测区间内。

4.根据权利要求3所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：所述分隔板（22）沿极片和/或碾压辊的行进方向倾斜；

所述分隔板（22）倾斜至极片和/或碾压辊的行进方向上任意一条线均无法完整通过分隔板（22）。

5.根据权利要求3所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：所述标记物（23）为区分极片和/或碾压辊颜色的固体和/或液体；

所述固体为粉末状，所述液体流动性好。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：

S41、预辊压，对极片进行初次碾压，碾压参数小于步骤S2中确定的工艺参数；

S42、终辊压，对极片进行最终碾压，碾压参数按照步骤S2中确定的工艺参数；

所述去除组件（1）安装于步骤S42终辊压中的碾压辊上。

7.根据权利要求2所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：所述前检测带（2）检测出颗粒物之后，立即停机拆下去除组件（1），然后对颗粒物区域进行打磨；

打磨过程中采用1.0μm、0.3μm、0.05μm的氧化铝粉末依次进行打磨抛光。

8.根据权利要求2所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：所述前检测带（2）检测出颗粒物之后，立即增加碾缝厚度，并在裁切步骤中对颗粒物区域的极片进行裁切报废。

9.根据权利要求1所述的一种锂电池用极片辊压制片工艺，其特征在于：引入视觉检测组件对去除组件（1）上的观察过渡区（13）进行实时监控。