CN209709084U - 一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统，包括中空的挤出模头(1)，挤出模头(1)的底部开有浆料上料口(5)；浆料上料口(5)通过涂敷间隙阀(4)和上料螺杆泵(3)与浆料缓存罐(2)的出料口相连通；挤出模头(1)的顶部左右两端，分别开有左侧入料口(12)和右侧入料口(13)；挤出模头(1)的正面开有涂敷狭缝(6)；左侧入料口(12)通过左侧针孔阀(10)和左侧蠕动泵(8)与小罐(7)底部的出料口相连通；右侧入料口(12)，通过一根设置有右侧针孔阀(11)和右侧蠕动泵(9)的连接管道，与小罐(7)底部的出料口相连通。本实用新型可有效消除锂电池极片边缘厚边的问题，提高电池极片品质。

Description

一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池极片生产技术领域，特别是涉及一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统。

背景技术

目前，锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备上如移动电话、数码摄像机和手提电脑得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的性能要求越来越高。

在锂离子电池极片生产过程中，涂敷是生产电池极片的关键工序，涂敷工艺的速度与质量，对电池的工艺过程和电池性能的一致性，具有重大的影响。

其中，挤压式涂敷(即狭缝挤出涂敷)因其高精度、高可靠性等优点，成为应用最广泛的涂敷方式。挤压式涂敷方式，即通过上料系统(如上料管道)将涂料输送给至电池极片涂敷设备的挤出头(即模头)中，然后由挤出头(即模头)挤出浆料，对外部的电池极片箔材(例如铜箔或者铝箔)表面进行浆料的涂敷。

但是，在挤压式涂敷(即狭缝挤出涂敷)过程中，由于浆料流体的特性，在涂层的两侧边缘容易形成极片边缘厚度突增的现象，即“厚边”现象。一般地，涂层边缘的厚度比正常的中部区域厚5～10μm，从而在涂敷干燥后收卷时，由于电池极片的边缘厚度差不断累加，导致整个电池极片卷产生厚边，碾压的边缘产生鼓包，或由于横向压实密度不均匀，形成蛇形的极片，影响后续的分切或卷绕等工艺，严重时，甚至会造成极片的断裂，极大地影响电池极片的生产效率以及产品质量。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以有效地消除锂电池极片边缘厚边的问题，提高电池极片的生产工艺和品质，保证电池极片的生产质量。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的技术缺陷，提供一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统。

为此，本实用新型提供了一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统，包括中空的挤出模头，挤出模头的底部开有一个浆料上料口；

浆料上料口，通过一根设置有涂敷间隙阀和上料螺杆泵的连接管道，与浆料缓存罐底部的出料口相连通；

挤出模头的顶部左右两端，分别开有左侧入料口和右侧入料口；

挤出模头的正面，开有一条横向分布的涂敷狭缝；

左侧入料口，通过一根设置有左侧针孔阀和左侧蠕动泵的连接管道，与小罐底部的出料口相连通；

右侧入料口，通过一根设置有右侧针孔阀和右侧蠕动泵的连接管道，与小罐底部的出料口相连通。

其中，浆料缓存罐，用于预先存储需要向电池极片涂敷的电池极片浆料；

小罐，用于预先存储粘度低于电池极片浆料的预设溶液。

其中，当需要涂敷的电池极片为正极极片时，预设溶液为聚偏氟乙烯PVDF溶液；

当需要涂敷的电池极片为负极极片时，预设溶液为羧甲基纤维素CMC溶液。

其中，挤出模头包括上下扣合的上模头和下模头；

下模头的底部开有浆料上料口；

上模头和下模头前端之间具有预留的涂敷狭缝。

其中，上模头的底部和下模头的顶部之间，固定设置有一个垫片；

下模头的上部，具有开口向上的料腔；

垫片的前端具有浆料挤出口，浆料挤出口与料腔相连通；

涂敷狭缝设置在浆料挤出口的正前方，且与浆料挤出口；相连通

垫片的左右两端，分别具有一个垫片导流槽；

垫片导流槽的前端具有溶液挤出口；

两个垫片导流槽，分别位于左侧入料口和右侧入料口的正下方。

其中，上模头的左右两端，分别开有左侧入料口和右侧入料口；

左侧入料口和右侧入料口中，分别安装有一个具有导流孔的螺钉；

螺钉的上部具有一个溶液入料口，与左侧针孔阀或右侧针孔阀的一端相连通；

螺钉的底部具有导流槽连接口；

螺钉的内部具有中空的导流孔，该导流孔的上下两端分别连接溶液入料口和导流槽连接口；

两个导流槽连接口，与垫片左右两端上的垫片导流槽对应相连通。

其中，垫片上间隔分布有多个安装孔，安装孔通过螺丝与上模头的底面相连接。

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统，其可以有效地消除锂电池极片边缘厚边的问题，提高电池极片的生产工艺和品质，保证电池极片的生产质量，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统的整体连接结构示意图；

图2为消除电极涂敷边缘厚边的电极(即电池极片)的部分结构示意图；

图3为实用新型提供的一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统中，具有导流孔的挤出模头与具有导流槽的垫片的位置关系示意图；

图4为具有导流孔的螺钉的示意图；

图中，1、挤出模头；2、浆料缓存罐；3、上料螺杆泵；4、涂敷间隙阀；5、浆料上料口；

6、涂敷狭缝；7、小罐；8、左侧蠕动泵；9、右侧蠕动泵；10、左侧针孔阀；

11、右侧针孔阀；12、左侧入料口；13、右侧入料口；14、左侧消薄边；15、右侧消薄边；16、电极活性物质涂层；

101、上模头，102、下模头。

21、垫片；22、垫片导流槽；23、安装孔；25、料腔；

27、螺钉，28、溶液入料口；29、导流槽连接口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

参见图1至图4，本实用新型提供了一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统，包括中空的挤出模头1，挤出模头1的底部开有一个浆料上料口5；

浆料上料口5，通过一根设置有涂敷间隙阀4和上料螺杆泵3的连接管道，与浆料缓存罐2底部的出料口相连通；

挤出模头1的顶部左右两端，分别开有左侧入料口12和右侧入料口13；

挤出模头1的正面，开有一条横向分布的涂敷狭缝6；

左侧入料口12，通过一根设置有左侧针孔阀10和左侧蠕动泵8的连接管道，与小罐7底部的出料口相连通；

右侧入料口12，通过一根设置有右侧针孔阀11和右侧蠕动泵9的连接管道，与小罐7底部的出料口相连通。

需要说明的是，浆料缓存罐2，用于预先存储需要向电池极片涂敷的电池极片浆料(即湿态浆料)；

小罐7，用于预先存储粘度低于电池极片浆料的预设溶液。

在本实用新型中，具体实现上，挤出模头1为特殊设计的狭缝挤出模头，包括上下扣合的上模头101和下模头102(具体可以相互卡接或者焊接或者螺纹固定连接)；

下模头102的底部开有浆料上料口5；

上模头101和下模头102前端之间具有预留的涂敷狭缝6。

具体实现上，上模头101的底部和下模头的顶部之间，固定设置有一个垫片21；

下模头102的上部，具有开口向上的料腔25；

垫片21的前端具有浆料挤出口210，浆料挤出口210与料腔25相连通；

涂敷狭缝6设置在浆料挤出口210的正前方，且与浆料挤出口210；相连通

垫片21的左右两端，分别具有一个垫片导流槽22；

垫片导流槽22的前端具有溶液挤出口220；

两个垫片导流槽22，分别位于左侧入料口12和右侧入料口13的正下方。

具体实现上，上模头101的左右两端，分别开有左侧入料口12和右侧入料口13；

左侧入料口12和右侧入料口13中，分别安装有一个具有导流孔的螺钉27；

螺钉27的上部具有一个溶液入料口28，与左侧针孔阀10或右侧针孔阀11的一端相连通；

螺钉27的底部具有导流槽连接口29；

螺钉27的内部具有中空的导流孔270(即上下分布的导流通道)，该导流孔的上下两端分别连接溶液入料口28和导流槽连接口29；

两个导流槽连接口29，与垫片21左右两端上的垫片导流槽22对应相连通。

具体实现上，垫片21上间隔分布有多个安装孔23，安装孔23通过螺丝与上模头101的底面相连接。

对于本实用新型，需要说明的是，湿态浆料储存于浆料缓存罐2中，通过上料螺杆泵3输送至涂敷间隙阀4，从挤出模头1下方的浆料上料口5进入挤出模头1内部的料腔，通过特殊设计的涂敷狭缝6，以挤出方式，对外部的电池极片进行涂敷(电池极片箔材位于涂敷狭缝6的正前方)，在将电池极片烘干后，得到电极活性物质涂层。

在本实用新型中，具体实现上，低固含量的消边浆料(即小罐7预先存储的粘度低于电池极片浆料的预设溶液)储存于小罐7中，通过左侧蠕动泵8和右侧蠕动泵9，输送至涂敷控制用的左侧针孔阀10和右侧针孔阀11，因此，从挤出模头1的上方两侧的两个消边入料口(即左侧入料口12和右侧入料口13)进入螺钉27中的导流孔，通过特殊设计的涂敷狭缝6，以挤出方式，将预设溶液涂敷于电极极片箔材(如铜箔或铝箔)100的两侧边缘(即左侧消薄边14和右侧消薄边15)。

具体实现上，电极极片箔材100左右两侧具有的边缘(即左侧消薄边14和右侧消薄边15)，分别涂敷2～3mm宽度的、具有低固含量、高表面张力的预设溶液；

电极极片箔材100的中部区域，为电极活性物质涂层16；

左侧消薄边14和右侧消薄边15，分别与电极活性物质涂层16的两侧边缘接触，因此，在烘干后，左侧消薄边14和右侧消薄边15可以作为边角料进行剪切去除。

具体实现上，通过涂敷狭缝6，来自于小罐7的预设的溶液，从涂敷狭缝6的左右两侧(具体是对应垫片导流槽22的位置)向外进行涂敷，而来自于浆料涂敷罐2的电池极片浆料，从而下模头102底部的浆料上料口5进入到料腔25后，从涂敷狭缝6的中部向外进行涂敷。也就是说，涂敷狭缝6能够实现将预设的溶液以及电池极片浆料，同时对电池极片箔材进行涂敷。

需要说明的是，涂敷狭缝6的实现，具体可以通过垫片21的规格(例如厚度)来实现，使得上模头101和下模头102的前端之间具有缝隙。

具体实现上，电极活性物质涂层16上活性物质的涂敷，通过上料螺杆泵3与涂敷间隙阀4来控制；而对左侧消薄边14和右侧消薄边15进行预设溶液(如稀溶液)的涂敷，分别通过左侧蠕动泵8与左侧针孔阀10，以及右侧蠕动泵9和右侧针孔阀11来控制，在左侧消薄边14和右侧消薄边15上，可以形成具有浓度差的两种液体界面，电极活性物质涂层16上的活性物质向左侧消薄边14和右侧消薄边15的稀溶液方向迁移，在烘干后，可以保证削薄边缘的厚边。

具体实现上，垫片21为导流槽垫片，具有距边缘1.5-2mm处的垫片导流槽22，预设溶液(如稀溶液)与电极活性物质浆料(也是液体)同时挤压至外部的电池极片箔材(即电池极片基体)，由于流体膨胀，两种液体融合，释放极片边缘的应力，从而降低边缘的厚度。

具体实现上，预设溶液为稀溶液，具体可以为表面活性剂溶液，也可以从工艺过程简单易行方面选择粘结剂溶液，如正极使用的聚偏氟乙烯PVDF溶液，负极使用的羧甲基纤维素CMC溶液，浆料从挤出模头1处挤压喷出时，粘弹性浆料流体会发生膨胀，由于受到模头边缘内壁的应力作用，边缘处的浆料膨胀效应更明显，另外，涂层干燥时，边缘处的溶剂蒸发更快，边缘成分变化，分散的颗粒悬浮液表面张力大于溶剂的表面张力时，浆料向边缘流动，最终都会导致厚边现象，预设溶液(即稀溶液)可以通过液液界面释放边缘应力，消除厚边现象，同时使垫片厚度、涂敷速度、浆料性质等影响厚边的因素，具有更大的适用范围。

具体实现上，预设溶液(即稀溶液)通过小罐7、蠕动泵(即包括左侧蠕动泵和右侧蠕动泵)、上料管道与上模头中具有导流孔的螺钉27连接，具有导流孔的螺钉27，安装于垫片导流槽22对应的上模头101上方，螺钉27中的导流孔与垫片导流槽22接触，实现稀溶液的供料路径。

其中，浆料从挤出模头1的涂敷缝隙6处挤压喷出时，粘弹性浆料流体会发生膨胀，在被涂敷的电池极片箔材100的左右两侧边缘(即左侧消薄边14和右侧消薄边15)，分别增加一层3mm左右宽度稀溶液涂层，通过两种溶液(即稀溶液与电池浆料这两种溶液)界面应力，消除浆料粘弹性或边缘流动特性造成的极片边缘厚度突增的厚边现象。

需要说明的是，如图3所示，上模头101两侧开的左侧入料口12和右侧入料口13，安装具有导流孔的螺钉27，螺钉27底部的导流槽连接口29与垫片21两侧对应的垫片导流槽22相衔接(相连通)，稀溶液通过此路径，可以形成边缘2mm的窄狭缝(即涂敷缝隙6的两侧部分)；

浆料缓存罐2中的浆料(即电池活性物质浆料)通过上料螺杆泵3、涂敷间隙阀4到达浆料上料口5，然后进入下挤出模头24的料腔25里面，浆料通过此路径，可以形成垫片开口宽度的狭缝(即涂敷缝隙6的主要部分)。

需要说明的是，对于本实用新型，在对外部的电池极片箔材100进行浆料的涂敷过程中，预设溶液(即稀溶液)通过蠕动泵(即包括左侧蠕动泵和右侧蠕动泵)供料，通过供料管与具有导流孔的螺钉27连接，螺钉27的导流孔底部与垫片导流槽22连接，形成稀溶液的流动路径，涂敷时，实现与浆料(即电池活性物质浆料)同时涂敷。

由于稀溶液与浆料(即电池活性物质浆料)同时涂敷，因此，在电池极片箔材的边缘形成具有应力差的液体界面(存在两种液体)，边缘的活性物质向稀溶液处迁移，在烘干后，能够保证削薄电池极片边缘的厚度。

基于以上技术方案可知，对于本实用新型提供的消除锂离子电极涂敷边缘厚边的生产系统，可以消除锂离子电极涂敷过程中经常发生的厚边现象，狭缝涂敷生产过程中，由于湿态浆料表面张力与粘弹性，电极烘干过程中干燥速率造成的应力集中，往往产生电极边缘厚边，边缘厚边造成电极裂纹、掉粉、碾压过程电极断裂或边缘鼓包，造成极大浪费且不易调节。本实用新型通过狭缝涂敷在线边缘增加低固含量、高表面张力的溶液，释放浆料边缘向内的收缩应力，消除厚边现象，本实用新型简单有效，同时能够减少因调节厚边造成的电极面密度等不良，有利于提高电极质量及过程效率，具有重要的生产实践意义。

基于以上技术方案可知，对于本实用新型提供的消除锂离子电极涂敷边缘厚边的生产系统，其通过使用狭缝挤出涂敷设备，通过增加低固含量、高表面张力溶液，释放浆料边缘向内的收缩应力，最终消除电池极片的厚边现象。

综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提供的一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统，其可以有效地消除锂电池极片边缘厚边的问题，提高电池极片的生产工艺和品质，保证电池极片的生产质量，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种可消除锂电池极片边缘厚边的生产系统，其特征在于，包括中空的挤出模头(1)，挤出模头(1)的底部开有一个浆料上料口(5)；

浆料上料口(5)，通过一根设置有涂敷间隙阀(4)和上料螺杆泵(3)的连接管道，与浆料缓存罐(2)底部的出料口相连通；

挤出模头(1)的顶部左右两端，分别开有左侧入料口(12)和右侧入料口(13)；

挤出模头(1)的正面，开有一条横向分布的涂敷狭缝(6)；

左侧入料口(12)，通过一根设置有左侧针孔阀(10)和左侧蠕动泵(8)的连接管道，与一个小罐(7)底部的出料口相连通；

右侧入料口(13)，通过一根设置有右侧针孔阀(11)和右侧蠕动泵(9)的连接管道，与小罐(7)底部的出料口相连通。

2.如权利要求1所述的生产系统，其特征在于，浆料缓存罐(2)，用于预先存储需要向电池极片涂敷的电池极片浆料；

小罐(7)，用于预先存储粘度低于电池极片浆料的预设溶液。

3.如权利要求2所述的生产系统，其特征在于，当需要涂敷的电池极片为正极极片时，预设溶液为聚偏氟乙烯PVDF溶液；

当需要涂敷的电池极片为负极极片时，预设溶液为羧甲基纤维素CMC溶液。

4.如权利要求1至3中任一项所述的生产系统，其特征在于，挤出模头(1)包括上下扣合的上模头(101)和下模头(102)；

下模头(102)的底部开有浆料上料口(5)；

上模头(101)和下模头(102)前端之间具有预留的涂敷狭缝(6)。

5.如权利要求4所述的生产系统，其特征在于，上模头(101)的底部和下模头的顶部之间，固定设置有一个垫片(21)；

下模头(102)的上部，具有开口向上的料腔(25)；

垫片(21)的前端具有浆料挤出口(210)，浆料挤出口(210)与料腔(25)相连通；

涂敷狭缝(6)设置在浆料挤出口(210)的正前方，且与浆料挤出口(210)；相连通

垫片(21)的左右两端，分别具有一个垫片导流槽(22)；

垫片导流槽(22)的前端具有溶液挤出口(220)；

两个垫片导流槽(22)，分别位于左侧入料口(12)和右侧入料口(13)的正下方。

6.如权利要求5所述的生产系统，其特征在于，上模头(101)的左右两端，分别开有左侧入料口(12)和右侧入料口(13)；

左侧入料口(12)和右侧入料口(13)中，分别安装有一个具有导流孔的螺钉(27)；

螺钉(27)的上部具有一个溶液入料口(28)，与左侧针孔阀(10)或右侧针孔阀(11)的一端相连通；

螺钉(27)的底部具有导流槽连接口(29)；

螺钉(27)的内部具有中空的导流孔(270)，该导流孔的上下两端分别连接溶液入料口(28)和导流槽连接口(29)；

两个导流槽连接口(29)，与垫片(21)左右两端上的垫片导流槽(22)对应相连通。

7.如权利要求5或6所述的生产系统，其特征在于，垫片(21)上间隔分布有多个安装孔(23)，安装孔(23)通过螺丝与上模头(101)的底面相连接。