CN209849189U - 一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其包括垫片架，垫片架为矩形板，垫片架具有相对的第一端面和第二端面，第一端面上开设有矩形开口，矩形开口的底端连接矩形空间，矩形空间向第二端面的方向延伸，矩形开口的宽度小于矩形空间的宽度，矩形开口和矩形空间内填充垫片。本实用新型通过优化该狭缝垫片的出口形状，可以改变浆料流动速度方向和大小，降低边缘浆料的应力状态，减弱或消除涂层厚边现象，从而可以有效地解决现有技术中挤压式涂布中存在厚边、电池制作过程中加工难的问题。

Description

一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池领域，具体而言，涉及一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构。

背景技术

锂离子电池是目前性能最优的二次电池产品，在能量密度、功率密度、寿命、环境适应性、安全和成本方面均有较大的改进空间。锂离子动力电池是混合动力车、纯电动汽车、储能系统等应用技术和工程技术的基础。

极片制作工艺是制造锂离子动力电池的基础工艺，所以对于此环节所用设备的精度、智能化水平、生产性能的可靠性等要求非常高。目前，锂离子动力电池行业已经普遍采用狭缝挤压式涂布技术制造电池极片。挤压涂布技术能获得较高精度的涂层，同时也可以用于较高粘度流体涂布，被广泛应用于柔性电子、功能薄膜、平板显示器、微纳米制造、印刷等众多领域。

作为目前最主流的涂布方式，挤压式涂布是现在的主流趋势，其将一层或多层涂液从挤压嘴的缝隙加压挤出(有的再经流一个斜面)，在嘴唇与被涂片基之间形成弯月面，而转贴在运行的支持体上，以形成薄层。这种新的挤压涂布工艺同旧的浸徐工艺比较有很多优点。随着新能源市场的不断发展，对于锂电池的要求不断提高，特别是高镍三元材料由于不断提高镍的比例，对涂布技术的要求严格复杂。

然而，在挤压式涂布过程中，电极制作过程中边缘较厚加工难的问题，制约了它在降低成本中的作用，同时具备一定的安全隐患。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供了一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，旨在解决现有技术中挤压式涂布中存在厚边、电池制作过程中加工难的问题。

本实用新型提供了一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其包括垫片架，垫片架为矩形板，垫片架具有相对的第一端面和第二端面，第一端面上开设有矩形开口，矩形开口的底端连接矩形空间，矩形空间向第二端面的方向延伸，矩形开口的宽度小于矩形空间的宽度，矩形开口和矩形空间内填充垫片。

进一步地，上述矩形开口的宽度与矩形空间的宽度之间的比值为1∶1.1-1∶1.8。

进一步地，上述矩形开口的宽度与矩形空间的宽度之间的比值为1∶1.2-1∶1.6。

进一步地，上述矩形开口的宽度与矩形空间的宽度之间的比值为1∶1.4。

进一步地，上述矩形开口的底端通过喇叭形扩口连接矩形空间。

进一步地，上述矩形开口的高度等于喇叭形扩口的高度。

进一步地，上述第二端面的相对两侧分别形成两向外延伸的凸板，凸板的端面呈弧面。

本实用新型所提供的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构中，由于锂离子电池极片的涂布通常需要生产条带状极片，这主要通过固定在上下模头之间的垫片来设计流道，从而实现条带状涂层制备，而垫片的形状会影响模头内流体的速度分布，最终影响涂层的形貌，特别是涂层边缘的形貌；因而，本实用新型在垫片的矩形空间上连接有宽度小于该矩形空间的矩形开口，形成了对垫片的出口形状的优化，通过优化该狭缝垫片的出口形状，可以改变浆料流动速度方向和大小，降低边缘浆料的应力状态，减弱或消除涂层厚边现象，从而可以有效地解决现有技术中挤压式涂布中存在厚边、电池制作过程中加工难的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1A是作为与本实用新型对比的第一种挤压式涂布垫片结构(a)的结构示意图；

图1B是作为与本实用新型对比的第二种挤压式涂布垫片结构(b)的结构示意图；

图1C是作为与本实用新型对比的第三种挤压式涂布垫片结构(c)的结构示意图；

图1D为本实用新型实施例提供的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构(d)的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所涉及的四种挤压式涂布垫片结构在模头出口处沿模头宽度方向的速度分布趋势对比图；

图3为本实用新型实施例所涉及的四种挤压式涂布垫片结构对应的流道流体应变速率分布对比图；

图4A是第一种挤压式涂布垫片结构(a)所涉及的模头与箔材间的流场示意图；

图4B是本实用新型实施例提供的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构(d)所涉及的模头与箔材间的流场示意图；

图5为本实用新型实施例所涉及的四种挤压式涂布垫片结构对应的涂布窗口对比图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

以实际生产为基准，实验流体为高镍三元(811)溶液(72，wt％)，粘度为0.049Pa·s，表面张力为0.078N/m，密度为1450kg/m3。

参见图1A-1D，通过实验得到的四种垫片如下(其中的箭头为流道的流向)：

如图1A所示的第一种挤压式涂布垫片结构(a)中，垫片的矩形空间21的宽度为10mm，对应的每条流道22的宽度为18mm。

如图1B所示的第二种挤压式涂布垫片结构(b)中，垫片的宽度在出口31附近由5mm扩张为10mm再保持一段平行宽度。

如图1C所示的第三种挤压式涂布垫片结构(c)中，垫片的宽度在出口41处由5mm直接扩张为10mm。

如图1D所示的本实用新型实施例的挤压式涂布垫片结构(d)中，垫片架1为矩形垫片，垫片架1具有相对的第一端面11和第二端面12，第一端面11上开设有矩形开口13，矩形开口13的底端连接矩形空间14，矩形空间14向第二端面12的方向延伸，矩形开口13的宽度小于矩形空间14的宽度，矩形空间14的宽度为14mm，矩形开口13的宽度为10mm，即垫片宽度在出口附近由14mm收缩为10mm再保持一段平行宽度。

同时，参见图1D所示，矩形开口13的底端通过喇叭形扩口15连接矩形空间14，矩形开口13的高度和喇叭形扩口15的高度皆为5mm。

参见图1D所示，第二端面12的相对两侧分别形成两向外延伸的凸板121，凸板121的端面呈弧面。

参见图2及图5，通过实验得到的四种垫片在模头出口处沿模头宽度方向的速度分布：

第一种挤压式涂布垫片结构(a)：流道尺寸保持不变，模头出口处宽度方向速度比较均衡；

第二种挤压式涂布垫片结构(b)：垫片扩张，则流道收缩，流体在模头中间的边缘处速度增加；

第三种挤压式涂布垫片结构(c)：垫片扩张，则流道收缩，流体在模头中间的边缘处速度增加，且比第二种增加更明显；

第四种本实用新型实施例的挤压式涂布垫片结构(d)：垫片收缩，则流道扩张，流体在模头中间的边缘处速度明显降低。

四种规格垫片对应的流道流体应变速率分布，与第一种相比较，第二种和第三种的流道整体更宽些，流体整体的应变速率更好，而挤压式涂布垫片结构(d)整体流道更窄，流体应变速率更高，流体压力也更大。但是二三都存在应变速率局部较大的区域，这些区域对于非牛顿流体的锂离子电池浆料而言，由于应变速率变化可能会改变浆料的诸如粘度等性质，而挤压式涂布垫片结构(d)且更加的具备稳定性。

由于模头出口速度分布必然会影响涂层的厚度，且由于锂离子电池浆料本身性质容易导致涂层厚边现象，从以上速度分布可见，对于锂离子电池浆料，挤压式涂布垫片结构(d)的边缘处速度降低时，能够抑制甚至消除厚边现象。实际生产中，可以参照以上垫片设计，根据实际情况对工艺参数进行改善，解决厚边现象。

参见图3，根据实验结果，模头与箔材之间的流场分析，当流体上流道液面靠近模头唇口外侧时，容易发生浆料漏料，而上流道液面靠近模头唇口内侧出口时，又容易导致流场的不稳定，发生流场崩塌。根据实验结果流道液面判断涂布窗口，发现四种规格垫片，对应的涂布窗口范围发生了变化，二三都缩小了涂布窗口，对应稳定涂布工艺参数范围小了，如果涂布不在涂布窗口操作，涂层更容易出现更明显的不均匀现象，而第四种的挤压式涂布垫片结构(d)上流道液面靠近模头唇口外侧时，没有发生浆料漏料，而上流道液面靠近模头唇口内侧出口时，流场稳定。

参见图4A-4B所示的模头与箔材间流场示意图，第一种上流道液面靠近模头唇口外侧，漏料；挤压式涂布垫片结构(d)上流道液面靠近模头唇口内侧出口，流场稳定，边缘收拉力影响加大，有效的解决边缘较厚的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其特征在于，包括垫片架(1)，所述垫片架(1)为矩形板，所述垫片架(1)具有相对的第一端面(11)和第二端面(12)，所述第一端面(11)上开设有矩形开口(13)，所述矩形开口(13)的底端连接矩形空间(14)，所述矩形空间(14)向所述第二端面(12)的方向延伸，所述矩形开口(13)的宽度小于所述矩形空间(14)的宽度，所述矩形开口(13)和所述矩形空间(14)内填充垫片。

2.根据权利要求1所述的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其特征在于，所述矩形开口(13)的宽度与所述矩形空间(14)的宽度之间的比值为1∶1.1-1∶1.8。

3.根据权利要求1所述的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其特征在于，所述矩形开口(13)的宽度与所述矩形空间(14)的宽度之间的比值为1∶1.2-1∶1.6。

4.根据权利要求1所述的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其特征在于，所述矩形开口(13)的宽度与所述矩形空间(14)的宽度之间的比值为1∶1.4。

5.根据权利要求1所述的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其特征在于，所述矩形开口(13)的底端通过喇叭形扩口(15)连接所述矩形空间(14)。

6.根据权利要求5所述的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其特征在于，所述矩形开口(13)的高度等于所述喇叭形扩口(15)的高度。

7.根据权利要求1所述的一种应用于电池极片制造的挤压式涂布垫片结构，其特征在于，所述第二端面(12)的相对两侧分别形成两向外延伸的凸板(121)，所述凸板(121)的端面呈弧面。