CN217432123U - 一种涂布模头、涂布机和极片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涂布模头、涂布机和极片，涉及电池技术领域；该涂布模头具有缝隙，且缝隙具有上游端和下游端，上游端用于输入液体，下游端用于输出液体，且涂布模头邻近下游端的位置设置有向远离上游端方向延伸的凸起，以使凸起处的液体能经过凸起后涂布至集流体上。涂布模头通过在缝隙下游端处设置的凸起，凸起距离集流体的距离更近，能在集流体涂布过程中形成具有削薄厚度均匀的削薄区的活性材料层，削薄区能使电解液能快速渗透和浸润整个极片，从而减少浸润时间，保证电芯中部具有充足电解液，降低中间段温度，提高极片衰减的一致性，进而以减少电池在充放电过程中的极化现象，降低电池内阻，以提高电池放电倍率，改善电池循环性能。

Description

一种涂布模头、涂布机和极片

技术领域

本实用新型涉及电池领域，具体而言，涉及一种涂布模头、涂布机和极片。

背景技术

锂离子电池按形状分为圆柱、软包和方形。其中，圆柱电池壳体对卷芯天然具有夹紧束缚的作用力，所以电芯成电池包不需要夹紧，因而电池组循环寿命更接近单体电芯循环。随着技术的发展，圆柱电池已经由传统的18650、21700发展至4680等直径更大长度更长的圆柱电池。但直径更大长度更长后暴露的问题是，电芯充放电使用时轴向中间段的温度大于两端的温度，并且圆心处的温度大于外围的温度，发热不均严重影响了电芯不同区域极片衰减的一致性。同时，直径更大长度更长后暴露的另一问题是，电芯注液非常难，尤其是圆柱电芯中部沿轴向的区域浸润时间非常长，严重影响了生产效率，甚至未完全浸润的负极片充放电会造成析锂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有凸起的涂布模头，凸起能在集流体涂布过程中形成具有削薄厚度均匀的削薄区的活性材料层，削薄区能使电解液能快速渗透和浸润整个极片，从而减少浸润时间，保证电芯中部具有充足电解液，降低中间段温度，提高极片衰减的一致性，进而以减少电池在充放电过程中的极化现象，降低电池内阻，以提高电池放电倍率，改善电池循环性能。

本实用新型的另一目的在于提供一种涂布机，其包括上述的涂布模头。因此，该涂布机也具有能提高和改善极片和电池性能的优点。

本实用新型的另一目的在于提供一种极片，其通过上述的涂布模头制备得到。因此，该极片具有性能高的优点。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供一种涂布模头，用于涂布极片的集流体：

涂布模头具有缝隙，且缝隙具有上游端和下游端，上游端用于输入液体，下游端用于输出液体，且涂布模头邻近下游端的位置设置有向远离上游端方向延伸的凸起，以使凸起处的液体能经过凸起后涂布至集流体上。

在可选的实施方式中，凸起设置于涂布模头，且位于缝隙外，一端与涂布模头的外侧壁连接，另一端向靠近缝隙的开口处延伸，以使液体能经过凸起后涂布至集流体。

在可选的实施方式中，涂布模头包括上模头和下模头，上模头和下模头间隔设置以形成缝隙，凸起包括第一凸起和第二凸起，第一凸起设置于上模头靠近下游端的位置，第二凸起设置于下模头靠近下游端的位置，且第一凸起和第二凸起相对设置，以使液体能经过第一凸起和第二凸起后涂布至集流体上。

在可选的实施方式中，凸起设置于涂布模头的缝隙内，且从下游端伸出缝隙，朝远离上游端的方向延伸。

在可选的实施方式中，涂布模头包括上模头和下模头，上模头和下模头间隔设置以形成缝隙，凸起包括第一凸起和第二凸起，第一凸起设置于上模头靠近缝隙的内侧，且部分从缝隙伸出，第二凸起设置于下模头靠近缝隙的内侧，且部分从缝隙伸出，第一凸起和第二凸起从缝隙伸出的部分相对设置，以使液体能经过第一凸起和第二凸起后涂布至集流体上。

在可选的实施方式中，凸起的数量为多个，多个凸起沿涂布模头靠近下游端的位置的长度方向间隔设置。

在可选的实施方式中，凸起的数量为偶数个。

在可选的实施方式中，凸起的数量为两个，且一个位于涂布模头长度方向的1/3位置处，另一个位于涂布模头长度方向的2/3位置处。

第二方面，本实用新型提供一种涂布机，包括前述实施方式中任一项的涂布模头。

第三方面，本实用新型提供一种极片，包括：

集流体和活性材料层，活性材料层由浆料通过前述实施方式中任一项的涂布模头或涂布机涂布至集流体的两侧得到。

本实用新型的实施例至少具备以下优点或有益效果：

本实用新型的实施例提供了一种涂布模头，用于涂布极片的集流体，涂布模头具有缝隙，且缝隙具有上游端和下游端，上游端用于输入液体，下游端用于输出液体，且涂布模头邻近下游端的位置设置有向远离上游端方向延伸的凸起，以使凸起处的液体能经过凸起后涂布至集流体上。该涂布模头通过在缝隙下游端处设置的凸起，使得涂布集流体的液体能经过凸起后流出，凸起距离集流体的距离更近，能在集流体涂布过程中形成具有削薄厚度均匀的削薄区的活性材料层，削薄区能使电解液能快速渗透和浸润整个极片，从而减少浸润时间，保证电芯中部具有充足电解液，降低中间段温度，提高极片衰减的一致性，进而以减少电池在充放电过程中的极化现象，降低电池内阻，以提高电池放电倍率，改善电池循环性能。

本实用新型的实施例还提供了一种涂布机，其包括上述的涂布模头。因此，该涂布机也具有能提高和改善极片和电池性能的优点。

本实用新型的实施例还提供了一种极片，其通过上述的涂布模头制备得到。因此，该极片具有性能高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的实施例提供的涂布机的局部结构示意图；

图2为本实用新型的实施例提供的一种涂布模头的结构示意图；

图3为本实用新型的实施例提供的一种极片的示意图；

图4为本实用新型的实施例提供的另一种涂布模头的结构示意图；

图5为本实用新型的实施例提供的另一种极片的示意图。

图标:100-涂布模头；101-集流体；103-牵引辊；105-上模头；107-下模头；109-凸起；111-第一凸起；113-第二凸起。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

相关技术中，圆柱电池的直径更大长度更长后使得电芯充放电使用时轴向中间段的温度大于两端的温度，并且圆心处的温度大于外围的温度，发热不均严重影响了电芯不同区域极片衰减的一致性。同时，直径更大长度更长后暴露的另一问题是，电芯注液非常难，尤其是圆柱电芯中部沿轴向的区域浸润时间非常长，严重影响了生产效率，甚至未完全浸润的负极片充放电会造成析锂。

为此，现有技术出现了一些解决方案，例如CN107403952A公开了一种快注液高浸润长寿命锂电池及制造方法和模具，其能一定程度改善浸润时间长的问题，但完全浸润的时间也高达28小时。又例如，CN212113924U公开了一种模片，也能一定程度改善浸润时间长的问题，但完全浸润的时间也高达30小时。

有鉴于此，本实施例提供了一种涂布机，其涂布模头其通过凸起的设置，能将制备得到的极片的浸润时间缩短至20个小时以下，能有效地改善现有技术中浸润时间长的问题，以保证电池的循环性能。下面对该涂布机的结构和工作原理进行详细地介绍。

图1为本实施例提供的涂布机的局部结构示意图；图2为本实施例提供的一种涂布模头100的结构示意图；图3为本实施例提供的一种极片的示意图。请参阅图1至图3，本实施例提供了一种涂布机，其为狭缝涂布机，具体包括涂布模头100、牵引辊103以及托辊(图未示出)。牵引辊103用于卷绕集流体101，托辊用于支撑集流体101，涂布模头100用于将活性材料浆料涂布至集流体101上以形成极片前驱体，极片前驱体进行烘干和辊压后得到厚度一致的极片。其中，在进行涂布作业时，浆料分为正极浆料和负极浆料，当集流体101为铝箔时，浆料选择为正极浆料，其通过正极材料、粘结剂、分散剂、导电剂和溶剂混合得到，涂布后得到正极片前驱体，烘干和辊压后则可得到正极片；同理，当集流体101为铜箔时，浆料选择为负极浆料，其通过负极材料、粘结剂、分散剂、导电剂和溶剂混合得到，涂布后则得到负极片前驱体，烘干和辊压后则可得到负极片。

需要说明的是，在制备得到极片后，极片可一分为二，然后与另一极性相反的极片以及隔离膜卷绕呈电芯，电芯焊接了极耳后装壳，注入电解液则可形成电池。

请再次参阅图1至图3，在本实施例中，涂布模头100具有缝隙，且缝隙具有上游端和下游端，上游端用于输入液体，下游端用于输出液体，且涂布模头100邻近下游端的位置设置有向远离上游端方向延伸的凸起109，以使凸起109处的液体能经过凸起109后涂布至集流体101上。

由于涂布模头100是靠流量和离集流体101的距离来控制涂布涂层的厚度的，当涂布的流量不变时，若距离涂布的集流体101的距离越近则涂布后的厚度越薄，则越容易形成削薄区。因而，本实施例通过位于邻近下游端的凸起109的设置，使得凸起109距离集流体101的距离更近，因而能在集流体101涂布过程中形成具有削薄厚度均匀的削薄区的活性材料层，在极片烘干和辊压后则可形成图3所示的极片结构，极片结构上具有方形长条状的削薄区。削薄区与周围的非削薄区的厚度一致，但削薄区的压实密度低于非削薄区，削薄区的孔隙率高于非削薄区，则利于电解液快速渗透的通道，从而便于使得电解液能快速渗透和浸润整个极片，从而减少浸润时间，保证电芯中部具有充足电解液，降低中间段温度，提高极片衰减的一致性，进而以减少电池在充放电过程中的极化现象，降低电池内阻，以提高电池放电倍率，改善电池循环性能。同时，由于凸起109是直接设置于涂布模头100上的，因而凸起109的稳定性较高，使得形成的削薄区更规则，也使得非削薄区的边缘更稳定，更利于保证极片质量，从而进一步地保证电池质量。

详细地，请再次参阅图2，在本实施例中，凸起109具体设置于涂布模头100，且位于缝隙外，一端与涂布模头100的外侧壁连接，另一端向靠近缝隙的开口处延伸，以使液体能经过凸起109后涂布至集流体101。通过这样设置，浆料通过泵施加压力由管道进入涂布模头100后，则通过缝隙流向集流体101，此时凸起109处的液体则在经过凸起109后也流向集流体101，由于凸起109距离集流体101的距离更近，因而使得涂覆后此处形成的活性材料层的厚度更薄，从而便于在烘干和辊压后形成的极片上形成削薄区，进而便于利用削薄区减少电解液浸润极片的时间，以提高浸润效率和质量，从而充分保证电池循环性能。

更详细地，请再次参阅图2，在本实施例中，涂布模头100包括上模头105和下模头107。上模头105和下模头107间隔设置以形成缝隙，凸起109包括第一凸起111和第二凸起113，第一凸起111和第二凸起113均大致呈楔形或长方形或其他方形结构等，第一凸起111设置于上模头105靠近下游端的位置，第二凸起113设置于下模头107靠近下游端的位置，且第一凸起111和第二凸起113相对设置，以使液体能经过第一凸起111和第二凸起113后涂布至集流体101上。通过第一凸起111和第二凸起113的设置，能引导浆料向集流体101运动，在集流体101上形成活性材料层，同时，由于第一凸起111和第二凸起113更靠近集流体101，使得活性材料层能在涂布后能对应形成沟槽，沟槽在烘干和辊压后能形成图3所示的方形长条的削薄区，以便于电解液能通过削薄区快速浸润整个极片，以缩短浸润时间，提高浸润效率，以保证电池性能。当然，在其他实施例中，第一凸起111和第二凸起113的形状可以根据需求进行调整，能保证浸润效率即可，本实施例不做限定。

需要说明的是，在本实施例中，采用图2所示的凸起109可在极片上削薄形成宽度5mm左右，深度为10um左右的削薄区。在其他实施例中，当凸起109的结构和形状发生变化时，削薄区的尺寸和削薄程度则随之调整，此处不再赘述。

图4为本实施例提供的另一种涂布模头100的结构示意图；图5为本实施例提供的另一种极片的示意图。请参阅图4与图5，本实施例还提供了一种涂布模头100结构，其与图2所示的涂布模头100的结构的区别在于，图4所示的涂布模头100的凸起109设置于涂布模头100的缝隙内，且从下游端伸出缝隙，朝远离上游端的方向延伸。将凸起109一部分设置于缝隙内，一部分伸出缝隙外，其位于缝隙内的部分以减少该区域的截面积，以减少该区域挤压出来的浆料，从而实现削薄，而位于缝隙外的部分距离集流体101的距离更近，与图2所示的凸起109结构类似，能减少此处挤压出来的浆料，从而实现对应位置的活性材料层的厚度削薄，以使得极片能在烘干和辊压后形成削薄区，以保证极片在浸润电解液时的浸润效率。

详细地，在图4中，凸起109也具体包括第一凸起111和第二凸起113，第一凸起111和第二凸起113均呈长条状，且图4中的第一凸起111设置于上模头105靠近缝隙的内侧，且部分从缝隙伸出，第二凸起113设置于下模头107靠近缝隙的内侧，且部分从缝隙伸出，第一凸起111和第二凸起113从缝隙伸出的部分相对设置，以使液体能经过第一凸起111和第二凸起113后涂布至集流体101上。与图2的涂布模头100的结果类似，通过第一凸起111和第二凸起113的设置使得活性材料层能在涂布后能对应形成沟槽，沟槽在烘干和辊压后能形成图5所示的方形长条的削薄区，以便于电解液能通过削薄区快速浸润整个极片，以缩短浸润时间，将浸润时间缩短至18小时左右，提高浸润效率，以保证电池性能。当然，在其他实施例中，第一凸起111和第二凸起113的形状可以根据需求进行调整，能保证浸润效率即可，本实施例不做限定。

请再次参阅图2与图4，无论是采用图2所示的凸起109结构，还是采用图4所示的凸起109结构，在本实施例中，凸起109的数量均可设置为多个，多个凸起109沿涂布模头100靠近下游端的位置的长度方向间隔设置。通过多个凸起109的设置，使得在集流体101的涂覆过程中可形成多个沟槽，从而在烘干和辊压后能形成多个削薄区，以便于能剪裁成多个极片，以卷绕形成多个电芯，以充分提高作业效率和质量，节约制备成本。

作为可选的方案，在本实施例中，凸起109的数量可设置为偶数个，例如可设置为两个。且当凸起109的数量设置为两个时，一个位于涂布模头100长度方向的1/3位置处，另一个位于涂布模头100长度方向的2/3位置处。通过这样设置，一方面便于形成更薄的料层，另一方面也便于在烘干和辊压后一分为二形成两个极片，以便于分别卷绕形成一个电芯，从而使得一次涂布能形成两个电芯，能提高制备效率，节省成本。当然，在其他实施例中，凸起109的数量和位置还可以根据需求进行调整和选择，本实施例不做限定。

需要说明的是，在本实施例中，凸起109可与涂布模头100一体成型，通过这样设置使得浆料流动时凸起109的位置不受影响，凸起109的稳定性更高，从而保证形成的削薄区的形状的规则性和稳定性，保证其压实密度不发生拨动，以能形成规则的长条方形的削薄区，以充分地缩短浸润时间，提高作业效率和质量。

本实用新型的实施例还提供了一种极片，其包括集流体101和活性材料层。其中，活性材料层由浆料通过前述实施方式中任一项的涂布模头100涂布至集流体101的两侧得到。

详细地，在进行涂布作业时，可先制备浆料，按配比称取正极或负极材料、粘结剂、分散剂、导电剂和溶剂均匀混合后制得正极或负极浆料；随后，可进行浆料的涂覆，也即将制得的正极或负极浆料采用上述的涂布机连续涂覆于集流体101上下表面，经烘干后制得正极片或负极片，活性物质涂层具有沿集流体101涂布方向上的沟槽；接着，进行极片的辊压作业，将制得的正极或负极极片采用辊压机进行辊压得到厚度相同的极片。

在上述过程中，由于此极片通过含有上述凸起109的涂布模头100涂布得到，因此该极片具有削薄区，削薄区能使电解液能快速渗透和浸润整个极片，从而减少浸润时间，保证电芯中部具有充足电解液，降低中间段温度，提高极片衰减的一致性，进而以减少电池在充放电过程中的极化现象，降低电池内阻，以提高电池放电倍率，改善电池循环性能。

下面对本实用新型的实施例提供的涂布机的工作原理进行详细地介绍：

在利用上述的涂布机进行涂布作业时，可先将集流体101卷绕于牵引辊103的表面；接着，将浆料通过泵体泵入涂布模头100，使得浆料经过涂布模头100的下游端的开口涂覆于集流体101的两侧面以形成两层活性物质涂层，活性物质层与凸起109相对的位置形成沟槽；然后，进行烘干和辊压后则可使沟槽形成削薄区；最后，将烘干后的极片一分为二即可。

极片制备完成后可与极性相反的另一极片以及两条隔离膜卷绕形成卷芯，将卷芯焊接正负极耳后入壳，并在干燥后进行电解液注液以形成圆柱电池。圆柱电池外接用电设备即可进行工作。

在上述过程中，该涂布模头100通过在缝隙下游端处设置的凸起109，使得涂布集流体101的液体能经过凸起109后流出，凸起109距离集流体101的距离更近，能在集流体101涂布过程中形成具有削薄厚度均匀的削薄区的活性材料层，削薄区能使电解液能快速渗透和浸润整个极片，从而减少浸润时间，保证电芯中部具有充足电解液，降低中间段温度，提高极片衰减的一致性，进而以减少电池在充放电过程中的极化现象，降低电池内阻，以提高电池放电倍率，改善电池循环性能。

综上所述，本实用新型提供了一种能提高电池性能的涂布模头100、涂布机以及极片。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涂布模头，用于涂布极片的集流体，其特征在于：

所述涂布模头具有缝隙，且缝隙具有上游端和下游端，所述上游端用于输入液体，所述下游端用于输出液体，且所述涂布模头邻近所述下游端的位置设置有向远离所述上游端方向延伸的凸起，以使所述凸起处的液体能经过凸起后涂布至所述集流体上。

2.根据权利要求1所述的涂布模头，其特征在于：

所述凸起设置于所述涂布模头，且位于所述缝隙外，一端与所述涂布模头的外侧壁连接，另一端向靠近所述缝隙的开口处延伸，以使液体能经过所述凸起后涂布至所述集流体。

3.根据权利要求2所述的涂布模头，其特征在于：

所述涂布模头包括上模头和下模头，所述上模头和所述下模头间隔设置以形成所述缝隙，所述凸起包括第一凸起和第二凸起，所述第一凸起设置于所述上模头靠近所述下游端的位置，所述第二凸起设置于下模头靠近所述下游端的位置，且所述第一凸起和所述第二凸起相对设置，以使液体能经过所述第一凸起和所述第二凸起后涂布至所述集流体上。

4.根据权利要求1所述的涂布模头，其特征在于：

所述凸起设置于所述涂布模头的缝隙内，且从所述下游端伸出所述缝隙，朝远离所述上游端的方向延伸。

5.根据权利要求4所述的涂布模头，其特征在于：

所述涂布模头包括上模头和下模头，所述上模头和所述下模头间隔设置以形成所述缝隙，所述凸起包括第一凸起和第二凸起，所述第一凸起设置于所述上模头靠近所述缝隙的内侧，且部分从所述缝隙伸出，所述第二凸起设置于下模头靠近所述缝隙的内侧，且部分从所述缝隙伸出，所述第一凸起和所述第二凸起从所述缝隙伸出的部分相对设置，以使液体能经过所述第一凸起和所述第二凸起后涂布至所述集流体上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涂布模头，其特征在于：

所述凸起的数量为多个，多个所述凸起沿所述涂布模头靠近所述下游端的位置的长度方向间隔设置。

7.根据权利要求6所述的涂布模头，其特征在于：

所述凸起的数量为偶数个。

8.根据权利要求6所述的涂布模头，其特征在于：

所述凸起的数量为两个，且一个位于所述涂布模头长度方向的1/3位置处，另一个位于所述涂布模头长度方向的2/3位置处。

9.一种涂布机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的涂布模头。

10.一种极片，其特征在于，包括：

集流体和活性材料层，所述活性材料层由浆料通过权利要求1至8中任一项所述的涂布模头或权利要求9所述的涂布机涂布至所述集流体的两侧得到。

Images