CN220515026U - 一种制备超薄碱金属带材的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种制备超薄碱金属带材的装置,包括第一碱金属放卷辊轮、辊压机构、集流体放卷辊轮和超薄固态极片收卷辊轮，所述辊压机构包括第一压辊，所述第一压辊的左端设置有第二压辊，右端设置有第三压辊，所述第一压辊、第二压辊和第三压辊并排设置，所述第一碱金属放卷辊轮和超薄固态极片收卷辊轮均设置在辊压机构的上方，所述集流体放卷辊轮设置在辊压机构的下方。通过两次轧制压延，使得碱金属压延复合到集流体上能够实现压力和辊缝的在线实时调节，极片负载受力均匀，具有直线特性，很好控制极片厚度的一致性，压延超薄极片时，极片也能得到比较好的压延效果碱金属一次轧制压延，使得压延极片的质量大大提高。

Description

一种制备超薄碱金属带材的装置

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其是一种制备超薄碱金属带材的装置。

背景技术

随着新能源的快速发展，对锂电池的各项性能要求也越来越高，但从目前行业情况来看锂锂离子电池已经到达一定的瓶颈。然而固态电池刚好能弥补锂离子电池的缺陷，且固态池技术也日趋成熟，已经从实验室转向市场，因此，对固态电池的容量，安全性和制造成本等提出了更高的要求。

在固态电池制作过程中，碱金属如果能超薄(5-10μ)且均匀的附着在集流体极片上，能有助于固态电池能量密度和安全性的提升，从而提高企业效益，增强企业竞争力。

现有市场的锂金属负极生产主要以挤出辊压成型为主，既可以生产纯锂金属箔，也可以生产锂金属箔与其他金属或是非金属基材相复合的复合锂金属负极，已经实现了卷对卷的工业级量产。

专利号为CN115591938A，申请日为2022-10-31，公开了一种锂金属电池极片及压制其的辊压设备、生产系统和方法，所述辊压设备包括用于辊压带材的辊压机构，辊压机构包括设于带材一侧的第一压辊、设于带材对侧的第二压辊以及与第二压辊相接触的承压辊；第一压辊、第二压辊和承压辊的圆心在同一直线上；第一压辊的半径R1、第二压辊的半径R2和承压辊的半径Rc关系满足：R1＞Rc＞R2；承压辊的个数N≥1。

上述专利通过采用不对称的多辊辊压机构和差速压延，可以减低辊轮机构的压力，可以制备最高到600mm的宽幅的锂金属箔或是锂金属复合箔材，厚度可以从5μm到2mm，几乎可以满足现有锂金属电池和未来固态电池的所有设计要求。但是，采用碱金属一次轧制压延制备，由于碱金属有很强的延展性，轧制压延后会出现反弹，导致极片的凸度变化较大，难以把碱金属制作成超薄状态，且容易出现极片厚度不一致的情况，尤其是现在追求大容量大尺寸固态锂电池情况下，极容易导致碱金属与极片集流体复合后厚度不均匀，碱金属的厚度不均，会造成极片负载的突变，影响了压延速度的进一步提高，极片压延具有非线性和时变性，极片负载也是非线性的，也对现有常规设备的设计与控制提出了挑战。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种制备超薄碱金属带材的装置，通过两次轧制压延，使得碱金属压延复合到集流体上能够实现压力和辊缝的在线实时调节，极片负载受力均匀，具有直线特性，很好控制极片厚度的一致性，压延超薄极片时，极片也能得到比较好的压延效果碱金属一次轧制压延，使得压延极片的质量大大提高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种制备超薄碱金属带材的装置,包括第一碱金属放卷辊轮、辊压机构、集流体放卷辊轮和超薄固态极片收卷辊轮，所述辊压机构包括第一压辊，所述第一压辊的左端设置有第二压辊，右端设置有第三压辊，所述第一压辊、第二压辊和第三压辊并排设置，所述第一碱金属放卷辊轮和超薄固态极片收卷辊轮均设置在辊压机构的上方，所述集流体放卷辊轮设置在辊压机构的下方；

所述第一碱金属放卷辊轮上缠绕有第一碱金属带材的一端，所述第一碱金属带材的另一端绕过第一压辊与超薄固态极片收卷辊轮连接，所述集流体放卷辊轮上缠绕有极片集流体的一端，所述极片集流体的另一端绕过第三压辊与超薄固态极片收卷辊轮连接。

所述第一碱金属放卷辊轮和第一压辊之间的第一碱金属带材厚度为A1，所述第一压辊上绕过的第一碱金属带材厚度为A2，所述极片集流体贴合在第一碱金属放卷辊轮上形成超薄碱金属带材，所述超薄碱金属带材的厚度为A3。

还包括第二碱金属放卷辊轮和第四压辊，所述第二碱金属放卷辊轮上缠绕有第二碱金属带材的一端，所述第二碱金属带材的另一端绕过第三压辊与超薄固态极片收卷辊轮连接，所述第四压辊设置在第三压辊的右端。

所述第二碱金属放卷辊轮和第四压辊之间的第二碱金属带材厚度为A1，所述第三压辊上缠绕的第二碱金属放卷辊轮厚度为A4，所示第二碱金属放卷辊轮设置在第四压辊的上方。

所述A1的尺寸为0.3mm，所述A2的尺寸为10um，所述A3的尺寸为0.2um，所述A4的尺寸为10um。

所述第一压辊、第二压辊、第三压辊和第四压辊均为加热辊，加热温度为50～60℃。

所述第一压辊、第二压辊、第三压辊和第四压辊之间的压力均为5～8T。

本实用新型的有益效果是：

1.通过对碱金属带进行两次压制，相比传统一次压制，对碱金属的单次拉伸率要低很多，能有效的减少反弹应力和压制时所需的轧制力，使压制后的碱金属带厚度更加均，对宽幅的碱金属带压制的厚度均匀性上尤为有效。

2.通过对碱金属带进行两次压制复合制备固态电池极片，相比传统的制备效率及合格率要高，因传统的制备是一次压制，对来料的厚度一致性要求较高，当碱金属带幅较宽时，会导致压制后厚度不均匀，经过两次压制复合，第一次压制时可以充分的释放反弹应力和变形，第二次压制达到厚度要求，因此对碱金属带的来料厚度一致性要求较低，能更好的适应宽幅的来料，因此适用范围更广泛。

3.固态电池极片在制备过程中对碱金属带两次压制复合而成，相比传统一次制备，压制辊所受的力要小很多，且引入传递力和功率大的液压伺服控制闭环系统，使得碱金属压延复合到集流体上，能够实现压力和辊缝的在线实时调节，因此，在相同的辊尺寸情况下，辊变形量越小，压制出的碱金属带厚度更薄且更加均匀。能提高成品固态电池的容量，提高经济效益。

附图说明

图1为本实用新型中单面碱金属和集流体复合的结构示意图；

图2为本实用新型中双面碱金属和集流体复合的结构示意图；

图3为图1中B处放大示意图；

图4为图1中C处放大示意图；

图中所示：1-第一碱金属放卷辊轮；2-集流体放卷辊轮；3-超薄固态极片收卷辊轮；4-第一压辊；5-第二压辊；6-第三压辊；7-第一碱金属带材；8-极片集流体；9-第二碱金属放卷辊轮；10-第四压辊；11-第二碱金属带材。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

一种制备超薄碱金属带材的装置,包括第一碱金属放卷辊轮1、辊压机构、集流体放卷辊轮2和超薄固态极片收卷辊轮3，所述辊压机构包括第一压辊4，所述第一压辊4的左端设置有第二压辊5，右端设置有第三压辊6，所述第一压辊4、第二压辊5和第三压辊6并排设置，所述第一碱金属放卷辊轮1和超薄固态极片收卷辊轮3均设置在辊压机构的上方，所述集流体放卷辊轮2设置在辊压机构的下方；

所述第一碱金属放卷辊轮1上缠绕有第一碱金属带材7的一端，所述第一碱金属带材7的另一端绕过第一压辊4与超薄固态极片收卷辊轮3连接，所述集流体放卷辊轮2上缠绕有极片集流体8的一端，所述极片集流体8的另一端绕过第三压辊6与超薄固态极片收卷辊轮3连接。

所述第一碱金属放卷辊轮1和第一压辊4之间的第一碱金属带材7厚度为A1，所述第一压辊4上绕过的第一碱金属带材7厚度为A2，所述极片集流体8贴合在第一碱金属放卷辊轮1上形成超薄碱金属带材，所述超薄碱金属带材的厚度为A3。

还包括第二碱金属放卷辊轮9和第四压辊10，所述第二碱金属放卷辊轮9上缠绕有第二碱金属带材11的一端，所述第二碱金属带材11的另一端绕过第三压辊6与超薄固态极片收卷辊轮3连接，所述第四压辊10设置在第三压辊6的右端。

所述第二碱金属放卷辊轮9和第四压辊10之间的第二碱金属带材11厚度为A1，所述第三压辊6上缠绕的第二碱金属放卷辊轮9厚度为A4，所示第二碱金属放卷辊轮9设置在第四压辊10的上方。

所述A1的尺寸为0.3mm，所述A2的尺寸为10um。所述A3的尺寸为0.2um，所述A4的尺寸为10um。

所述第一压辊4、第二压辊5、第三压辊6和第四压辊10均为加热辊，加热温度为50～60℃。

所述第一压辊4、第二压辊5、第三压辊6和第四压辊10之间的压力均为5～8T。

过对碱金属带进行两次压制，相比传统一次压制，对碱金属的单次拉伸率要低很多，能有效的减少反弹应力和压制时所需的轧制力，使压制后的碱金属带厚度更加均，对宽幅的碱金属带压制的厚度均匀性上尤为有效。

通过对碱金属带进行两次压制复合制备固态电池极片，相比传统的制备效率及合格率要高，因传统的制备是一次压制，对来料的厚度一致性要求较高，当碱金属带幅较宽时，会导致压制后厚度不均匀，经过两次压制复合，第一次压制时可以充分的释放反弹应力和变形，第二次压制达到厚度要求，因此对碱金属带的来料厚度一致性要求较低，能更好的适应宽幅的来料，因此适用范围更广泛。

固态电池极片在制备过程中对碱金属带两次压制复合而成，相比传统一次制备，压制辊所受的力要小很多，且引入传递力和功率大的液压伺服控制闭环系统，使得碱金属压延复合到集流体上，能够实现压力和辊缝的在线实时调节，因此，在相同的辊尺寸情况下，辊变形量越小，压制出的碱金属带厚度更薄且更加均匀。能提高成品固态电池的容量，提高经济效益。

如图1所示，单面碱金属和集流体复合包括：依次相互平行设置的第一压辊4、压延第二压辊5和第三压辊6，第一碱金属带材7经过第一碱金属放卷辊轮1后，先进入第一压辊4与第二压辊5之间进行一次压延，在进入第一压辊4与第三压辊6之间进行第二次压延，在第二次压延的同时，极片集流体8经过集流体放卷辊轮2后，极片集流体8进入第一压辊4与第三压辊6之间进行压延，第一压辊4与第三压辊6将第一碱金属带材7和极片集流体8压延成超薄碱金属带材，超薄碱金属带材经过超薄固态极片收卷辊轮3进行收卷，完成单面碱金属和集流体复合(如图3所示)的过程。

如图2所示，双面碱金属和集流体复合包括：包括依次相互平行设置的第一压辊4、第二压辊5、第三压辊6和第四压辊10；第一碱金属带材7经过第一碱金属放卷辊轮1后，先进入第一压辊4与第二压辊5之间进行一次压延，在进入第一压辊4与第三压辊6之间进行第二次压延；第二碱金属带材11经过第二碱金属放卷辊轮9后，先进入第三压辊6与第四压辊10之间进行一次压延，在进入第一压辊4与第三压辊6之间进行第二次压延，在第二次压延的同时，极片集流体8经过集流体放卷辊轮2后，极片集流体8进入第一压辊4与第三压辊6之间进行压延，第一压辊4与第三压辊6将第一碱金属带材7、极片集流体8和第二碱金属带材10压延成超薄碱金属带材，极片集流体8设置在第一碱金属带材7和和第二碱金属带材10之间，超薄碱金属带材经过超薄固态极片收卷辊轮3进行收卷，完成双面碱金属和集流体复合的过程，压延活动辊的转动速度小于压延覆膜活动辊的转动速度，碱金属带材在压辊之间的挤压下形成金属带膜，金属带膜在离心力的作用下与极片同时进入压延第一压辊4与第三压辊6之间，金属带膜在第一压辊4与第三压辊6的挤压下压入极片的涂布层上形成补锂极片，完成双面碱金属和集流体复合(如图4所示)的过程；挤压动力由高精密液压闭环系统控制，精度达到0.2um；生产效率高，结构紧凑，占用空间小，成本低，性能优良，可以实现产业化应用。

上所述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。

Claims (7)

1.一种制备超薄碱金属带材的装置,包括第一碱金属放卷辊轮(1)、辊压机构、集流体放卷辊轮(2)和超薄固态极片收卷辊轮(3)，其特征在于：所述辊压机构包括第一压辊(4)，所述第一压辊(4)的左端设置有第二压辊(5)，右端设置有第三压辊(6)，所述第一压辊(4)、第二压辊(5)和第三压辊(6)并排设置，所述第一碱金属放卷辊轮(1)和超薄固态极片收卷辊轮(3)均设置在辊压机构的上方，所述集流体放卷辊轮(2)设置在辊压机构的下方；

所述第一碱金属放卷辊轮(1)上缠绕有第一碱金属带材(7)的一端，所述第一碱金属带材(7)的另一端绕过第一压辊(4)与超薄固态极片收卷辊轮(3)连接，所述集流体放卷辊轮(2)上缠绕有极片集流体(8)的一端，所述极片集流体(8)的另一端绕过第三压辊(6)与超薄固态极片收卷辊轮(3)连接。

2.如权利要求1所述的一种制备超薄碱金属带材的装置，其特征在于；所述第一碱金属放卷辊轮(1)和第一压辊(4)之间的第一碱金属带材(7)厚度为A1，所述第一压辊(4)上绕过的第一碱金属带材(7)厚度为A2，所述极片集流体(8)贴合在第一碱金属放卷辊轮(1)上形成超薄碱金属带材，所述超薄碱金属带材的厚度为A3。

3.如权利要求2所述的一种制备超薄碱金属带材的装置，其特征在于；还包括第二碱金属放卷辊轮(9)和第四压辊(10)，所述第二碱金属放卷辊轮(9)上缠绕有第二碱金属带材(11)的一端，所述第二碱金属带材(11)的另一端绕过第三压辊(6)与超薄固态极片收卷辊轮(3)连接，所述第四压辊(10)设置在第三压辊(6)的右端。

4.如权利要求3所述的一种制备超薄碱金属带材的装置，其特征在于；所述第二碱金属放卷辊轮(9)和第四压辊(10)之间的第二碱金属带材(11)厚度为A1，所述第三压辊(6)上缠绕的第二碱金属放卷辊轮(9)厚度为A4，所示第二碱金属放卷辊轮(9)设置在第四压辊(10)的上方。

5.如权利要求4所述的一种制备超薄碱金属带材的装置，其特征在于；所述A1的尺寸为0.3mm，所述A2的尺寸为10um，所述A3的尺寸为0.2um，所述A4的尺寸为10um。

6.如权利要求4所述的一种制备超薄碱金属带材的装置，其特征在于；所述第一压辊(4)、第二压辊(5)、第三压辊(6)和第四压辊(10)均为加热辊，加热温度为50～60℃。

7.如权利要求4所述的一种制备超薄碱金属带材的装置，其特征在于；所述第一压辊(4)、第二压辊(5)、第三压辊(6)和第四压辊(10)之间的压力均为5～8T。