专利名称：陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造锂离子电池极片的轧膜机，特别是陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机。
背景技术：
锂离子电池制造工艺中，极片轧膜是一道十分关键的工序，通常正、负材料涂层的厚度未经轧制前200um，轧制后IOOum左右，轧制后的极片要求厚度一致性、密度一致性，厚度一致性差，即形成多层累积的张力不一致，密度一致性差，即形成电解液的分布差异，直接关系到锂离子电池的性能，参照图11，现有的制造锂离子电池极片轧膜机由两只巨大轧辊上下排列安装，形成上轧辊y3a、下轧辊y3b，轧膜过程是，在上面的轧辊y3a压紧极片Qm，在下面的轧辊y3b为承载辊，托住极片Qm，在轧辊转动过程，极片Qm通过上下分布轧辊的间隙，间隙的尺寸，是依据设计极片的面密度来确定，但是，这种上下分布轧辊的间隙，存在 轧棍两端轴承的径向游隙的不确定性，通常轴径IOOmm至120mm的轴承游隙18um 48um,也就说轧辊轴承游隙18um 48um范围内浮动，由于轧辊重力作用，轧辊轴心线下沉，其下沉的范围就是轴承游隙的范围，当在下面的轧辊y3b承载的极片Qm厚度或密度不同时，在上面的轧辊y3a的重力因素被抵消或部分抵消，这种抵消重力的作用，导致在上面的轧辊y3a向上浮动，其浮动范围是轴承游隙和极片Qm的厚度和密度综合因素，当涂布的极片Qm厚薄不匀时，轧辊的间隙总是在轴承游隙范围内跳动变化，跳动幅度是上位轧辊的轴承游隙18um 48um以及极片Qm的密度承载力和厚度的变化，是随机的，轧辊两端轴承的轴承游隙并不能保持两支轧辊是完全平行，这种轧辊两端轴承游隙并不能保持一致时，造成轧膜在宽度方向分布厚度不一致或密度不一致，现有的轧辊上下分布结构的突出缺陷是，两轧辊间隙并没有被约束在精确范围内，一般而言，锂离子电池的正极极片厚度设计范围是IOOum 150um之间，负极在80um 120um之间，如果要求误差小于10%,也就是正极IOum 15um，负极Sum 12um，显然，由于轴承游隙和轧辊重力因素所决定现有的轧辊上下排列结构的轧膜机不能达到这一要求。现有的轧膜机还存在上下轧辊真实间隙无法检测的问题，现有的轧膜机轧辊上下排列结构，由于轧辊重力因素，轧辊在轴承游隙范围内轴心下沉，由于轧辊轴心下沉，停机状态测得两轧辊间隙与工作状态实际间隙并不一致，非工作状态时，上轧辊悬挂状态，测得的间隙是，轴心下沉的数据，工作状态时，极片Qm填充在上下轧辊的间隙中，使上轧辊向上浮动，上轧辊向上浮动的距离与极片Qm厚度和密度有关，所于，现有的轧膜机还存在上下轧辊真实间隙无法检测，但是，要达到真正控制锂离子电池极片Qm质量的目的，需要控制的是工作状态的真实间隙，现有的轧膜机尚不具有工作状态的真实间隙的检测和控制功倉泛。现有的轧膜机还存在轴承失效的危险，现有的轧膜机轧辊上下排列结构，轧膜机由于轧辊重力因素，轧辊在轴承游隙范围内轴心下沉，造成轴承内部负荷分布不均，承载滚子数目减少，轴承下部中央滚子上的负荷最大，轴承承受径向负荷后，表现为半圈滚动体承轴承工作，径向游隙与负荷分布有很大的影响，以常用的轧膜机轧辊直径800mm，辊长700mm为例,这种单棍重量在3. 5吨以上,轴承承受径向重力负荷后,表现为半圈滚动体承重，因此，引起润滑不良引起的发热，最终导致轴承内部游隙非圆效应，从而发生内部加载而造成轴承失效。现有的扎膜机还存在轧辊磨损，维修难的问题，现有扎膜机采用Cr2系列高合金冷轧辊钢材质制造，由于锂离子极片Qm涂层是微米或是纳米粒子金属氧化物或其它氧化物颗粒与胶体组成，轧辊表面粗糙度对轧膜影响十分突出，粗糙度越大粘料现象越严重，因此，轧辊表面粗糙度要求十分严格，通常轧辊辊面粗糙度需要精磨加工达到Ra < O. 4，为了提高轧辊耐用性需要将轧辊表面进行淬火，Cr2系列高合金冷轧辊钢材质淬火后轧辊表面硬度最大达到HRC ^ 65，由于轧辊表面与锂离子极片Qm涂层是微米或是纳米粒子的硬对硬的研压，这些微米或是纳米粒子产生的磨损效应十分明显，越是小尺寸的粒子，造成的磨损越是显著，辊面粗糙度Ra < O. 4很块被极片Qm粒子磨损所破坏，因此，经常需要重上磨床精磨加工，以常用的轧膜机轧辊直径800mm，辊长700mm为例，这种单辊重量在3. 5吨以上的轧辊重复加工时，无论是装卸、搬运、机床装夹都十分困难，每上一次磨床精加工，每次耗费 数万元费用。
发明内容
本发明是要提供一种，轧辊表面的硬度显著高于Cr2系列高合金冷轧辊钢轧辊的陶瓷轧辊，并且针对现有的轧膜机轧辊上下安装结构造成的上轧辊与下轧辊之间的间隙在轴承游隙范围内浮动问题，改进现有轧辊上下安装结构，轧辊采用陶瓷套钢轴结构的陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机。实现发明的技术方案两轧辊水平平行安装，非工作状态时，其重力相等，在轴承游隙范围内，其轴心下沉也相等，工作时，极片Qm与轧辊垂直，当极片通过轧辊的间隙被轧压时，轧辊同时平行向左右外侧移位，两轧辊受到挤压力相等，极片Qm两面受力均衡，使两面涂层压实基本一致，由于采取两轧辊水平平行安装措施，克服了现有轧膜机轧辊上下排列方式上轧辊重力压在下轧辊径向棍面上时，上轧辊在轴承游隙内上浮动，下轧辊则因受到上轧辊重力作用无法在轴承游隙范围内浮动，加上极片Qm涂层的缓冲作用，造成上轧辊接触的极片Qm涂层受到重力与下轧辊接触的极片Qm涂层受到重力不相等，从而引起极片Qm的两面涂层压密实度不一致的问题。为了克服轧辊磨损问题，轧辊的径向外层采用陶瓷外套，同时为保证轧辊的刚度和强度，轧辊的芯轴采用钢轴，轧辊的陶瓷外套与极片Qm涂层接触，陶瓷外套维氏硬度达到1800，是现有扎膜机采用Cr2系列高合金冷轧辊钢的硬度2倍以上，轧膜过程陶瓷外套磨损极小甚至磨损为零，采用陶瓷外套无需经常精磨轧辊，仅此一项就可以节约许多维护经费。为了降低轧膜压强同时改善轧膜质量，陶瓷轧辊入口安装两箱加热器，两箱加热器，由两只箱式电热器垂直平行固定，两只箱式电热器之间设定间隙，极片Qm通过该间隙时被加热，通常极片Qm的涂层胶体为聚偏二氟乙烯，聚偏二氟乙烯加热至80°C左右可以使其软化，极片Qm涂层的胶体软化之后，可以降低涂层硬度，有利于涂层中的颗粒在受到压强时具有更好的流动性，极片Qm涂层流动性改善之后同样的面密度所需压强即可降低，降低轧膜所需压强也就降低了所需轧膜功率，从而起到降低能耗的效果，两箱加热器的加热方式还可以采用蒸汽加热，由蒸汽提供热能可以简化电热器电路控制系统。轧膜机由减速电机连接联轴器，联轴器与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合同步传动，主动齿轮与陶瓷轧辊相连，从动齿轮与其相邻的陶瓷轧辊相连，减速电机启动旋转即驱动主动齿轮连接的陶瓷轧辊与其相邻的陶瓷轧辊相向同步转动，两支陶瓷轧辊相向同步转动，即对极片Qm实施轧膜，两支陶瓷轧辊轧压极片Qm过程，不仅将极片Qm轧密实，还因轧辊的轧压压紧力将极片Qm拖动完成走片的目的。轧膜设备不仅需要精确的约束轧辊间隙，还需要保证轧膜机安全使用，当极片Qm超过厚度极限时，需采取有效措施避免超过设备强度 刚度允许范围，因此，与主动齿轮连接陶瓷轧辊两端的主动齿轮轴承座左右两侧分别是左向顺式斜楔、左向逆式斜楔，右向顺式斜楔、右向逆式斜楔，主动齿轮轴承座下方是油缸，油缸压力增大时，陶瓷轧辊两端的主动齿轮轴承座向上推力增大，主动齿轮轴承座被推向上位移，主动齿轮轴承座被推向上位移时，在主动齿轮轴承座左右两侧是左向顺式斜楔、左向逆式斜楔、右向顺式斜楔、右向逆式斜楔的逆时针方向角的导向作用使陶瓷轧与陶瓷轧辊逼近，此时，施加给极片涂层的压强就越大，当陶瓷轧辊与陶瓷轧辊相向压强超过设定值时，油缸压力不足于抵抗其压强，主动齿轮轴承座形成可逆位移，在主动齿轮轴承座左右两侧是左向顺式斜楔、左向逆式斜楔、右向顺式斜楔、右向逆式斜楔逆时针方向角的导向作用，使陶瓷轧辊与陶瓷轧辊之间间隙增大，陶瓷轧辊与陶瓷轧辊的对压压强减弱，起到保护设备安全性的作用。为了使轧膜后的极片Qm减轻因弯曲变形造成的掉粉和脱胶等问题，轧膜后的收卷需采取适当的弧面过渡，使轧膜后的极片Qm通过极片收卷过棍的径向弧面折转，进行收卷，在陶瓷轧辊垂直上方安装极片收卷过棍，经过轧膜的极片Qm经极片收卷过棍的弧形面折转再收卷，弧形面折转可以缓解极片Qm收卷曲率角引起的掉粉和脱胶。为了保证收卷后极片Qm张力均匀，通过安装在气缸座支撑的收卷张力棍调整张力，支撑收卷张力棍的汽缸的推力恒定作用使收卷过程保持极片卷的张力均匀性，极片Qm收卷由收卷电机拖动收卷筒转动完成。为了保证极片Qm进入轧辊轧压时，形状平整且速度均匀，进入轧辊轧膜的极片Qm,就必须保证极片Qm张力均衡，还需要防止进料走片过程极片Qm被张力抗拉变形，因此，极片Qm送卷筒与轧辊之间安装送卷张力棍，送卷张力棍由滑杆座悬挂安装，送卷张力棍的重力作用，使极片Qm在走片过程受到均衡的重力压强，极片Qm送卷过程也就保持了张力均衡，送卷筒由送卷电机驱动。本发明的积极意义由于采取两轧辊水平平行安装措施，克服了现有轧膜机的轧辊上下排列方式所存在的上轧辊重力压在下轧辊径向棍面上，形成上轧辊在轴承游隙内上自由浮动，下轧辊则因受到上轧辊重力作用无法在轴承游隙范围内浮动，造成与上轧辊接触的极片Qm涂层受到的重力与下轧辊接触的极片Qm涂层受到的重力不相等，从而引起极片Qm的两面涂层压密实度不一致的问题。采用陶瓷外套无需经常精磨轧辊，仅此一项就可以节约许多维护经费。轧辊入口安装两箱加热器，轧膜前使极片Qm涂层的胶体软化，可以降低极片Qm涂层硬度，有利于极片Qm涂层中的颗粒在受到压强时具有更好的流动性，极片Qm涂层流动性改善之后同样的面密度所需压强即可降低，降低轧膜所需压强也就降低了所需轧膜功率，降低了能耗还可以改善轧膜质量。
图I是本发明陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机主视图；图I中，减速电机I、联轴器2、两轧辊机构3、主齿轮3-1、两箱加热器4、收卷筒10、收卷电机11、机架12、极片Qm;图2是图I的右视图；图2中，两轧辊机构3、主动齿轮3-1、从动齿轮3-2、油缸3-3、两箱加热器4、送卷 筒6、送卷张力棍7、滑杆座7-1、极片过棍8、收卷张力棍9、气缸座9-1、收卷筒10、机架12、极片Qm ；图3是图I的俯视图；图3中，减速电机I、联轴器2、双轧辊机构3、陶瓷轧辊3b、主动齿轮3-1、从动齿轮3-2、送卷电机5、送卷筒6、极片过棍8、收卷张力棍9、收卷电机11、机架12 ；图4是图I的左视图；图4中，减速电机I、两轧辊机构3、油缸3-3、两箱加热器4、送卷电机5、送卷筒6、送卷张力棍7、滑杆座7-1、极片过棍8、收卷张力棍9、气缸座9-1、收卷筒10、收卷电机11、机架12、极片Qm;图5是本发明陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机极片走片示意图；图5中，送卷筒6、送卷张力棍7、两箱加热器4、陶瓷轧辊3b、陶瓷轧辊3a、极片过棍8、收卷张力棍9、收卷筒10、极片Qm ；图6是双轧辊机构3主视图；图6中，主动齿轮3_1、从动齿轮3_2、油缸3_3、机构框3_4 ；图7是图6左视图；图7中，陶瓷乳棍3a、主动齿轮3-1、机构框3-4 ；图8是图6的B-B剖视图；图8中，陶瓷乳棍3a、陶瓷乳棍3b、主动齿轮3_1、从动齿轮3_2、机构框3-4,陶瓷轧辊3b两端从动齿轮轴承3-7、从动齿轮轴承座3-5，陶瓷乳棍3a两端主动齿轮轴承3_8、主动齿轮轴承座3_6，陶瓷轧辊3a两端的主动齿轮轴承座3-6左右两侧是左向顺式斜楔3_9、左向逆式斜楔3-10、右向顺式斜楔3-11、右向逆式斜楔3-12 ；图9是图7的A-A剖视图；图9中，机构框3-4、油缸3-3、从动齿轮轴承3_7、从动齿轮轴承座3_5、主动齿轮轴承3-8、主动齿轮轴承座3-6、左向顺式斜楔3-9、左向逆式斜楔3-10、右向顺式斜楔3_11、右向逆式斜楔3-12 ；图10是本发明陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机的陶瓷轧辊结构示意图；图10中，钢轴3kl、陶瓷外套3k2 ；图11是现有的轧膜机极片走片示意图11中,送卷筒y6、送卷张力棍y7、钢质轧棍y3b、钢质轧棍y3a、收卷张力棍y9、收卷筒ylO、极片Qm ；
具体实施例参照图5，极片Qm从送卷筒6送出，经送卷张力棍7调整张力后，送至两箱加热器4加热，使极片Qm中的胶体物质受热软化 ，受热后送至陶瓷轧辊3b与陶瓷轧辊3a之间的间隙轧膜，极片Qm轧膜后经极片过棍8送至收卷张力棍9，到达收卷筒10收卷。参照图I、图2、图3、图4、图5，减速电机I、连接联轴器2、与主动齿轮3_1连接，主动齿轮3-1与从动齿轮3-2啮合同步传动，主动齿轮3-1与陶瓷轧辊3a相连，从动齿轮3_2陶瓷轧辊3b相连，减速电机I启动旋转即驱动陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b相向转动，陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b相向转动即对极片Qm实施轧膜，陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b轧压极片Qm过程，不仅将极片Qm轧密实，还因轧压压紧力将极片Qm拖动完成走片的目的。参照图5、图2、图I，陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b入口处安装两箱加热器4，两箱加热器4，由两只箱式电热器垂直平行固定，两只箱式电热器之间设间隙，极片Qm通过该间隙时被加热，加热至80°C左右可以使极片Qm涂层的胶体软化，极片Qm涂层的胶体软化之后，轧膜过程可以降低涂层硬度，有利于极片Qm涂层中的颗粒在受到压强时具有更好的流动性，极片Qm涂层流动性改善之后同样的面密度所需压强即可降低，降低轧膜所需压强也就降低了所需轧膜功率，从而起到降低能耗的效果，两箱加热器4的加热方式还可以采用蒸汽加热，由蒸汽提供热能可以简化电热器电路控制系统。参照图2，、图5、陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b两轧辊水平平行安装，非工作状态时，由于陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b其重力相等，在轴承游隙范围内，其轴心下沉也相等，工作时，极片Qm与陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b垂直，当极片Qm通过陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b的间隙被轧压时，陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b同时平行向左右外侧移位，陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b受到挤压力相等，极片Qm两面受力均衡，使两面涂层压实基本一致，由于采取两轧辊水平平行安装措施，克服了现有轧辊上下排列方式，上轧辊重力压在下轧辊径向棍面上，而上轧辊在轴承游隙内浮动，下轧辊则因受到上轧辊重力作用无法在轴承游隙范围内浮动，造成上轧辊接触的极片Qm涂层受到重力与下轧辊接触的极片Qm涂层受到重力不相等，从而引起的极片Qm的两面涂层压密实度不一致的问题。参照图6、图7、图8、图9，陶瓷轧辊3a两端的主动齿轮轴承座3_6、陶瓷轧辊3b两端从动齿轮轴承座3-5在机构框3-4内安装，陶瓷轧辊3a两端的主动齿轮轴承座3_6左右两侧是左向顺式斜楔3-9、左向逆式斜楔3-10，右向顺式斜楔3-11、右向逆式斜楔3-12，主动齿轮轴承座3-6下方是油缸3-3，油缸3-3压力增大时，陶瓷轧辊3a两端的主动齿轮轴承座3-6向上推力增大，主动齿轮轴承座3-6被推向上位移，主动齿轮轴承座3-6被推向上位移时，在主动齿轮轴承座3-6左右两侧是左向顺式斜楔3-9、左向逆式斜楔3-10、右向顺式斜楔3-11、右向逆式斜楔3-12的逆时针方向角的导向作用使陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b逼近，此时，施加给极片Qm涂层的压强就越大，当陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b相向压强超过设定值时，油缸3-3压力不足于抵抗其压强，主动齿轮轴承座3-6形成可逆位移，在主动齿轮轴承座3-6左右两侧是左向顺式斜楔3-9、左向逆式斜楔3-10、右向顺式斜楔3-11、右向逆式斜楔3-12逆时针方向角的导向作用，使陶瓷轧辊3a与陶瓷轧辊3b压强减弱，起到保护设备安全性的作用。参照图2、图4、图5，陶瓷轧辊3b垂直上方安装极片过棍8，经过轧膜的极片Qm经极片过棍8的弧形面折转，通过安装在气缸座9-1支撑的收卷张力棍9调整张力再收卷，收卷过程保持极片卷的张力均匀性,极片Qm收卷由收卷电机11拖动收卷筒10转动完成。参照图10，陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b的径向外层是陶瓷外套3k2，陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b的芯轴是钢轴3kl，采用钢轴3kl作为强度和刚度结构，陶瓷外套3k2与极片Qm涂层接触，陶瓷外套3k2维氏硬度达到1800，是现有Cr2系列高合金冷轧辊钢轧辊的硬度2倍以上，轧膜过程陶瓷外套3k2磨损极小甚至磨损为零，采用陶瓷外套3k2无需经常精磨轧辊，仅此一项就可以节约许多维护经费。参照图5、图2、图4，为了轧膜的走片过程避免极片Qm被张力抗拉变形，送卷筒6与陶瓷轧辊3a、陶瓷轧辊3b之间安装送卷张力棍7，送卷张力棍7由滑杆座7-1悬挂安装，送卷张力棍7的重力作用，使极片Qm在走片过程受到均衡的重力压强，极片Qm送卷过程也 就保持了张力均衡，送卷筒6由送卷电机5驱动。
权利要求
1.一种主要由减速电机(I)连接联轴器(2)与主动齿轮(3-1)连接，主动齿轮(3-1)与从动齿轮(3-2)啮合，主动齿轮(3-1)与陶瓷轧辊(3a)相连，从动齿轮(3_2)与陶瓷轧辊(3b)相连，陶瓷轧辊(3a)与陶瓷轧辊(3b)入口安装两箱加热器(4)，主动齿轮轴承座(3-6)、从动齿轮轴承座(3-5)在机构框(3-4)内安装，陶瓷轧辊(3a)两端的主动齿轮轴承座(3-6)左右两侧是，左向顺式斜楔(3-9)、左向逆式斜楔(3-10)，右向顺式斜楔(3-11)、右向逆式斜楔(3-12)，主动齿轮轴承座(3-6)下方是油缸(3-3)等组成的陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机，其特征是陶瓷轧辊(3a)、陶瓷轧辊(3b)由钢轴(3kl)的径向是陶瓷外套(3k2)所组成。
2.按权利要求I所述的陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机其特征是两箱加热器(4)由两只箱式电热器垂直平行固定，两只箱式电热器之间设间隙。
3.按权利要求I所述的陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机其特征是陶瓷轧辊(3a)、陶瓷轧辊(3b)水平平行安装。
全文摘要
本发明公开了一种陶瓷轧辊水平平行锂电池极片轧膜机，主要由减速电机、联轴器、与主动齿轮、从动齿轮、陶瓷轧辊、两箱加热器，主动齿轮轴承座、从动齿轮轴承座、机构框，左向顺式斜楔、左向逆式斜楔，右向顺式斜楔、右向逆式斜楔，油缸等组成，由于采取轧辊水平平行安装措施，克服了现有轧辊上下排列方式，轧辊在轴承游隙内浮动，造成上轧辊接触的极片Qm涂层受到重力与下轧辊接触的极片Qm涂层受到重力不相等，从而引起的极片的两面涂层压密实度不一致的问题，采用陶瓷外套无需经常精磨轧辊，节约许多维护经费。
文档编号B21B27/02GK102950152SQ20111028058
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者邓梁 申请人:赵宽, 邓梁