四辊锂带压延机构的制作方法

本实用新型涉及一种四辊锂带压延机构，尤其是一种用于锂离子电池负极片预补充金属锂的四辊锂带压延机构，属于动力锂电池自动化设备技术领域。

背景技术：

锂离子电池在首次充电过程中不仅会因为形成固体电解质膜（SEI膜）而消耗一部分来自正极材料中的锂离子，而且还因为一部分锂离子在负极材料中的不可逆脱出，使得锂离子电池的首次库伦效率不能达到100%，例如石墨材料的首次库伦效率在90%左右，而其他的负极材料如硅负极材料，虽然比容量较高，但其首次库伦效率仅在65%-85%之间。因此，在锂离子电池生产过程中，预先在负极片表面覆上一定量的金属锂以避免正极材料的损耗，就能够大幅度提高锂离子电池的能量密度。

现有技术条件下，制备连续的薄锂带是很难实现的，同时金属锂的机械性能差，薄锂带很难在极片表面吸附。现有技术常采用蒸镀和压贴等方法进行补锂。

蒸镀补锂法或电极吸附补锂法的生产效率低，难以满足大规模生产的要求；同时蒸镀和电极吸附对控制精度要求较高，且金属锂浪费严重。

压贴法常采用挤压式金属锂供应（如专利申请CN201310461257.2）进行极片补锂。补锂过程将金属锂丝挤压到极片上表面，再经过冷压将锂离子压贴到极片表面，实现补锂功能。该方法不能很好的控制补锂的厚度，补锂效果差。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种四辊锂带压延机构，采用锂带压延的方法，将锂离子转移到薄膜表面，从而获得连续、均匀且定量的超薄锂薄膜，为后续极片补锂覆膜工序做准备。

按照本实用新型提供的技术方案，所述四辊锂带压延机构，其特征是：包括辊面之间间隙能够调整的动压辊和压辊，在动压辊和压辊的外侧分别设置动压辅辊和辅助压辊，动压辅辊与动压辊的辊面贴紧，辅助压辊与压辊的辊面贴紧；所述动压辊和动压辅辊的两轴端分别转动安装在动压辊座上，压辊和辅助压辊的两轴端分别转动安装在压辊座上，动压辊和压辊的轴端分别连接动力源，动力源驱动动压辊和压辊转动；所述压辊座固定安装在安装底板上，动压辊座滑动设置在安装底板上；

在所述动压辊和压辊中加工有油路通道，油路通道的两端分别连接油输入管道和油输出管道。

进一步的，在所述动压辊和压辊的一端或两端安装间隙微调组件，间隙微调组件包括固定于安装底板上的竖直滚针板和固定于动压辊座上的斜向滚针板，竖直滚针板和斜向滚针板相对设置，间隙微调块滑动设置于斜向滚针板和竖直滚针板之间，间隙微调块与间隙微调驱动的动力输出端连接。

进一步的，在所述安装底板上安装压延推力机构，压延推力机构包括增压机构，增压机构通过增压传送机构将压力传送至动压辊座。

进一步的，所述间隙微调驱动包括间隙微调伺服，间隙微调伺服的输出端连接丝杆，丝杆的两端分别旋转于丝杆支座支持侧和丝杆支座固定侧，丝杆上螺接螺帽支座，螺帽支座与间隙微调块固定，间隙微调块中设置滑动配合的导杆，导杆的两端分别与丝杆支座支持侧和丝杆支座固定侧固连。

进一步的，在所述动压辊和压辊的两端分别设置间隙检测传感器。

进一步的，在所述安装底板上安装清洁系统，清洁系统包括清洁刮刀和锂回收板，清洁刮刀的刀刃与动压辊和压辊的辊面接触，锂回收板位于清洁刮刀下方。

进一步的，在所述安装底板上安装粘锂检测传感器。

进一步的，所述动压辊和压辊中的油路通道为多个，沿轴向分布于辊体上靠近辊面处。

进一步的，所述动压辅辊的直径大于动压辊的直径，辅助压辊的直径大于压辊的直径。

进一步的，所述间隙微调块与竖直滚针板接触的一侧为竖直状，与斜向滚针板接触的一侧呈与斜向滚针板斜度一致的斜向。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

（1）本实用新型采用对金属锂带进行压延的方式，将锂转移到粗糙薄膜表面，定量获得连续且均匀的超薄锂薄膜。

（2）本实用新型采用四辊压延锂带，其中压延对辊分别配一个直径较大的辅助辊，限制压延对辊的轴跳动，使压延对辊的变形减小。

（3）本实用新型所述压延机构具有恒温控制系统，通过温控油循环通过压延对准中的油路，将压延锂产生的热量带走，保证压延对辊辊面的温度恒定，防止升温变形。

（4）本实用新型所述压延机构具有压延对辊间隙微调机构，实现转移锂膜的定量控制。

（5）本实用新型所述压延机构集成有清洁系统和粘锂检测系统。

附图说明

图1为本实用新型所述四辊锂带压延机构的主视图。

图2为本实用新型所述四辊锂带压延机构的右视图。

图3为本实用新型所述四辊锂带压延机构的内部视图。

图4为所述压延对辊的剖视图。

图5为本实用新型所述四辊锂带压延机构的锂带压延示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。

如图1～图5所示：所述四辊锂带压延机构包括动压辅辊1、左动压辊座2、动压辊3、压辊4、左压辊座5、辅助压辊6、右压辊座7、压辊驱动单元8、动压辊驱动单元9、右动压辊座10、丝杆支座支持侧11、丝杆12、导杆13、间隙微调伺服14、动压辊座连接板15、安装底板16、增压机构17、增压机构固定座18、压力传送机构19、动压辊驱动齿轮20、压辊驱动齿轮21、压辊从动齿轮22、间隙检测传感器23、动压辊从动齿轮24、丝杆支座固定侧25、间隙微调块26、联轴器27、螺帽支座28、上支架29、间隙微调线轨30、间隙微调滑块31、斜向滚针板32、竖直滚针板33、锂回收板34、扭簧35、清洁刮刀36、粘锂传感器支架37、粘锂检测传感器38、密封盖39、O型密封圈40、光面薄膜41、锂带42、粗面薄膜43、竖直滚针板座44、斜向滚针板座45、清洁转轴46、轴向孔47。

本实用新型所述四辊锂带压延机构的功能是获得连续均匀的涂有超薄锂的薄膜，主要包括压延对辊一套、间隙微调组件两套、压延推力组件两套、清洁系统两套、粘锂检测系统一套、以及温控系统一套。

所述压延对辊包括动压辅辊1、动压辊3、压辊4和辅助压辊6，动压辅辊1和动压辊3的两端分别通过轴承转动安装在左动压辊座2和右动压辊座10上，动压辅辊1和动压辊3的辊面紧贴，压辊4和辅助压辊6的两端分别通过轴承转动安装在左压辊座5和右压辊座7上，压辊4和辅助压辊6的辊面贴紧；所述左压辊座5和右压辊座7固定安装在安装底板16和上支架29之间，在所述上安装底板16和上支架29相对的内侧设置间隙微调线轨30，左动压辊座2和右动压辊座10的两侧分别设置间隙微调滑块31，间隙微调滑块31与安装底板16和上支架29上的间隙微调线轨30滑动配合。在所述压辊4的轴端固定安装压辊从动齿轮22，压辊驱动单元8固定安装于安装底板16上的电机架上，在压辊驱动单元8的输出轴上安装压辊驱动齿轮21，压辊驱动齿轮21与压辊从动齿轮22啮合；在所述动压辊3的轴端固定安装动压辊从动齿轮24，动压辊驱动单元9固定安装于右动压辊座10上的电机架上，在动压辊驱动单元9的输出轴上固定安装动压辊驱动齿轮20，动压辊驱动齿轮20与动压辊从动齿轮24啮合。

所述压辊驱动单元8带动压辊驱动齿轮21转动，驱动与动压辊驱动齿轮21相啮合的压辊从动齿轮22转动，从而带动压辊4转动。安装在右动压辊座10上的动压辊驱动单元9带动动压辊驱动齿轮20转动，驱动与动压辊驱动齿轮20相啮合的动压辊从动齿轮24转动，从而带动动压辊3转动。

如图4所示，所述动压辊3和压辊4中加工有油路通道，在动压辊3和压辊4的辊体上靠近辊面处沿轴向均匀分布若干轴向孔47；所述动压辊3和压轴4的辊体两端部分别设置密封盖39，密封盖39和辊体之间设置O型密封圈40。工作时，具有设定温度的油由输入口进入轴向孔47，从输出口输出，油循环通过油路通道，将动压辊3和压辊4滚压锂带产生的热量带走，保证辊面温度恒定。

为保证间隙微调时，左动压辊座2和右动压辊座10平衡移动，本实用新型所述四辊锂带压延机构采用两套间隙微调组件，同时左动压辊座2和右动压辊座10固连于动压辊座连接板15。

所述间隙微调组件包括固定于安装底板16的竖直滚针板座44、与动压辊座连接板15固连的斜向滚针板座45、斜向滚针板32、竖直滚针板33、固定于竖直滚针板座44上下两侧的丝杆支座支持侧11和丝杆支座组件固定侧25、丝杆12、与丝杆12螺接的螺帽支座28、间隙微调块26、滑动于间隙微调块26的导杆13和间隙微调伺服14；其中，丝杆12的两端分别旋转于丝杆支座支持侧11和丝杆支座固定侧25，丝杆12一端与安装于丝杆支座固定侧25下方支架的间隙微调伺服14通过联轴器27连接；所述竖直滚针板33固定于竖直滚针板座44，斜向滚针板32固定于斜向滚针板座45，竖直滚针板33和斜向滚针板32相对设置；固定于螺帽支座28的间隙微调块26夹于竖直滚针板33和斜向滚针板32之间，间隙微调块26与斜向滚针板32相接触的面与斜向滚针板32具有相同的斜向；滑动于间隙微调块26的导杆13的两端分别与丝杆支座支持侧11和丝杆支座固定侧25固连，对间隙微调块26在竖直滚针板33和斜向滚针板32之间的滑动起导向作用。

所述压延推力组件与间隙微调组件配合使用，压延推力组件包括增压机构17、增压机构固定座18和压力传送机构19；其中，增压机构固定座18固定于安装底板16，增压机构17固定安装于增压机构固定座18的外侧，增压机构17输出轴与压力传送机构19连接。所述增压机构17采用多行程的气液增压缸，增压机构17通过压力传送机构19以大于5吨的压力抵于动压辊连接板15；当需要对压辊4和动压辊3之间的间隙进行微调时，上位机控制间隙微调伺服14动作，驱动丝杆12转动，螺接于丝杆12的螺帽支座28带动与其固连的间隙微调块26沿导杆13作相应移动，从而驱动与斜向滚针板座45固连的动压辊座连接板15带动左动压辊座2和右动压辊座10沿间隙微调线轨30移动，实现调整压辊4和动压辊3之间的间隙。

间隙微调的大小由间隙检测传感器23实时检测，间隙检测传感器23为两组，每组两个。两组间隙检测传感器23分别位于动压辊3和压辊4之间的间隙两端，每组中的两个测间隙检测传感器23一个发射信号，一个接收信号，分别安装于上支架29和安装底板16。

所述清洁系统为两套，分别用于动压辊3和压辊4辊面的金属锂残留清洁。以动压辊3为例，所述清洁系统包括清洁刮刀36和锂回收板34，清洁刮刀36固定于清洁转轴46，绕在清洁转轴46上的扭簧35将清洁刮刀36抵于动压辊3的辊面。锂回收板34固定安装于固定支架上；锂回收板34为具有斜向折角的金属板，位于清洁刮刀36的下方，收集从压延辊辊面刮下的金属锂残留。

所述粘锂检测系统由一组粘锂检测传感器38组成，用于检测动压辊3和压辊4压延锂带后辊面是否粘锂。粘锂检测传感器38固定安装在固定于安装底板16的粘锂传感器支架37上，斜对于动压辊3和压辊4的辊面。

本实用新型的具体实施流程：

1、为获得所需厚度的锂薄膜，预先对动压辊3和压辊4之间的间隙进行调整。将间隙检测传感器23调整到设置位置。上位机控制间隙微调伺服14动作，驱动丝杆12转动，螺接于丝杆12的螺帽支座28带动与其固连的间隙微调块26沿导杆13作相应移动，从而驱动与斜向滚针板座45固连的动压辊座连接板15带动左动压辊座2和右动压辊座10沿间隙微调线轨30移动，实现调整压辊4和动压辊3之间的间隙。增压机构17通过压力传送机构19，以大于5吨的压力抵于动压辊连接板15。

2、光面薄膜41和粗面薄膜43分别绕过动压辊3和压辊4；具有一定厚度的锂带42穿过光面薄膜41和粗面薄膜43之间。压辊驱动单元8和动压辊驱动单元9同时动作，压辊驱动单元8与压辊驱动齿轮21同步转动，驱动与压辊驱动齿轮21啮合的压辊从动齿轮22转动，从而带动压辊4转动；动压辊驱动单元9与动压辊驱动齿轮20同步转动，驱动与动压辊驱动齿轮20啮合的动压辊从动齿轮24转动，从而带动动压辊3转动；动压辊3和压辊4同时转动，对锂带42进行压延，将金属锂连续、均匀地定量转移到粗面薄膜43上，从而在粗面薄膜43上获得超薄锂薄膜。

3、动压辊3和压辊4压延锂带42的过程中，温控油分别循环通过动压辊3和压辊4中的油路通道，保证动压辊3和压辊4辊面的温度均匀。

4、动压辊3和压辊4压延锂带42的过程中，相应的压辊清洁刮刀36刮除动压辊3和压辊4辊面的锂残留，压辊清洁刮刀36下方的锂回收板34收集锂残留。粘锂检测传感器38分组检测动压辊3和压辊4辊面的锂残留，如果锂残留超标，上位机报警，人工清理锂残留。

本实用新型采用锂带压延的方法，将锂离子转移到薄膜表面，从而获得连续、均匀且定量的超薄锂薄膜，为后续极片补锂覆膜工序做准备。本实用新型针对宽度较大的极片补锂进行锂带压延，如直接采用两辊压延，所需压辊的长度较长，对锂带进行滚压时，压辊变形严重。为克服压辊变形的影响，本实用新型采用四辊压延锂带，其中压延对辊分别配一个直径较大的辅助辊，限制压延对辊的轴跳动，使压延对辊的变形减小。