一种改善极片波浪边的方法及其采用的辊压机与流程

本发明属于电池加工领域，涉及一种改善极片波浪边的方法及其采用的辊压机。

背景技术：

锂离子电池极片在生产过程需要经过辊压工序，在辊压时由于极片的中间和两边受力不一致，边缘会受到更多的挤压，极片延展更多，导致边缘形成波浪边。波浪边会影响后续极片的卷绕，严重的会影响负极片对正极片的包覆效果，使电池安全性能受到影响；传统辊压生产方法，极片波浪边的产生几乎无可避免，进而造成极片制程良率低，电芯安全风险高的问题。

cn203165997u公开了一种电池极片涂布辊压系统，结构中包括电池极片的放卷机和收卷机，在所述放卷机和收卷机之间依次设置涂布机和辊压机，所述涂布机包括涂布机架和设置在此涂布机架上的涂布机头、烘干装置，所述辊压机包括辊压机架和设置在此辊压机架上的对辊碾轧装置；在涂布机和辊压机之间还依次设置有摆辊张力装置和过程纠偏装置。本实用新型能够将电池极片的涂布工序和辊压工序整合到一起，实时自动调节两工序之间的极片平衡，极大提高电池极片的生产自动化程度和生产效率；但其辊压机采用传统辊压机，其辊压过程存在极片易产生波浪边的问题。

cn208000966u公开了一种锂电池极片热辊压装置，锂电池极片热辊压装置包括采用电加热的热钢辊组及用于牵引极片使极片呈“s”形包裹在热钢辊的引带机构，辊压机进料口一侧的引带机构将热钢辊上极片牵引至辊压机进料口，辊压机出料口一侧的引带机构将极片牵引至热钢辊上，引带机构引带方式为以下任意一种：a、独立引带方式；b、联合引带方式，其通过增加极片与热钢辊加热时的接触面积、提高极片性能；但其辊压过程仍存在极片波浪边的问题。

cn210607457u公开了一种极片辊压设备，所述极片辊压设备包括辊压对辊和设于辊压对辊上游和/或下游的除皱装置，除皱装置与辊压对辊之间设有张力隔断装置，张力隔断装置与所述主辊之间设有用于沿极片厚度方向顶压极片以对极片产生张力的张力辊，极片辊压设备还包括用于驱动张力辊沿极片的厚度方向动作以改变极片所受张力辊产生的张力大小的驱动机构、用于检测张力隔断装置与主辊之间极片张力的张力检测辊以及与张力检测辊通过信号连接的控制器，控制器与驱动机构控制连接，控制器用于将张力检测辊检测到的张力值与张力设定值进行比较，并控制所述驱动机构动作以将极片张力保持在张力设定值范围内；但其辊压过程仍存在极片波浪边的问题。

因此，开发一种能在根本上有效减少极片波浪边的问题的辊压机及辊压方法仍具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改善极片波浪边的方法及其采用的辊压机，所述辊压机中相对设置的上辊筒和下辊筒的辊径各自独立的沿其轴向方向由中间向两侧呈现锥度递减；采用本发明所述辊压机对涂布后的极片进行辊压，其能明显改善由于极片反作用力造成的极片边缘受力更多的问题，进而从根源上解决极片辊压产生波浪边的问题。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改善极片波浪边的辊压机，所述辊压机包括相对设置的上辊筒和下辊筒，所述上辊筒和下辊筒的辊径各自独立的沿其轴线方向由中间向两侧呈现锥度递减。

传统的涂布后的极片的辊压过程中，由于辊筒的固定件在其两侧，中间为工作区，极片辊压过程中，放入极片后，与极片接触的辊面会受到反作用力，而滚筒两侧未接触极片的地方则没有受到反作用力，滚筒的辊面会向边缘微弯，示例性的如图1中受力仿真云图所示；此时，极片两侧受到更多的挤压，导致产生波浪边；为解决上述问题，本发明所述辊压机的上辊筒和下辊筒的辊径各自独立的沿其轴线方向由中间向两侧呈现锥度递减；其能明显缓解由于辊压过程中极片反作用力造成的辊面变形进而引起的极片波浪边的问题。

采用本发明所述辊压机，其上辊筒和下辊筒的辊径由中间向两侧递减，利用两侧小辊径对冲辊面两侧的轻微形变，减小对极片边缘的挤压，从而减少波浪边的产生，同时提高极片辊压的厚度的一致性。且由辊压极片过程的仿真云图可以看出，越向辊筒边缘，辊面形变越大，故本发明采用的辊筒的直径由中间向两侧递减。

采用本发明所述辊压机能有效减少涂布后的极片辊压时边缘的压延，从而避免辊压时波浪边的产生，提高辊压时极片横向厚度一致性。

优选地，所述上辊筒和下滚筒的辊面曲线方程为：

y＝1×10^-15x⁶+1×10^-27x⁵+6×10^-10x⁵+2×10^-22x³+5×10^-5x²+5×10^-18x-0.2684；

其中，x为辊面坐标，坐标原点在辊面中间，y为辊面凸度；

或，所述上辊筒和下辊筒的辊面边缘曲线方程为：

y＝2×10^-4x²-0.105x+16.618，x为辊面坐标，坐标原点在辊面边缘，y为辊面凸度。

本发明中上辊筒和下辊筒满足相同的曲线方程；上述两个方程采用不同的坐标原点从不同角度对上辊筒和下辊筒的辊面方程进行了描述，其均能实现有效改善极片波浪边的效果。

本发明中通过仿真模拟计算得到上辊筒和下辊筒的辊面的曲线方程满足上述条件，其在用于涂布后的极片的辊压过程中，能最大限度减少极片边缘较中间区域受力更大进而造成的波浪边的问题，进而从根源上避免极片波浪边的产生。

本发明中经过仿真和实验验证出有效的锥度辊径，并根据辊径数据拟合出曲线方程。

优选地，所述辊压机还包括电机，所述电机用于带动上辊筒和下辊筒向相同的方向转动。

优选地，所述辊压机还包括液压缸，所述液压缸连接所述下辊筒，所述液压缸用于向下辊筒施加压强。

本发明所述辊压机的使用过程中，上辊筒和下辊筒相对设置，辊筒的固定件位于辊筒两侧，上辊筒和下辊筒的侧端连有电机，辊压机使用过程中，电机带动上辊筒和下辊筒向同一方向转动；辊压极片时，极片从上辊筒和下辊筒之间穿过，下辊筒下方的液压缸加压到合适压强，液压缸带动下辊筒上升，对极片施加压力，极片受力被压缩，压到需要厚度输出。

本发明所述辊压机的上辊筒和下辊筒的辊径各自独立的沿其轴线方向由中间向两侧呈现锥度递减，其能有效对冲极片反作用力造成的辊面变形，进而有利于保证极片厚度的一致性，并从根源上解决极片波浪边的问题。

第二方面，本发明提供了一种改善极片波浪边的方法，所述方法采用如第一方面所述的辊压机对涂布后的极片进行辊压。

本发明所述改善极片波浪边的方法中采用如第一方面所述辊压机，所述辊压机的上辊筒和下辊筒的辊径沿其轴线方向由中间向两侧呈锥度递减，两侧减小的辊径能有效对冲极片反作用力引起的辊面轻微变形，进而改善极片边缘的受力情况，避免极片波浪边的产生。

优选地，所述涂布后的极片包括中间区域及位于其两侧的边侧区域，所述中间区域的厚度大于等于边侧区域的厚度。

本发明所述方法通过调整极片的涂布厚度，并结合使用上述特定辊面结构的辊压机，其能明显减少极片波浪边的产生，同时能有效提高极片横向厚度一致性。

此处所述涂布后的极片的中间区域的宽度和厚度均由正常工艺规格决定。

优选地，所述边侧区域的宽度为3-10mm，例如4mm、5mm、6mm、7mm、8mm或9mm等。

此处控制边侧区域的宽度在上述范围内，其有利于最大限度避免波浪边的产生，而当边侧区域的宽度＜3mm时，其对波浪边的改善效果有限，当边侧区域的宽度＞10mm时，由于其对应边缘削薄的区域，涂覆重量也会偏轻，属于重量异常区域，宽度过大会对容量造成不利影响，其一般采用分切切掉的方式，损耗较大。

优选地，所述边侧区域的厚度大于等于中间区域厚度的1/3。

优选地，所述边侧区域的厚度由涂布后的极片的边缘处向与中间区域相邻处逐渐递增。

优选地，所述边侧区域内对应涂布后的极片的边缘处的厚度为中间区域厚度的1/3，所述边侧区域内与中间区域相邻的位置处的厚度与中间区域的厚度相同。

本发明所述改善极片波浪边的方法通过对极片厚度及辊压机辊筒直径的调整，辊压时有效减少了极片波浪边的产生，同时提高极片横向厚度一致性；进而提高极片制程良率，降低电芯安全风险的发生；本发明所述方法有利于提升极片生产优率，提高卷绕效率，提升极片overhang稳定性。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述辊压机包括上辊筒和下辊筒，所述上辊筒和下辊筒的辊径沿其轴线方向由中间向两侧呈现锥度递减，所述辊压机用于涂布后极片的辊压，其能有效缓解极片边缘较其中间区域受力更大而引起的极片波浪边的问题；

(2)本发明所述辊压机能有效提升极片的制程良率，降低电芯安全风险发生。

附图说明

图1是采用辊筒等径的传统辊压机进行极片辊压的受力仿真云图；

图2是采用本发明所述辊压机进行极片辊压的受力仿真云图；

图3是本发明实施例1中的辊面曲线图；

图4是本发明实施例2中的辊面曲线图；

图5是本发明中改善极片波浪边的方法采用的涂布后的极片的结构示意图；

图6是本发明实施例3和对比例1中辊压后得到的极片的厚度分布图，横坐标为宽度分区。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

以下对采用辊筒等径的传统辊压机和本发明所述辊压机进行极片辊压的过程进行受力仿真云图的模拟；

对比例1

本对比例对采用辊筒等径的传统辊压机对涂布后的极片进行辊压过程的受力情况进行仿真模拟，其受力仿真云图如图1所示；

由图1可以看出，采用辊筒等径的传统辊压机对涂布后的极片进行辊压时，上辊筒和下辊筒的中间为其工作区，由于辊压机的固定件位于其两侧，中间工作区放入极片后，与极片接触的辊面会受到反作用力，而两侧未接触极片的地方则没有，则辊面会向边缘微弯，极片两侧会受到更多的挤压，导致极片产生波浪边。

实施例1

本实施例对采用本发明所述辊压机对涂布后的极片进行辊压过程的受力情况进行仿真模拟，其中，本发明所述辊压机的辊面曲线方程为：

y＝1×10^-15x⁶+1×10^-27x⁵+6×10^-10x⁵+2×10^-22x³+5×10^-5x²+5×10^-18x-0.2684；

其中，x为辊面坐标，坐标原点在辊面中间，y为辊面凸度；

其受力仿真云图如图2所示，由图2可以看出，本实施例所述辊压机的上辊筒和下辊筒的辊面满足上述条件，所述上辊筒和下辊筒的辊径各自独立的沿其轴线方向由中间向两侧呈现锥度递减；其两侧辊径小于中间工作区的辊径，其两侧的小辊径对冲辊面的轻微变形，减小了对极片边缘的挤压，从而减少了波浪边的产生。

本实施例中上下辊筒的辊面的曲线如图3所示。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，所采用的辊压机的上辊筒和下辊筒的曲线方程为：

y＝2×10^-4x²-0.105x+16.618；

其中，x为辊面坐标，坐标原点在辊面边缘，y为辊面凸度。

其受力仿真云图与实施例1中相同，本实施例所述辊压机的上辊筒和下辊筒的辊面满足上述条件，所述上辊筒和下辊筒的辊径各自独立的沿其轴线方向由中间向两侧呈现锥度递减；其两侧辊径小于中间工作区的辊径，其两侧的小辊径对冲辊面的轻微变形，减小了对极片边缘的挤压，从而减少了波浪边的产生。

本实施例中上下辊筒的辊面的曲线如图4所示。

实施例3

本实施例采用实施例1中的辊压机，采用的涂布后的极片的结构如图5所示，所述涂布后的极片上分为中间区域及位于所述中间区域两侧的边侧区域，其中，中间区域的厚度为极片的正常厚度(即采用传统辊压过程中涂布后的极片的厚度)记为a正常区，其边侧区域的厚度在中间区域的厚度的基础上进行削薄，记为b削薄区；

其中，b削薄区内对应极片边缘的位置处的厚度为中间区域厚度为1/3，所述b削薄区与所述中间区域相邻位置处的厚度为正常厚度。

所述b削薄区的宽度为10mm。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于，b削薄区的宽度为3mm，其他条件与实施例3中完全相同。

本发明所述改善极片波浪边的方法中采用如实施例3和实施例4中所述涂布后的极片，其与实施例1中的辊压机相配合，能有效减少涂布后的极片辊压过程中波浪边的产生，同时提高极片横向厚度一致性。

以对比例1中所述辊压机采用常规等厚度涂布的极片进行辊压，并对其辊压得到的极片的厚度分布进行测试，记为常规辊压；以实施例3中辊压得到的极片，测试其极片的厚度分布，记录为改进后辊压；其测试结果如图6所示，由图6可以看出，采用本发明所述辊压机并结合特定的极片结构，其得到的极片的厚度分布更加平整一致，有效减少了极片波浪边的产生，而对比例中所得极片的中间厚度与两边厚度一致性差，波浪边较严重。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。