电池极片碾压方法及碾压装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种电池极片碾压方法及碾压装置。
【背景技术】
[0002]锂离子电池作为一种新型的绿色高能环保动力性电池，具有无记忆效应、工作电压高、循环寿命长、可快速充放电、使用温度范围广和污染少等一系列优点，现已广泛应用在手机、笔记本电脑、电动车等领域，应用十分广泛。
[0003]锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜等组成，且每一个部分都由复杂的不同组分构成，如负极包含石墨、导电剂、粘结剂和铜箔等，中间还要经过匀浆、碾压等一些复杂的工艺过程。实际上锂离子电池是一种浓差电池，正负电极由两种不同的锂离子嵌入化合物构成。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解液嵌入负极，此时负极处于富锂态，正极处于贫锂态；放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解液嵌入正极，正极处于富锂态，负极处于贫锂态。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物本身及锂离子的浓度有关。
[0004]影响锂离子电池电化学性能的因素很多，过程工艺是主要的影响因素。锂离子电池的正极与负极皆为固体颗粒堆积结构，大颗粒之间填充有导电剂小颗粒，这些颗粒通过粘结剂固定在一起。而这些颗粒间必须要有足够的空隙能够容许电解液进入，以方便锂离子的传输；同时颗粒间还要有一定的接触面积，保证电子在颗粒间的传导；另外随着充放电过程嵌锂/脱锂过程的进行颗粒体积会发生变化，要保证颗粒间始终要堆积在一起不发生不可逆变型和粉化。而目前的电池制备工艺，采用上、下乳辊碾压涂敷有粉料的锂离子电池的极片，上、下乳辊和粘结在极片两面的粉料直接接触，施加压力，由于极片的硬度远远低于不锈钢材质的乳辊的硬度，故在极片两面施压时，内部应力差异较大，造成垂直极片方向上的颗粒间距不均，由此制造出的电池在充放电过程特别是循环后期易出现粉料脱落现象，导致电池电化学性能变差，甚至会造成安全问题。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决原有对电池极片进行碾压时，上、下乳辊和粘结在极片两面的粉料直接接触，施加压力，造成垂直极片方向上的颗粒间距不均，电池在充放电过程特别是循环后期易出现粉料脱落现象，导致电池电化学性能变差，存在安全隐患的技术问题；提供一种电池极片碾压方法，碾压时，上、下乳辊和粘结在极片两面的粉料不直接接触，而是通过位于极片两面的箔片施加压力，确保极片垂直方向颗粒间距均匀，使电池在充放电过程特别是循环后期不易出现粉料脱落现象，提高电池电化学性能，也提高电池使用的安全性。
[0006]本发明还提供一种电池极片碾压装置，根据需要能在极片两面设置箔片，确保碾压电池极片时，上、下乳辊和粘结在极片两面的粉料不直接接触，而是通过位于极片两面的箔片施加压力，确保极片垂直方向颗粒间距均匀，使电池在充放电过程特别是循环后期不易出现粉料脱落现象，提高电池电化学性能，也提高电池使用的安全性。
[0007]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本发明的电池极片碾压方法，包括两次以上碾压过程，其中至少有一次碾压过程采用加设箔片的碾压方法，加设箔片的碾压方法包括如下步骤:当两面涂敷有粉料的极片在碾压装置的上乳辊和下乳辊之间穿过时，在所述的上乳辊和下乳辊之间同时穿过有上箔材片和下箔材片，上箔材片、下箔材片分别位于所述的极片的上面及下面，上乳辊、下乳辊分别通过上箔材片及下箔材片对所述的极片进行碾压。本技术方案中，对电池极片的碾压采用多次碾压方法，并且其中至少有一次碾压时，有上、下箔材片覆盖在极片的两面，极片走带时，上、下箔材片也同时走带，上、下乳辊通过上、下箔材片对两面涂敷有粉料的极片进行碾压，上、下乳辊不和粉料直接接触，故受力均匀，确保极片垂直方向颗粒间距均匀，使电池在充放电过程特别是循环后期不易出现粉料脱落现象，提高电池电化学性能，也提高电池使用的安全性。并且所外加设备材料仅有成卷箔材，箔材可以多次反复使用，且可进行高价回收利用，成本较低，性价比尚O
[0008]作为优选，所述的碾压过程有两次，包括一次碾压和二次碾压:
[0009]①一次碾压:调整所述的上乳辊及下乳辊的温度为Tl，碾压厚度为H1，极片的走带速度为VI，对两面涂敷有粉料的极片进行碾压；
[0010]②二次碾压:采用所述的加设箔片的碾压方法，同时调整所述的上乳辊及下乳辊的温度为T2，碾压厚度为H2，极片及上箔材片、下箔材片的走带速度为V2，通过所述的上箔材片及下箔材片对经过一次碾压的极片进行再次碾压，其中T2 > Tl，H2 < HI, V2 > VI。
[0011]极片及上、下箔材片收放卷辊轴均由相应电机驱动，调整电机功率就能调整各收放卷辊轴的转速，从而调整极片及上、下箔材片的走带速度。上、下乳辊内置有加热元件，如加热电阻丝，通过温控电路可以设置并调节上、下乳辊的温度。上、下乳辊的下压力、上推力，通过调整驱动升降机构的电机的功率实现，通过调整上、下乳辊的施加压力实现对碾压厚度的调整。碾压厚度，是指碾压结束后两面涂敷有粉料的极片的厚度。
[0012]本技术方案将上、下乳辊的温度调至一定的温度值，调整好碾压厚度和极片的走带速度，在一定环境下对两面涂敷有粉料的极片进行首次碾压；将上箔材片、下箔材片穿过上、下乳辊之间，将上、下乳辊的温度调至另一温度值，调整好碾压厚度和极片、上箔材片、下箔材片的走带速度，上、下乳棍通过上、下箔材片对极片进行二次碾压。由于材料压实密度都较高，即使外加了箔材，在瞬间高压的作用下，极片两面粉料内部依然和外侧均匀性不一，故采用两次碾压法，第一步的碾压压力较小，且在一定的温度作用下，保证了粉料内部的合理形变。第二步再外加箔材进行碾压，提高极片两面粉料内部和外侧的均匀性。极片两面粉料间粘结剂处于结晶状态，硬度较高且容易反弹，在极片碾压的过程要对极片双面利用上、下乳辊进行不同温度加热，碾压过程中对极片进行加热可以使粘结剂软化，有利于合理形变。
[0013]作为优选，所述的电池的正极极片的碾压方法包括如下步骤:
[0014]①一次碾压:调整所述的上乳辊及下乳辊的温度为75?85°C，碾压厚度为200?220 μ m，极片的走带速度为7?13s/min，对两面涂敷有粉料的极片进行碾压:
[0015]②二次碾压:采用所述的加设箔片的碾压方法，同时调整所述的上乳辊及下乳辊的温度为95?105°C，碾压厚度为140?160 μ m，极片及上箔材片、下箔材片的走带速度为10?14s/min，通过所述的上箔材片及下箔材片对经过一次碾压的极片进行再次碾压。
[0016]作为优选，所述的电池的负极极片的碾压方法包括如下步骤:
[0017]①一次碾压:调整所述的上乳辊及下乳辊的温度为55?65°C，碾压厚度为180?200 μ m，极片的走带速度为6?lOs/min，对两面涂敷有粉料的极片进行碾压；
[0018]②二次碾压:采用所述的加设箔片的碾压方法，同时调整所述的上乳辊及下乳辊的温度为95?105°C，碾压厚度为150?170 μ m，极片及上箔材片、下箔材片的走带速度为10?14s/min，通过所述的上箔材片及下箔材片对经过一次碾压的极片进行再次碾压。
[0019]作为优选，所述的上箔材片和下箔材片的材质及厚度均相同。进一步确保碾压时极片两面受力均匀。
[0020]本发明的电池极片碾压装置，包括机架及设于机架上的上乳辊、下乳辊、极片放辊和极片收辊，上乳辊位于下乳辊的上方，极片放辊位于上乳辊及下乳辊的左侧，极片收辊位于上乳辊及下乳辊的右侧，两面涂敷有粉料的极片的一端卷绕在极片放辊上，极片的另一端从上、下乳辊之间穿过卷绕在极片收辊上，所述的机架上设有上箔材片放辊、上箔材片收辊和下箔材片放辊、下箔材片收辊，上箔材片放辊和下箔材片放辊位于上乳辊及下乳辊的左侧，上箔材片收辊和下箔材片收辊位于上乳辊及下乳辊的右侧，并且上箔材片放辊及上箔材片收辊位于上乳辊的上方，下箔材片放辊及下箔材片收辊位于下乳辊的下方，所述的上箔材片的一端卷绕在上箔材片放辊上，上箔材片的另一端从上、下乳辊之间穿过卷绕在上