鋰電池涂布機錯位收卷技術研究

2015-10-14 03:21:50夏云華趙留強夏文珂

河南科技 2015年23期

夏云華　趙留強　夏文珂

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南　洛陽　471000）

鋰電池涂布機錯位收卷技術研究

夏云華趙留強夏文珂

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南洛陽471000）

鋰電池生產過程中，存在連續涂布極片邊緣偏厚的問題，在對齊收卷時，引起極卷邊緣厚度累積，從而導致極卷邊緣漿料崩裂或斷帶，直接影響到電池極片的質量及生產效率。針對這一問題，重新探索了收卷方法，并研發了涂布機錯位收卷裝置，通過該裝置的應用，有效解決了傳統收卷方式造成的兩邊厚中間薄的問題，從而改善了產品的收卷質量，提高了生產效率。

涂布；錯位；收卷；防鼓邊

鋰離子動力電池是20世紀開發成功的新型高能電池，70年代進入實用化，因其具有能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、貯存壽命長等優點，已廣泛應用于軍事化和民用小型電器中，如移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等，部分代替了傳統電池。大容量鋰離子電池已在電動汽車中試用，將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，并將在人造衛星、航空航天和儲能方面得到應用。隨著二十世紀微電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求，鋰離子動力電池隨之進入了大規模的生產實用階段。

涂布工序是鋰電池生產過程的頭道工序，涂布過程控制至關重要，極片品質直接決定了鋰電池的各項性能指標及后續生產的連續性。在鋰電池涂布過程中，由于剛涂出的料較濕會向邊緣流動、機頭刮刀的力度不均、或機頭擋料板不規則等原因，致使涂敷后的基材兩邊厚、中間薄，生產后的基材直接由收卷裝置［1］進行邊緣對齊卷繞，造成極卷邊緣厚度累計，從而導致極卷邊緣漿料崩裂或斷帶，不僅影響收卷質量，并且降低了生產效率。

1　鋰電池涂布技術概述

鋰離子電池是由正極片、負極片、隔膜紙、電解液、外殼等主要部分組成，正、負極片均是通過涂覆方式將正、負極漿料涂覆在金屬箔上，故極片的涂布在鋰離子動力電池的電芯制程中是非常關鍵的工序。涂布是在電池生產過程中，將成卷的基材，銅箔、鋁箔涂上一層特定功能的漿料，保證極片表面平整、光滑、敷料均勻、附著力好，干燥、不脫料、不掉料、無積塵、無氣泡并烘干收卷。

涂布機的工藝流程如下：安放在放卷裝置上的極片基材經過輥牽出，經自動糾偏后進入浮輥張力系統，調整放卷張力后進入涂布頭，極片漿料按涂布系統的設定程序進行涂布。涂后的濕極片進入烘箱由熱風進行干燥，干燥后的極片經張力系統調整張力，同時控制收卷速度，使它與涂布速度同步，極片經糾偏系統自動糾偏使基材保持在中心位置，由收卷裝置進行整齊收卷［2］。

目前，公知的涂布機收卷裝置是由糾偏系統、張力控制系統和卷繞機構等組成［3］，糾偏系統一般是用于糾偏涂布基材的偏移，其包括糾偏傳感器、糾偏控制器、伺服驅動系統及糾偏裝置。糾偏傳感器用于檢測極卷邊緣位置，讀出極卷實際位置與設定位置的偏移量，將偏移量轉換成與之成正比的電信號，再將電信號輸入給糾偏系統的糾偏控制器，信號經過放大、校準后，糾偏控制器把信號傳給伺服驅動系統，伺服驅動系統根據信號的大小，驅動糾偏裝置的伺服電機正反轉，使極卷邊緣與糾偏傳感器保持對齊，從而控制基材兩側在同一垂直面上進行收卷，保證收卷后的卷材兩端面平齊［4］，而張力控制系統可保證極卷卷繞過程中保持恒張力，防止拉力過大造成斷帶。

2　涂布收卷方式優化

為解決涂布極卷兩邊厚中間薄導致的極卷邊緣掉料或斷帶問題，對涂布機傳統對齊收卷方式進行了優化，研發出一種涂布機錯位收卷裝置，通過將涂布極卷收卷方式改造為邊緣錯位螺旋卷繞的方式，使極卷邊緣始終處于懸空狀態，有效改善了產品的收卷質量。

2.1涂布機錯位收卷裝置的組成

為了實現以上目的，本文所提供的涂布機錯位收卷裝置主要包括以下幾部分：糾偏控制器及其控制的卷繞機構、用以檢測極卷邊緣位置的糾偏傳感器以及控制糾偏傳感器位置移動的橫向往復運動機構。

橫向往復運動機構結構示意圖如圖1所示，其主要包括卷繞控制單元、橫移控制電機及安裝在橫移控制電機上的伸縮裝置，糾偏傳感器則固定于伸縮裝置上。其中卷繞控制單元控制電機的周期性正反轉，橫移控制電機用于驅動伸縮裝置前后限位移動，并帶動糾偏傳感器沿涂布走帶的垂直方向做往返運動?；脑谑站磉^程中進入糾偏控制器的感應范圍后，糾偏傳感器檢測到基材的位置發生變化，糾偏控制器則實時控制卷繞機構隨糾偏傳感器移動，從而使基材在收卷的過程中有規律的左右擺動，以此實現收卷方式的改變。

圖1　錯位收卷裝置橫向往復運動機構

其中，1為卷繞控制單元；2為橫移控制電機；3為伸縮裝置；4為糾偏傳感器。

因此，對于大文娛，阿里很舍得砸錢，也忍得住巨額虧損。對于阿里大文娛的發展，楊偉東曾對外表示，這是一個需要5～10年的過程，要有耐心，“對待文娛，阿里始終是富養女兒的心態?！?/p>

2.2涂布機錯位收卷裝置的工作原理

卷繞控制單元是整個裝置的核心，卷繞控制單元的電路原理圖如圖2所示。

圖2　卷繞控制單元電路原理圖

其中，KT1為間隔時間繼電器；KT2為運行時間繼電器；X1為左限位開關；X2為右限位開關；D為指示燈；KM1為指示燈繼電器；KM2為左限位繼電器；KM3為右限位繼電器；KM4為電機反向繼電器。

卷繞控制單元包括啟停主電路、用于切換電機正反轉控制單元的電機運行控制支路、電機反向控制支路和兩限位支路以及由指示燈D和指示燈繼電器KM1組成的指示燈電路。啟停主電路中串接有常閉停止開關S1和常開啟動開關S2，間隔時間繼電器KT1的線圈支路和運行時間繼電器KT2的線圈支路并聯后串接在啟停主電路中，兩限位支路上各自均串接有一個限位開關（左限位開關X1和右限位開關X2）和一個限位繼電器（左限位繼電器KM2和右限位繼電器KM3）的線圈。時間繼電器KT1可設置電機旋轉間隔時間，時間繼電器KT2可設置電機運轉時間，因此可根據生產需要任意調節電機運轉距離。

電機正反轉控制單元串接在電機運行控制支路上，用于控制橫移控制電機的主電路實現電機的正反轉，電機正反轉控制單元電路原理圖如圖3所示。

圖3　電機正反轉控制單元電路原理圖

其中，RT1為電機反轉線圈，RT2為電機正轉線圈，CAP為啟動電容。

錯位收卷裝置的收卷控制過程如下：卷繞控制單元控制橫移控制電機有規律的正反轉，橫移控制電機旋轉并帶動伸縮裝置沿涂布走帶的垂直方向有規律的往返運動，從而帶動糾偏傳感器進行周期性的往返運動。糾偏傳感器將檢測到的涂布基材位置變化信號反饋給糾偏控制器，糾偏控制器實時控制卷繞機構跟隨糾偏傳感器做往返運動，這樣就實現了極卷由邊緣對齊卷繞變成了邊緣錯位螺旋卷繞，這種卷繞方式能分散邊緣厚度累積，并使極卷邊緣始終處于懸空狀態，以此達到減少邊緣所受拉力的目的。

2.3涂布機錯位收卷裝置的收卷狀態

應用錯位收卷裝置后得到的極卷結構圖如圖4所示。通過改進涂布收卷方式，得到的極卷的邊緣層與層之間依次產生錯位。在收卷控制過程中，先是由外向內依次產生錯位，層與層之間逐步疊加，當控制電路控制極卷由外向內錯位到傳感器限位時，再控制極卷由內向外產生逐步錯位疊加，從而保證了極卷邊緣成懸空狀態。