夏云華　趙留強(qiáng)　夏文珂

（中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司，河南　洛陽(yáng)　471000）

鋰電池涂布機(jī)錯(cuò)位收卷技術(shù)研究

夏云華趙留強(qiáng)夏文珂

（中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司，河南洛陽(yáng)471000）

鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，存在連續(xù)涂布極片邊緣偏厚的問(wèn)題，在對(duì)齊收卷時(shí)，引起極卷邊緣厚度累積，從而導(dǎo)致極卷邊緣漿料崩裂或斷帶，直接影響到電池極片的質(zhì)量及生產(chǎn)效率。針對(duì)這一問(wèn)題，重新探索了收卷方法，并研發(fā)了涂布機(jī)錯(cuò)位收卷裝置，通過(guò)該裝置的應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)收卷方式造成的兩邊厚中間薄的問(wèn)題，從而改善了產(chǎn)品的收卷質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。

涂布；錯(cuò)位；收卷；防鼓邊

鋰離子動(dòng)力電池是20世紀(jì)開(kāi)發(fā)成功的新型高能電池，70年代進(jìn)入實(shí)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于軍事化和民用小型電器中，如移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等，部分代替了傳統(tǒng)電池。大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中試用，將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗?，并將在人造衛(wèi)星、航空航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。隨著二十世紀(jì)微電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對(duì)電源提出了很高的要求，鋰離子動(dòng)力電池隨之進(jìn)入了大規(guī)模的生產(chǎn)實(shí)用階段。

涂布工序是鋰電池生產(chǎn)過(guò)程的頭道工序，涂布過(guò)程控制至關(guān)重要，極片品質(zhì)直接決定了鋰電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)及后續(xù)生產(chǎn)的連續(xù)性。在鋰電池涂布過(guò)程中，由于剛涂出的料較濕會(huì)向邊緣流動(dòng)、機(jī)頭刮刀的力度不均、或機(jī)頭擋料板不規(guī)則等原因，致使涂敷后的基材兩邊厚、中間薄，生產(chǎn)后的基材直接由收卷裝置［1］進(jìn)行邊緣對(duì)齊卷繞，造成極卷邊緣厚度累計(jì)，從而導(dǎo)致極卷邊緣漿料崩裂或斷帶，不僅影響收卷質(zhì)量，并且降低了生產(chǎn)效率。

1　鋰電池涂布技術(shù)概述

鋰離子電池是由正極片、負(fù)極片、隔膜紙、電解液、外殼等主要部分組成，正、負(fù)極片均是通過(guò)涂覆方式將正、負(fù)極漿料涂覆在金屬箔上，故極片的涂布在鋰離子動(dòng)力電池的電芯制程中是非常關(guān)鍵的工序。涂布是在電池生產(chǎn)過(guò)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(wú)積塵、無(wú)氣泡并烘干收卷。

涂布機(jī)的工藝流程如下：安放在放卷裝置上的極片基材經(jīng)過(guò)輥牽出，經(jīng)自動(dòng)糾偏后進(jìn)入浮輥張力系統(tǒng)，調(diào)整放卷張力后進(jìn)入涂布頭，極片漿料按涂布系統(tǒng)的設(shè)定程序進(jìn)行涂布。涂后的濕極片進(jìn)入烘箱由熱風(fēng)進(jìn)行干燥，干燥后的極片經(jīng)張力系統(tǒng)調(diào)整張力，同時(shí)控制收卷速度，使它與涂布速度同步，極片經(jīng)糾偏系統(tǒng)自動(dòng)糾偏使基材保持在中心位置，由收卷裝置進(jìn)行整齊收卷［2］。

目前，公知的涂布機(jī)收卷裝置是由糾偏系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)和卷繞機(jī)構(gòu)等組成［3］，糾偏系統(tǒng)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)及糾偏裝置。糾偏傳感器用于檢測(cè)極卷邊緣位置，讀出極卷實(shí)際位置與設(shè)定位置的偏移量，將偏移量轉(zhuǎn)換成與之成正比的電信號(hào)，再將電信號(hào)輸入給糾偏系統(tǒng)的糾偏控制器，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、校準(zhǔn)后，糾偏控制器把信號(hào)傳給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)的大小，驅(qū)動(dòng)糾偏裝置的伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)，使極卷邊緣與糾偏傳感器保持對(duì)齊，從而控制基材兩側(cè)在同一垂直面上進(jìn)行收卷，保證收卷后的卷材兩端面平齊［4］，而張力控制系統(tǒng)可保證極卷卷繞過(guò)程中保持恒張力，防止拉力過(guò)大造成斷帶。

2　涂布收卷方式優(yōu)化

為解決涂布極卷兩邊厚中間薄導(dǎo)致的極卷邊緣掉料或斷帶問(wèn)題，對(duì)涂布機(jī)傳統(tǒng)對(duì)齊收卷方式進(jìn)行了優(yōu)化，研發(fā)出一種涂布機(jī)錯(cuò)位收卷裝置，通過(guò)將涂布極卷收卷方式改造為邊緣錯(cuò)位螺旋卷繞的方式，使極卷邊緣始終處于懸空狀態(tài)，有效改善了產(chǎn)品的收卷質(zhì)量。

2.1涂布機(jī)錯(cuò)位收卷裝置的組成

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本文所提供的涂布機(jī)錯(cuò)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(jī)構(gòu)、用以檢測(cè)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(dòng)的橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)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(jī)及安裝在橫移控制電機(jī)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(jī)的周期性正反轉(zhuǎn)，橫移控制電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)伸縮裝置前后限位移動(dòng)，并帶動(dòng)糾偏傳感器沿涂布走帶的垂直方向做往返運(yùn)動(dòng)?；脑谑站磉^(guò)程中進(jìn)入糾偏控制器的感應(yīng)范圍后，糾偏傳感器檢測(cè)到基材的位置發(fā)生變化，糾偏控制器則實(shí)時(shí)控制卷繞機(jī)構(gòu)隨糾偏傳感器移動(dòng)，從而使基材在收卷的過(guò)程中有規(guī)律的左右擺動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)收卷方式的改變。

圖1　錯(cuò)位收卷裝置橫向往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

其中，1為卷繞控制單元；2為橫移控制電機(jī)；3為伸縮裝置；4為糾偏傳感器。

因此，對(duì)于大文娛，阿里很舍得砸錢，也忍得住巨額虧損。對(duì)于阿里大文娛的發(fā)展，楊偉東曾對(duì)外表示，這是一個(gè)需要5～10年的過(guò)程，要有耐心，“對(duì)待文娛，阿里始終是富養(yǎng)女兒的心態(tài)?！?/p>

2.2涂布機(jī)錯(cuò)位收卷裝置的工作原理

卷繞控制單元是整個(gè)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(shí)間繼電器；KT2為運(yùn)行時(shí)間繼電器；X1為左限位開(kāi)關(guān)；X2為右限位開(kāi)關(guān)；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(jī)反向繼電器。

卷繞控制單元包括啟停主電路、用于切換電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制單元的電機(jī)運(yùn)行控制支路、電機(jī)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(kāi)關(guān)S1和常開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)S2，間隔時(shí)間繼電器KT1的線圈支路和運(yùn)行時(shí)間繼電器KT2的線圈支路并聯(lián)后串接在啟停主電路中，兩限位支路上各自均串接有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)（左限位開(kāi)關(guān)X1和右限位開(kāi)關(guān)X2）和一個(gè)限位繼電器（左限位繼電器KM2和右限位繼電器KM3）的線圈。時(shí)間繼電器KT1可設(shè)置電機(jī)旋轉(zhuǎn)間隔時(shí)間，時(shí)間繼電器KT2可設(shè)置電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，因此可根據(jù)生產(chǎn)需要任意調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)距離。

電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制單元串接在電機(jī)運(yùn)行控制支路上，用于控制橫移控制電機(jī)的主電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制單元電路原理圖如圖3所示。

圖3　電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制單元電路原理圖

其中，RT1為電機(jī)反轉(zhuǎn)線圈，RT2為電機(jī)正轉(zhuǎn)線圈，CAP為啟動(dòng)電容。

錯(cuò)位收卷裝置的收卷控制過(guò)程如下：卷繞控制單元控制橫移控制電機(jī)有規(guī)律的正反轉(zhuǎn)，橫移控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)伸縮裝置沿涂布走帶的垂直方向有規(guī)律的往返運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)糾偏傳感器進(jìn)行周期性的往返運(yùn)動(dòng)。糾偏傳感器將檢測(cè)到的涂布基材位置變化信號(hào)反饋給糾偏控制器，糾偏控制器實(shí)時(shí)控制卷繞機(jī)構(gòu)跟隨糾偏傳感器做往返運(yùn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了極卷由邊緣對(duì)齊卷繞變成了邊緣錯(cuò)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(tài)，以此達(dá)到減少邊緣所受拉力的目的。

2.3涂布機(jī)錯(cuò)位收卷裝置的收卷狀態(tài)

應(yīng)用錯(cuò)位收卷裝置后得到的極卷結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。通過(guò)改進(jìn)涂布收卷方式，得到的極卷的邊緣層與層之間依次產(chǎn)生錯(cuò)位。在收卷控制過(guò)程中，先是由外向內(nèi)依次產(chǎn)生錯(cuò)位，層與層之間逐步疊加，當(dāng)控制電路控制極卷由外向內(nèi)錯(cuò)位到傳感器限位時(shí)，再控制極卷由內(nèi)向外產(chǎn)生逐步錯(cuò)位疊加，從而保證了極卷邊緣成懸空狀態(tài)。

圖4　卷繞出的極卷的剖視圖

3　結(jié)語(yǔ)

涂布錯(cuò)位收卷技術(shù)通過(guò)改變鋰電池涂布過(guò)程中傳統(tǒng)對(duì)齊收卷方法，實(shí)現(xiàn)了涂布極卷的邊緣錯(cuò)位卷繞，解決了傳統(tǒng)收卷方式造成的極卷兩邊厚中間薄的現(xiàn)象以及由此引起的邊緣漿料崩裂或斷帶問(wèn)題，對(duì)于提高連續(xù)涂布收卷質(zhì)量及生產(chǎn)效率具有重要意義。

［1］涂布機(jī)收卷裝置［P］.中國(guó)專利：201310 676873，2013-12-13.

［2］一種鋰電池極片涂布機(jī)［P］.中國(guó)專利：CN 201420132459.2，2014-03-24.

［3］王雯瑤，殷秋娟，宋麗萍，侯毅.塑料薄膜擠出拉伸生產(chǎn)線廢牽引收卷裝置的改進(jìn)［C］.“萬(wàn)向新元”杯中國(guó)國(guó)際橡塑技術(shù)、裝備與市場(chǎng)高峰論壇論文集，2012.

［4］林積榮，王毓鵬.磁帶收放卷自動(dòng)糾偏裝置簡(jiǎn)介［J］.信息記錄材料，1989（1）：38-40.

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2015）-12-0057-2

夏云華（1983-），男，河南人，中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司工程師，研究方向：鋰電設(shè)備研究。

趙留強(qiáng)（1984-），男，河南人，中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司工程師，研究方向：鋰電設(shè)備研究。

夏文珂（1992-），女，河南人，中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司技術(shù)員，研究方向：鋰電設(shè)備研究。