一种电池极片挤出装置及电池极片制造系统的制作方法

本发明涉及电池制造领域，更具体地说，涉及一种电池极片挤出装置及电池极片制造系统。

背景技术：

迄今，资源型化石燃料仍然是人类主要的电力供给源。其大量使用造成的碳排放是造成目前地球温室效应的主要原因。作为重要的解决手段之一，开发利用以太阳能和风能为代表的可再生能源发电已成为当务之急。然而，包括太阳能、风能、潮汐能等在内的这些自然能源是间歇性的，其产生的电能大小严重依赖于天气、季节、时间和地点等自然因素。这些不稳定的电能如果直接并入电网，会严重干扰电网的正常运行。大规模储能系统的采用可以有效地解决这个问题，依靠可再生的自然资源产生的间歇性能源可以通过储能系统的存储和释放接入电网，使用户端得到稳定、安全、高效的清洁能源。

目前，主要储能技术有电化学储能、机械储能、化学储能、电气储能和相变储能等。电化学储能技术与其他储能方式相比具有效率高、投资少、使用安全、应用灵活等特点，最符合当今能源的发展方向。在各种电化学储电方式中，二次电池使用与维护最为方便。然而目前成熟的二次电池体系，几乎都不适合大规模储能应用。传统的铅酸、镉镍电池含有大量有害的重金属元素,大规模应用会在生产和废弃阶段造成严重的环境污染，而且对环境温度要求严格，仅适用室内运行环境，使用寿命短，性价比低；镍氢电池采用了昂贵的稀有金属,资源与价格上难于满足大规模储电的成本要求，且高温性能差，工作电压低。全钒液流电池除了采用了贵金属外，还有昂贵的离子交换膜，正负极电解液存在毒性和腐蚀性，以及能量转换效率不高等问题；钠硫电池因为工作温度极高，价格昂贵，液态硫和金属钠也对氧化铝隔膜具强腐蚀性，容易造成燃烧事故。水系离子电池由于采用中性的盐水溶液作为电解质，既避免了有机电解质的易燃问题，又克服了传统水系电池的高污染，短寿命(如铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)的缺点，具有安全、低成本、长寿命、环保可回收等特性，是一种全新的新型电池，也是大型储能技术要求的理想体系。

作为一种全新的电池，水系离子电池的发明研发也存在着一定的挑战，如电池克容量和现有其他种类电池相比较低，为了保证后续规模化应用，提高单体电芯容量尤为重要，通常的解决方式为增加活性物质的使用量，但是在原有使用面积不变的情况下，增加活性物质势必导致极片的厚度增加，这就为后续的极片生产带来极大的挑战。一种实用例的水系电池为满足容量要求，其负极片厚度可达1.5mm(含特殊集流体和活性物质)，而现有常规电池的极片厚度一般小于0.3mm，现有成熟的电极制造工艺中，不管是锂电池的涂布或是镍氢电池的拉浆工步均仅能满足较薄极片的制造工艺要求，对于新型水系电池的较厚极片无法进行基本制造工艺的实现，为此需要对生产工艺设备在源头上重新设计并制造。

常规电池极片制造存在混料，涂布、辊压、烘干等数道工艺程序，每道工艺程序均会对实际产品性能造成一定的不可控影响，其多为单一机组独立操作互不联系，受设备自身及实际操作人员熟练度不同等多方因素的干扰，很难保证最终产品在尺寸、性能上的一致性，最终形成生产效率低下的结果。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的产品尺寸不一致、生产效率低下，针对新工艺很难进行实现的问题，本发明提供了一种电池极片挤出装置及电池极片制造系统。它功能更完善，使用范围更广，整体工序减少，该设备能匹配新型电池的生产工艺要求，也能借此解决传统电池终端产品一致性差的问题，最终提高生产效率。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

设计了一种挤出装置，在整体的工艺设备上，其设在捏合装置之后，包括固定腔体，提供挤出整形加工空间；固定腔体自带多组可调整间隙小辊及设立液压可调出力装置；

挤出单元，设置于固定腔体一端，对固定腔体内原料进行挤出整形；

供料单元，对挤出单元进行供料，出口连通固定腔体。

更进一步的，供料单元内部还设置有剪碎单元，对原材料进行剪碎，出口连通固定腔体；剪碎单元用于将捏合后的大块筋网结构物进行细小化处理；

更进一步的，还包括震动单元，对供料单元进行振动。震动单元用于辅助原材的快速进入腔体。

更进一步的，还包括，固定腔体支架，设置于固定腔体下方，对固定腔体进行支撑，该支架用于支撑物料腔体，并可依据实际物料种类，粘度等参数的不一而进行专属角度调节，以利物料均匀有效的通过最终出口；

更进一步的，还设置有出口封盖，设置于固定腔体出口，最终出口封盖尺寸可依据实际物料种类及产品要求进行调节或是采用整体浇筑件进行快速更换，最终出口封板内侧设置渐变引导槽，渐变角度依据物料种类和最终产品要求不一而进行选择调整，对于后端可调整间隙小辊，可依据实际物料的厚度、粘度、比容量进行辊间缝隙大小的调节，并适当增加辊数；

更进一步的，固定腔体出口端或者出口封盖上设置有出料口，出料口所在固定腔体端面的内壁或者出口封盖内壁为出料口斜面，出料口斜面由两端向出料口倾斜。

更进一步的，固定腔体出口后还设置有预辊装置，预辊装置由至少一对的压辊组成，挤出的原料穿过压辊之间的间隙。

更进一步的，挤出单元为液压挤出设备，当然对于固定腔体大小的选择及液压压力的设定也是依据材料的实际需求进行相应的变更的，该装置的最终目的就是对前段筋网结构物进行压实及整形，确保最终出物是满足工艺要求的三维尺寸及重量的带状形态。

一种电池极片制造系统，包括，

加料装置：其位于设备最前端，装置可以自动加料，对多种原材料进行快速准确称量及放置；

混料装置：其设在加料装置之后，为高速混料装置，对配比粉料进行高速搅拌破碎，确认组分均一；

捏合装置：其设在混料装置之后，对前段组分均一粉料进行可变速搅拌，使其成为立体状、组分均一且大小不一，具有一定弹性，延伸性、黏性和可塑性的筋网结构物；

挤出装置，如上述所述的挤出装置，设在捏合装置之后，对前段筋网结构物进行压实及整形，形成所需形态；

输送装置，设在挤出装置之后，对挤出的材料运行运送，输送到涂布装置；

涂布装置：其设在挤出装置之后，该设备自带集流体开卷，导向传动及控制，压实及涂覆一体，烘干，收卷等工序，用于将前段带状筋网结构物原料均匀的涂覆到集流体上同时进行压实再经过烘干最终成型；

收卷装置，设在涂布装置之后，对成型后的电池极片进行收卷。

更进一步的，涂布装置包括，开卷装置，对集流体进行开卷，设置在涂布装置前段；

涂覆装置，设置在开卷装置后，将挤出的对应形态的材料涂覆到集流体上；

烘干装置，设在涂布装置之后，对涂布装置成型的电池极片进行烘干。

更进一步的，所述的烘干装置为一组或多部组合，为封闭或半封闭模式，纯风热、红外加热或纯风热和红外加热结合的烘干模式。

更进一步的，还包括辊压装置：辊压装置，设在收卷装置之前，对涂布烘干后的电池极片进行最终压实及表面整形。

更进一步的，捏合装置为单轴作业或是多轴作业。

更进一步的，捏合装置还包括翻转装置，将原材传递到下一个工位进行再次作业。

更进一步的，开卷装置包括开卷导向装置，对集流体进行导向。

更进一步的，制造系统的所有工序的装置为一个或多个，装置组合为横向、纵向或是横纵结合的方式排布。

更进一步的，所有工序的装置通过传输设备进行链接，所有工序的装置为固定或非固定。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案针对电池极片的制造设计了一体设备，通过将加料、混料、捏合、挤出、涂布程序整合一体，统一设置参数，监控状态来减少因工序独立设定而对最终产品造成的影响，工序整合从而提高了生产效率。

(2)通过混料+捏合+挤出整形+涂布一体成套控制来取代常规单台机组单种工序的传统工艺，通过工序单元的一体自动连续化取代原有各单体工序的独立操作，可因此减少单体工序各自参数设定的差异与实际不同操作人员熟练度的不一而对最终产品性能及其他方面的影响，并提高生产效率。

(3)通过捏合+挤出及后续多步整形获得带状可调整三维尺度及重量的立体状、组分均一、具有一定弹性、延伸性、黏性和可塑性的筋网结构物，其经过后续工序涂布时，可由涂布辊压一体工位上自带的加热模块依据实际生产要求而对原料的黏性和延伸性进行控制，减少材料形变抗性及控制极片一致性。。

(4)通过红外+热风双重加热模式对较厚极片进行干燥，避免极片因含湿量较大而在后续组装工艺中的活性物质脱落现象产生，可调模式也避免因急速温升而对极片的表面形态造成较大影响。

(5)该装置集成多个工序为一体，不仅减少多个独立工序对产品参数的影响，也保证了在统一参数监控下，各小工步的设定一致性，从而提高产品的一致性及生产效率。

附图说明

图1为本发明的电池极片制造一体设备的一种结构示意图；

图2为挤出单元的一种结构放大示意图；

图3为实施例3挤出单元设在固定腔体的一种结构示意图；

图4为挤出单元a部位放大截面示意图；

图5为挤出单元a部位正面放大示意图；

图6为预辊装置侧面示意图。

图中标号说明：

1、加料装置；2、混料装置；3、捏合装置；4、挤出装置；5、输送装置；6、开卷装置；7、开卷导向装置；8、涂覆装置；9、烘干装置；10、辊压装置；11、收卷装置；13、供料单元；14、震动单元；15、挤出单元；16、固定腔体；161、出料口；162、出料口斜面；163、预辊装置；17、固定腔体支架；19、出口封盖。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

为满足新型电池对电极的独特设计及工艺要求，本发明的装置与传统电池制造工艺单元架构不一样，各单元功能设置也不同于现有技术，装置与现有技术相比存在一定的差异性，本方案针对水系离子电池设计了一种挤出单元。

在实施中各个工序单元可依据生产规模、单元自有容量及具体产品要求不同进行单元数量配比，实际真实工序单元为1个或多个。实际单元组合也应依据实际场地及生产要求进行横向、纵向或是横纵结合的方式排布，期间单元也可通过轨座或是其他传输设备进行链接，单元间距可固定也可不固定。

本方案设计了一系列相互分布的一体系统，包括。

加料装置1：可同时计量多个不同种类原材并依据设定要求进行加注，可减少粉料称量时的人工误差及环境影响，保证配比正确性；

混料装置2：配有变频及定时装置，可依据实际要求进行精密设定确保结果符合需求；

捏合装置3：配有无极调速及不同运转方向的搅拌轴，可单轴可多轴，辅以腔体温度控制可依据实际原材配比要求而进行专项设定，工序完成后有翻转装置，可依靠材料自重进行传输；

如图2所示，挤出装置4：包括固定腔体16，提供挤出整形加工空间；挤出单元15，设置于固定腔体16一端，对固定腔体16内原料进行挤出整形，为液压挤出设备；供料单元13，对挤出单元15进行供料，出口连通固定腔体16，供料单元13内部还设置有剪碎单元，对原材料进行剪碎，出口连通固定腔体16；震动单元14，对供料单元13进行振动。固定腔体16可以使用不锈钢制作，出口封盖19，设置于固定腔体16出口。

还设置有固定腔体支架17，设置于固定腔体16下方，对固定腔体16进行支撑，末端经过小型辊压装置进行整形，通过以上装置可进行参数设定从而调整固定最终产品形态，保证末端产品的实际密度比及形态控制，依据产品的最终要求实际实施中对挤出方式，端口尺寸，进料方式、多段整形或增加辊压均可调整。

输送装置5，设在挤出装置4之后，对挤出的材料运行运送，输送到涂布装置；

涂布装置：配有多组集流体开卷、收卷、多组导向轴，可依据实际成品要求及材料进行缠绕方式的不同组合来满足涂覆要求，前段的开卷装置6，中间涂覆单元8包含辊压、涂覆、加热多种功能集中一体，加热方式根据需求设置，加热可调整筋网结构物的延展性，以利后续辊压及涂布工步时的成品厚度及克密度一致性的控制，辊间间隙、辊间压力、辊上温度均依据最终成品要求及挤出单元的筋网结构物的不同而进行专项设定，可满足多种组合的需求；

中段烘干装置9，因装置适用的水系极片远远大于现有其他电池体系极片厚度，故在满足生产效率及不影响产品性能的情况下，需设置与现有通用设备设定或是功能不一的部件进行烘干，不仅限于热风、或是红外或是其他组合，其目的即为不影响产品性能，并能在一定程度上满足生产需求。

收卷装置11，设在涂布装置之后，对成型后的电池极片进行收卷。

通过上述系统，整体生产电池极片的功能更完善，使用范围更广，整体工序减少，该设备能匹配新型电池的生产工艺要求，也能借此解决传统电池终端产品一致性差的问题，最终提高生产效率。

实施例1

如图1显示了本发明的电池极片制造一体设备的其中一种具体实施例，在该实施例中，本发明的电池极片制造一体设备，设备可以设置在整体的支座上，也可以根据需求相应设置。

其中自动的加料装置1设在设备支座的一端，如左上部，也可以设置在其他部位，负责对基本原材的计量和称重并投放至混料装置2中，混料装置2放置在加料装置1的下方，负责将配比好的原材依据设定进行组分均一；捏合装置3放置在混料装置2的下方，负责将组分均一的原材依照要求进行二次混合，将其变为带有一定粘度及流动性的半固态材料，挤出装置4在捏合装置3的下方负责将半固态的原材在封闭的腔体内进行一定程度的压实并通过挤出口的预辊进行整形从而达到形态尺寸要求，开卷装置6在涂布装置的中上方，负责对集流体卷进行放卷，涂布装置位于导向装置7的下方，负责将输入装置5传输过来的原料涂覆至集流体上，本方案的实施例中涂布装置可以带有加热及辊压功能，可以依据产品厚度要求进行上下辊缝隙调整，依据原材种类及工艺要求不同增加辊间温度以调整原材流动性，可依据产品的最终密度要求调整辊压；

烘干装置9位于涂布装置的左下方，负责将涂覆完成后的原料进行干燥，辊压装置10在烘干装置9的左侧，负责将干燥后的极片进行最终压实及表面处理，收卷装置11位于设备的最左端，负责将成型后的极片卷进行收集工作。上述装置整体通过一套控制系统进行综合控制，在本实施例中，挤出装置4完成后的原材可以直接进行涂覆作业，不用再进行开炼工艺。节约了工艺，提高了效率，成本相应降低。

在本实施例中捏合装置3可由单轴作业或是多轴作业，可通过其他轴或是翻转功能将工序完成后的原材通过自重自由落体或是传输设备传递到下一个工位进行再次作业，为达到捏合效果腔体可依据材料组分及其他要求进行温度设定，旋转运作及控制方式也可看做多种参考；本实施例中烘干装置9可为一组或多部组合，可依据材料种类及工艺不同确认封闭或半封闭模式，纯风热或红外加热一并的烘干模式。各装置均可自由数量配比，不仅限于现有图1所示1:1；各装置之间可依据工艺不同而确认是否为固定模式或是选择增加滑轨而进行调节，

本方案的设备主要由几个大部分组成。本发明的电池极片一体设备制造流程由：加料+混料+捏合+挤出+涂布+烘干+辊压组成，通过全自动控制实现产品的全自动连续生产。相比现有的制造工艺增加设备对生产产品厚度等参数的涵盖范围，减少了集流体预热和单独辊压等工步，减少较多外在因素对生产效率的影响从而提高产品一致性，最终达到提高生产效率的目的。

实施例2

与实施例1基本相同，不同在于，生产材料经过9烘干装置后可直接经过11收卷装置进行成品收集，无需再另行辊压工序。不设置辊压装置10不需要对涂布烘干后的电池极片进行表面整形。直接进行成型工作，省略工序，提高效率。

实施例3

实施例3与实施例1类似，还在于，如图3、4、5所示，固定腔体16可以斜向设置，与水平面形成一定斜角，更方便原料的挤出；供料单元13与固定腔体16也形成一定角度，其中供料单元13的下料进入固定腔体16中，固定腔体16的端部进行出料，端部可以直接设置有细长条形状的出料口161，也可以设置有出口封盖19，出口封盖19上设置有细长条形状的出料口161，出料口161的厚度根据需求进行设置，使用出口封盖19的可以仅仅替换出口封盖19就可以替换不同厚度的出料口161，出料口162所在固定腔体16端面的内壁或者出口封盖19内壁为出料口斜面162，出料口斜面162由两端向出料口倾斜，保证挤出的时候不会造成堵口，也会通过斜面产生压力，保证出料密度合理。

实施例4

实施例4与实施例1类似，还在于，如图3、6所示，固定腔体16出口后还设置有预辊装置163，预辊装置163由至少一对的压辊组成，挤出的原料穿过压辊的间隙进行预压和整形，保证刚挤出的产品均匀。方便后续工序进行工作，保证均匀，良品率提高。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。