3 )干燥单元、干燥原理示意图如图10 所示。
图10 干燥原理示意图
由涂布单元生产的含有液态溶剂成分的浆料和箔材一起进入干燥炉内,为了安全有效地蒸发掉溶剂,需要控制各段干燥炉的温度、送风量、排风量等。单节温控系统由加热和循环风机组成。风机由变频电机驱动,可通过频率的设定改变风量及风速(与频率成正比),通过传感器检测控温点温度变化实现加热温度的恒定控制从而保证干燥的质量;有时为了提高干燥的效率会使用辅助加热系统,例如红外或者激光加热,前提是要保证安全的条件下,特别是有机溶剂的使用更要按国家安规要求来设计和使用。 4 )出料单元:出料单元如图11所示。
图11 出料单元
(1)干燥后的箔材进入出料装置。由出料装置控制干燥炉内的张力及箔材边缘位置。该装置的主要控制点为干燥区域纠偏及张力。 (2)纠偏与放卷单元相同。 (3)出料张力控制为电机转速控制,根据目标张力和实测张力进行PID运算,并调节出料电机的转速,以此达到张力恒定的效果。 5 )收卷单元:收卷方式有自动接带方式和手动接带方式两种,图12所示是手动接带收卷单元。
图12 手动接带收卷单元
(1)生产完成的卷材经过纠偏及张力控制后,导入收卷轴。该装置的主要控制点为收卷纠偏及张力。纠偏与张力控制与放卷单元(2.1部分)相同。 (2)在收卷过程中,为了使箔材层与层之间不打滑,防止材料收卷时过紧或者出现抽芯现象,需要对收卷张力进行锥度调节。
(3)关于收卷锥度张力的使用方法,参见“收卷设置及锥度计算说明”部分。
3 、设备选择 1 )设备选择原则
(1)安全第一:由于我们涂布机正极有NMP有机溶剂,所以防爆要求很严格,要符合行业标准《锂离子电池工厂设计标准》(GB 51377—2019)。
(2)保证电池的安全性能,防止金属异物产生。
(3)由于锂电池生产过程中最怕金属异物混入,所以和浆料及极片接触或近距离的部分不能使用铜、锌、锡;如果需要金属表面防护,优先选择顺序是:烤漆、镀镍、镀铬。这里推荐烤漆是最好的防护,和浆料近距离接触的部件可以使用镜面级不锈钢板来做表面的防护,另外还要做好除去金属磁性物的措施,例如浆料和烘箱及基材的除磁处理。 2) 部分设备及参数的选择 (1)涂布方法:目前主要是使用狭缝模头涂布方法。 (2)涂布模头的选择 ①由于电池浆料是非牛顿流体,所以首先需要对浆料做流变参数测试,通常使用专用的流变仪来完成,根据流变参数计算和仿真结果来设计模头的流道形状保证涂布的精度。 ②推荐模头安装角度为向上25°仰角安装,这样可以在清洗模头后使用时快速将管道及模腔内空气排出,不能使用模头回流管道替代排气功能;涂布机如图13所示。
图13 涂布机示意图
(3)上料泵的选择 通常是使用计量精度高的螺杆泵,根据流量的大小来选择泵的规格和型号,为了提高泵送精度推荐使用双泵结构,这样脉动小且精度高。 (4)烘箱的选择 ①烘箱总长度及单节烘箱长度 通常先确定烘箱单节长度,推荐烘箱单节长度不要低于4m,干燥速度越快单节长度就越长,但是要考虑运输和装配的科学性,推荐单节烘箱长度最大不要超过5m,烘箱总长度的确认是要根据使用方的干燥工艺和涂布速度等一系列的参数经过验证后来确认,通常是使用方给出这个指标,设备制造厂家来满足工艺参数。 ②烘箱干燥的温度范围。推荐温度为室温至140℃之间,如果工艺有特殊要求可以定制,一般最高温度不超过160℃。 ③烘箱的干燥风速范围。推荐使用5~20m/s,全部喷嘴精度在±20%以内。 (5)基材在烘箱中的传输方式 ①铜箔/铝箔基材的厚度大于6~10μm时,推荐使用主动导辊和悬浮烘箱相结合方式。 ②铜箔/铝箔基材的厚度小于6~10μm时,由于抗拉强度的下降推荐使用主动导辊。 (6)干燥加热方式的选择 ①如果是NMP作为溶剂,优先选择饱和蒸汽作为热源,其次是热油,不推荐电加热,如果使用电加热建议全补全排方式。 ②如果是水做溶剂,以上三种都可以,推荐不分先后。 (7)收卷直径的选择:由于放卷直径是根据来料的直径来匹配的,所以这里不做详细说明,但是收卷直径的选择还是有技巧的,推荐根据分切或模切电池单个极片长度累计对应小卷的长度来决定大卷长度再换算成卷径计算公式如下:
式中,D为卷料直径;D0为底筒直径;T为极片厚度;L为极片长度。 这样才能增加材料的利用率,减少浪费,降低成本,由于自动化程度的提高,根据公式可以看出增加底筒直径可以更好地增加整卷极片长度,同时也能减小底部极片压力,提高收卷质量。
(8)控制系统的选择:通常涂布机是采用PLC作为控制系统的主要器件,推荐使用有工业以太网总线控制为主的器件,数字控制为主,这样为今后的智能制造打下坚实的基础。
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