四輥鋰帶壓延機構的制作方法

本實用新型涉及一種四輥鋰帶壓延機構，尤其是一種用于鋰離子電池負極片預補充金屬鋰的四輥鋰帶壓延機構，屬于動力鋰電池自動化設備技術領域。

背景技術：

鋰離子電池在首次充電過程中不僅會因為形成固體電解質膜（SEI膜）而消耗一部分來自正極材料中的鋰離子，而且還因為一部分鋰離子在負極材料中的不可逆脫出，使得鋰離子電池的首次庫倫效率不能達到100%，例如石墨材料的首次庫倫效率在90%左右，而其他的負極材料如硅負極材料，雖然比容量較高，但其首次庫倫效率僅在65%-85%之間。因此，在鋰離子電池生產過程中，預先在負極片表面覆上一定量的金屬鋰以避免正極材料的損耗，就能夠大幅度提高鋰離子電池的能量密度。

現有技術條件下，制備連續的薄鋰帶是很難實現的，同時金屬鋰的機械性能差，薄鋰帶很難在極片表面吸附。現有技術常采用蒸鍍和壓貼等方法進行補鋰。

蒸鍍補鋰法或電極吸附補鋰法的生產效率低，難以滿足大規模生產的要求；同時蒸鍍和電極吸附對控制精度要求較高，且金屬鋰浪費嚴重。

壓貼法常采用擠壓式金屬鋰供應（如專利申請CN201310461257.2）進行極片補鋰。補鋰過程將金屬鋰絲擠壓到極片上表面，再經過冷壓將鋰離子壓貼到極片表面，實現補鋰功能。該方法不能很好的控制補鋰的厚度，補鋰效果差。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種四輥鋰帶壓延機構，采用鋰帶壓延的方法，將鋰離子轉移到薄膜表面，從而獲得連續、均勻且定量的超薄鋰薄膜，為后續極片補鋰覆膜工序做準備。

按照本實用新型提供的技術方案，所述四輥鋰帶壓延機構，其特征是：包括輥面之間間隙能夠調整的動壓輥和壓輥，在動壓輥和壓輥的外側分別設置動壓輔輥和輔助壓輥，動壓輔輥與動壓輥的輥面貼緊，輔助壓輥與壓輥的輥面貼緊；所述動壓輥和動壓輔輥的兩軸端分別轉動安裝在動壓輥座上，壓輥和輔助壓輥的兩軸端分別轉動安裝在壓輥座上，動壓輥和壓輥的軸端分別連接動力源，動力源驅動動壓輥和壓輥轉動；所述壓輥座固定安裝在安裝底板上，動壓輥座滑動設置在安裝底板上；

在所述動壓輥和壓輥中加工有油路通道，油路通道的兩端分別連接油輸入管道和油輸出管道。

進一步的，在所述動壓輥和壓輥的一端或兩端安裝間隙微調組件，間隙微調組件包括固定于安裝底板上的豎直滾針板和固定于動壓輥座上的斜向滾針板，豎直滾針板和斜向滾針板相對設置，間隙微調塊滑動設置于斜向滾針板和豎直滾針板之間，間隙微調塊與間隙微調驅動的動力輸出端連接。

進一步的，在所述安裝底板上安裝壓延推力機構，壓延推力機構包括增壓機構，增壓機構通過增壓傳送機構將壓力傳送至動壓輥座。

進一步的，所述間隙微調驅動包括間隙微調伺服，間隙微調伺服的輸出端連接絲桿，絲桿的兩端分別旋轉于絲桿支座支持側和絲桿支座固定側，絲桿上螺接螺帽支座，螺帽支座與間隙微調塊固定，間隙微調塊中設置滑動配合的導桿，導桿的兩端分別與絲桿支座支持側和絲桿支座固定側固連。

進一步的，在所述動壓輥和壓輥的兩端分別設置間隙檢測傳感器。

進一步的，在所述安裝底板上安裝清潔系統，清潔系統包括清潔刮刀和鋰回收板，清潔刮刀的刀刃與動壓輥和壓輥的輥面接觸，鋰回收板位于清潔刮刀下方。

進一步的，在所述安裝底板上安裝粘鋰檢測傳感器。

進一步的，所述動壓輥和壓輥中的油路通道為多個，沿軸向分布于輥體上靠近輥面處。

進一步的，所述動壓輔輥的直徑大于動壓輥的直徑，輔助壓輥的直徑大于壓輥的直徑。

進一步的，所述間隙微調塊與豎直滾針板接觸的一側為豎直狀，與斜向滾針板接觸的一側呈與斜向滾針板斜度一致的斜向。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

（1）本實用新型采用對金屬鋰帶進行壓延的方式，將鋰轉移到粗糙薄膜表面，定量獲得連續且均勻的超薄鋰薄膜。

（2）本實用新型采用四輥壓延鋰帶，其中壓延對輥分別配一個直徑較大的輔助輥，限制壓延對輥的軸跳動，使壓延對輥的變形減小。

（3）本實用新型所述壓延機構具有恒溫控制系統，通過溫控油循環通過壓延對準中的油路，將壓延鋰產生的熱量帶走，保證壓延對輥輥面的溫度恒定，防止升溫變形。

（4）本實用新型所述壓延機構具有壓延對輥間隙微調機構，實現轉移鋰膜的定量控制。

（5）本實用新型所述壓延機構集成有清潔系統和粘鋰檢測系統。

附圖說明

圖1為本實用新型所述四輥鋰帶壓延機構的主視圖。

圖2為本實用新型所述四輥鋰帶壓延機構的右視圖。

圖3為本實用新型所述四輥鋰帶壓延機構的內部視圖。

圖4為所述壓延對輥的剖視圖。

圖5為本實用新型所述四輥鋰帶壓延機構的鋰帶壓延示意圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1～圖5所示：所述四輥鋰帶壓延機構包括動壓輔輥1、左動壓輥座2、動壓輥3、壓輥4、左壓輥座5、輔助壓輥6、右壓輥座7、壓輥驅動單元8、動壓輥驅動單元9、右動壓輥座10、絲桿支座支持側11、絲桿12、導桿13、間隙微調伺服14、動壓輥座連接板15、安裝底板16、增壓機構17、增壓機構固定座18、壓力傳送機構19、動壓輥驅動齒輪20、壓輥驅動齒輪21、壓輥從動齒輪22、間隙檢測傳感器23、動壓輥從動齒輪24、絲桿支座固定側25、間隙微調塊26、聯軸器27、螺帽支座28、上支架29、間隙微調線軌30、間隙微調滑塊31、斜向滾針板32、豎直滾針板33、鋰回收板34、扭簧35、清潔刮刀36、粘鋰傳感器支架37、粘鋰檢測傳感器38、密封蓋39、O型密封圈40、光面薄膜41、鋰帶42、粗面薄膜43、豎直滾針板座44、斜向滾針板座45、清潔轉軸46、軸向孔47。

本實用新型所述四輥鋰帶壓延機構的功能是獲得連續均勻的涂有超薄鋰的薄膜，主要包括壓延對輥一套、間隙微調組件兩套、壓延推力組件兩套、清潔系統兩套、粘鋰檢測系統一套、以及溫控系統一套。

所述壓延對輥包括動壓輔輥1、動壓輥3、壓輥4和輔助壓輥6，動壓輔輥1和動壓輥3的兩端分別通過軸承轉動安裝在左動壓輥座2和右動壓輥座10上，動壓輔輥1和動壓輥3的輥面緊貼，壓輥4和輔助壓輥6的兩端分別通過軸承轉動安裝在左壓輥座5和右壓輥座7上，壓輥4和輔助壓輥6的輥面貼緊；所述左壓輥座5和右壓輥座7固定安裝在安裝底板16和上支架29之間，在所述上安裝底板16和上支架29相對的內側設置間隙微調線軌30，左動壓輥座2和右動壓輥座10的兩側分別設置間隙微調滑塊31，間隙微調滑塊31與安裝底板16和上支架29上的間隙微調線軌30滑動配合。在所述壓輥4的軸端固定安裝壓輥從動齒輪22，壓輥驅動單元8固定安裝于安裝底板16上的電機架上，在壓輥驅動單元8的輸出軸上安裝壓輥驅動齒輪21，壓輥驅動齒輪21與壓輥從動齒輪22嚙合；在所述動壓輥3的軸端固定安裝動壓輥從動齒輪24，動壓輥驅動單元9固定安裝于右動壓輥座10上的電機架上，在動壓輥驅動單元9的輸出軸上固定安裝動壓輥驅動齒輪20，動壓輥驅動齒輪20與動壓輥從動齒輪24嚙合。

所述壓輥驅動單元8帶動壓輥驅動齒輪21轉動，驅動與動壓輥驅動齒輪21相嚙合的壓輥從動齒輪22轉動，從而帶動壓輥4轉動。安裝在右動壓輥座10上的動壓輥驅動單元9帶動動壓輥驅動齒輪20轉動，驅動與動壓輥驅動齒輪20相嚙合的動壓輥從動齒輪24轉動，從而帶動動壓輥3轉動。

如圖4所示，所述動壓輥3和壓輥4中加工有油路通道，在動壓輥3和壓輥4的輥體上靠近輥面處沿軸向均勻分布若干軸向孔47；所述動壓輥3和壓軸4的輥體兩端部分別設置密封蓋39，密封蓋39和輥體之間設置O型密封圈40。工作時，具有設定溫度的油由輸入口進入軸向孔47，從輸出口輸出，油循環通過油路通道，將動壓輥3和壓輥4滾壓鋰帶產生的熱量帶走，保證輥面溫度恒定。

為保證間隙微調時，左動壓輥座2和右動壓輥座10平衡移動，本實用新型所述四輥鋰帶壓延機構采用兩套間隙微調組件，同時左動壓輥座2和右動壓輥座10固連于動壓輥座連接板15。

所述間隙微調組件包括固定于安裝底板16的豎直滾針板座44、與動壓輥座連接板15固連的斜向滾針板座45、斜向滾針板32、豎直滾針板33、固定于豎直滾針板座44上下兩側的絲桿支座支持側11和絲桿支座組件固定側25、絲桿12、與絲桿12螺接的螺帽支座28、間隙微調塊26、滑動于間隙微調塊26的導桿13和間隙微調伺服14；其中，絲桿12的兩端分別旋轉于絲桿支座支持側11和絲桿支座固定側25，絲桿12一端與安裝于絲桿支座固定側25下方支架的間隙微調伺服14通過聯軸器27連接；所述豎直滾針板33固定于豎直滾針板座44，斜向滾針板32固定于斜向滾針板座45，豎直滾針板33和斜向滾針板32相對設置；固定于螺帽支座28的間隙微調塊26夾于豎直滾針板33和斜向滾針板32之間，間隙微調塊26與斜向滾針板32相接觸的面與斜向滾針板32具有相同的斜向；滑動于間隙微調塊26的導桿13的兩端分別與絲桿支座支持側11和絲桿支座固定側25固連，對間隙微調塊26在豎直滾針板33和斜向滾針板32之間的滑動起導向作用。

所述壓延推力組件與間隙微調組件配合使用，壓延推力組件包括增壓機構17、增壓機構固定座18和壓力傳送機構19；其中，增壓機構固定座18固定于安裝底板16，增壓機構17固定安裝于增壓機構固定座18的外側，增壓機構17輸出軸與壓力傳送機構19連接。所述增壓機構17采用多行程的氣液增壓缸，增壓機構17通過壓力傳送機構19以大于5噸的壓力抵于動壓輥連接板15；當需要對壓輥4和動壓輥3之間的間隙進行微調時，上位機控制間隙微調伺服14動作，驅動絲桿12轉動，螺接于絲桿12的螺帽支座28帶動與其固連的間隙微調塊26沿導桿13作相應移動，從而驅動與斜向滾針板座45固連的動壓輥座連接板15帶動左動壓輥座2和右動壓輥座10沿間隙微調線軌30移動，實現調整壓輥4和動壓輥3之間的間隙。

間隙微調的大小由間隙檢測傳感器23實時檢測，間隙檢測傳感器23為兩組，每組兩個。兩組間隙檢測傳感器23分別位于動壓輥3和壓輥4之間的間隙兩端，每組中的兩個測間隙檢測傳感器23一個發射信號，一個接收信號，分別安裝于上支架29和安裝底板16。

所述清潔系統為兩套，分別用于動壓輥3和壓輥4輥面的金屬鋰殘留清潔。以動壓輥3為例，所述清潔系統包括清潔刮刀36和鋰回收板34，清潔刮刀36固定于清潔轉軸46，繞在清潔轉軸46上的扭簧35將清潔刮刀36抵于動壓輥3的輥面。鋰回收板34固定安裝于固定支架上；鋰回收板34為具有斜向折角的金屬板，位于清潔刮刀36的下方，收集從壓延輥輥面刮下的金屬鋰殘留。

所述粘鋰檢測系統由一組粘鋰檢測傳感器38組成，用于檢測動壓輥3和壓輥4壓延鋰帶后輥面是否粘鋰。粘鋰檢測傳感器38固定安裝在固定于安裝底板16的粘鋰傳感器支架37上，斜對于動壓輥3和壓輥4的輥面。

本實用新型的具體實施流程：

1、為獲得所需厚度的鋰薄膜，預先對動壓輥3和壓輥4之間的間隙進行調整。將間隙檢測傳感器23調整到設置位置。上位機控制間隙微調伺服14動作，驅動絲桿12轉動，螺接于絲桿12的螺帽支座28帶動與其固連的間隙微調塊26沿導桿13作相應移動，從而驅動與斜向滾針板座45固連的動壓輥座連接板15帶動左動壓輥座2和右動壓輥座10沿間隙微調線軌30移動，實現調整壓輥4和動壓輥3之間的間隙。增壓機構17通過壓力傳送機構19，以大于5噸的壓力抵于動壓輥連接板15。

2、光面薄膜41和粗面薄膜43分別繞過動壓輥3和壓輥4；具有一定厚度的鋰帶42穿過光面薄膜41和粗面薄膜43之間。壓輥驅動單元8和動壓輥驅動單元9同時動作，壓輥驅動單元8與壓輥驅動齒輪21同步轉動，驅動與壓輥驅動齒輪21嚙合的壓輥從動齒輪22轉動，從而帶動壓輥4轉動；動壓輥驅動單元9與動壓輥驅動齒輪20同步轉動，驅動與動壓輥驅動齒輪20嚙合的動壓輥從動齒輪24轉動，從而帶動動壓輥3轉動；動壓輥3和壓輥4同時轉動，對鋰帶42進行壓延，將金屬鋰連續、均勻地定量轉移到粗面薄膜43上，從而在粗面薄膜43上獲得超薄鋰薄膜。

3、動壓輥3和壓輥4壓延鋰帶42的過程中，溫控油分別循環通過動壓輥3和壓輥4中的油路通道，保證動壓輥3和壓輥4輥面的溫度均勻。

4、動壓輥3和壓輥4壓延鋰帶42的過程中，相應的壓輥清潔刮刀36刮除動壓輥3和壓輥4輥面的鋰殘留，壓輥清潔刮刀36下方的鋰回收板34收集鋰殘留。粘鋰檢測傳感器38分組檢測動壓輥3和壓輥4輥面的鋰殘留，如果鋰殘留超標，上位機報警，人工清理鋰殘留。

本實用新型采用鋰帶壓延的方法，將鋰離子轉移到薄膜表面，從而獲得連續、均勻且定量的超薄鋰薄膜，為后續極片補鋰覆膜工序做準備。本實用新型針對寬度較大的極片補鋰進行鋰帶壓延，如直接采用兩輥壓延，所需壓輥的長度較長，對鋰帶進行滾壓時，壓輥變形嚴重。為克服壓輥變形的影響，本實用新型采用四輥壓延鋰帶，其中壓延對輥分別配一個直徑較大的輔助輥，限制壓延對輥的軸跳動，使壓延對輥的變形減小。