CN114733663B - 一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测装置及方法，其中监测装置包括料筒、供料泵、流量计、喷涂机构、测速机构、PLC控制***及显示屏，所述料筒内浆料通过供料泵和流量计输送至喷涂机构，喷涂机构用于将浆料处理成细小的雾状，并甩出至隔膜上，测速机构用于检测喷涂机构的转盘转速，并且测速机构将检测的数据传输给PLC控制***，PLC控制***用于监测供料流量数值和喷涂机构的转盘转速数值并进行记录和分析，显示屏显示监测的各项数据。本发明通实现了高精度控制，确保了浆料的稳定供应和输送；同时，通过对喷涂机构在线检测，实现对膜面涂层克重数据变化情况的实时监测，减少了人工检测的繁琐操作，节省了大量生产成本。

Description

一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测装置及方法
技术领域
本发明涉及锂电池隔膜生产监测领域，具体涉及一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测装置及方法。
背景技术
锂离子电池作为信息化、动力和储能等应用的新能源材料而越来越重要，对其性能要求也越来越高。在所有的电池中，隔膜都起着关键的作用。隔膜是置于正负极之间的一种多孔薄膜，离子可以自由通过，同时又能防止正负极短路，并且同时允许离子的快速转移，因为这些离子正是电化学电池实现电流通路所必须的。隔膜是良好的电子绝缘体，具有通过固定离子导体或电解质浸透传导离子的能力。隔膜应该尽量减少离子传递对电池电化学体系能量效率的不利影响。传统的制造卷绕电池的方法是将两层隔膜与正负极卷绕在一起，最后形成隔膜-负极/隔膜-正极的结构。它们被尽可能地紧密卷绕在一起，以保证良好的表面接触，而不同电池对隔膜的单位面积克重都有严格的参数要求。
锂电池隔膜喷涂涂覆生产的一般的工艺流程包括：放卷出料-烘干预热-喷涂涂布-干燥烘干-收卷出货。对于膜面性能检测领域，涂覆膜涂层克重、横向克重一致性以及喷涂均匀性等参数监测是判断所生产隔膜是否达标的重要环节。但是，由于喷涂机工作时内部转盘的高速旋转，极易造成因转盘机械故障而引起的转盘旋转不灵活，甚至卡滞卡死等问题，直接的表现为转盘转速异常、喷涂膜面大液滴和喷涂不均等异常现象，最终反应在涂覆膜面性能上表现为涂层克重数据波动较大、横向涂层克重数据不一致等问题。
而且目前，主要采用人工随机取样的方法检测已整卷收取的隔膜相关参数，仅对整卷隔膜的卷首和卷尾位置进行检测，不能对整卷隔膜进行监测，缺少对隔膜的整体生产质量的有效监控。另外，不同检测人员的检测手法不同，容易出现因检测手法不同而引起的测量精度偏差的情形，不能满足对生产质量有效全面把控。
综上，锂电池隔膜生产中，膜面性能主要采用人工随机取样的方法检测已整卷收取的隔膜相关参数，取样位置仅限于整卷隔膜的卷头和卷尾，不能对整卷隔膜进行分析，缺少对隔膜的整体生产质量的有效监控。同时，转盘高速旋转会导致故障频发，出现转盘旋转不灵活，甚至转盘卡滞卡死等问题，但人工取样的检测方式限值了检测效率，检测人员无法第一时间发现并处理问题，会导致大量存在工艺性能隐患的涂覆膜生产出来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测装置及方法，实现在喷涂膜生产过程中，对膜面横向涂层克重数据进行监控，同时，能使得涂布产品的喷涂更为均匀，保证产品的喷涂质量，有效减少不合格涂布产品的产生，降低了生产成本。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测装置，其包括料筒、供料泵、流量计、喷涂机构、测速机构、PLC控制***及显示屏，所述料筒用于储存浆料，料筒内浆料通过供料泵和流量计输送至喷涂机构，所述喷涂机构用于将浆料处理成细小的雾状，并甩出至隔膜上，所述测速机构用于检测喷涂机构的转盘转速，并且测速机构将检测的数据传输给PLC控制***，所述PLC控制***用于监测供料流量数值和喷涂机构的转盘转速数值并进行记录和分析，所述显示屏用于显示监测的各项数据，所述数据包括供料流量、转盘转速、涂层克重。
作为本方案的进一步优选，所述供料泵根据流量计检测数值调节驱动转速，供料泵的调节范围为200～3000ml/min。
作为本方案的进一步优选，所述流量计的流量检测数值在所述显示屏上显示，流量计测量精度范围在-0.5％～﹢0.5％。
作为本方案的进一步优选，所述喷涂机构内包含多个喷涂转盘、皮带、转盘电机，所述转盘电机通过所述皮带同步驱动所述的多个喷涂转盘旋转，所述转盘规格一致，转盘沿着与膜面走带方向垂直的方向布局设置，并且每个转盘喷涂头到膜面的垂直距离相等，通过所述PLC控制***调节所述转盘电机转速，喷涂转盘转速调节范围为：3000～10000rpm，喷涂转盘的数量范围为：2～20。
作为本方案的更进一步优选，所述喷涂转盘为非金属材质，在喷涂转盘表面部分区域安装固定有金属片。
作为本方案的更进一步优选，所述测速机构设置有金属接近开关传感器，该金属接近开关传感器设置于转盘上方，在喷涂转盘旋转过程中，当所述金属接近开关传感器检测到转盘金属片时，传输信号至PLC控制***；当金属接近开关传感器未检测到转盘金属片，没有信号输出，PLC控制***通过对金属接近开关传感器的检测数据进行分析，显示出所述转盘转速数值。
作为本方案的更进一步优选，所述金属接近开关传感器的前端探头与所述转盘金属片的检测距离范围为：2～5mm。当所述垂直距离＜2mm，生产中转盘高速旋转会产生轻微摆动，易造成所述转盘碰撞并损伤所述金属接近开关传感器，当所述垂直距离＞5mm，将超出所述金属接近开关传感器的检测距离范围，造成无法检测到转速信号的问题出现。
另一方面，本发明还提供了一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：浆料送入储料机构进行储存，经过流量检测后送出；
步骤二：送出的浆料导入喷涂机构，设定喷涂转盘转速，采用转盘高速旋转喷涂的方式，将浆料涂覆至隔膜上；
步骤三：测试阶段：保持浆料供应流量稳定，分多次对喷涂转盘设置不同的转速数值，采用人工检测的方式对多次的膜面涂层克重数据进行检测并记录，将不同的转盘转速所对应的涂层克重检测数据录入PLC控制***；
步骤四：喷涂生产阶段：保持浆料供应流量稳定，利用测速机构对喷涂转盘进行转速数据检测，且检测信号送入PLC控制***，然后根据PLC控制***中不同转盘转速所对应不同的涂层克重数据的对应关系，显示当前转盘转速所对应的涂层克重数据，从而实现在喷涂涂覆生产过程中对涂层克重数据变化的监测。
作为本方案的进一步优选，所述步骤一中，通过流量计检测流量的数值，并根据流量数值调节供料装置转速。
作为本方案的进一步优选，所述步骤二中，喷涂机构内部设置若干喷涂转盘，所述喷涂转盘规格一致，转盘沿着与膜面走带方向垂直的方向布局设置，并且每个转盘喷涂头到膜面的垂直距离相等，转速可调，进入所述喷涂转盘的浆料流量相同。
本发明的有益效果是：
本发明通过PLC控制***实现对供料泵驱动转速的高精度控制，确保了浆料的稳定供应以及高质量输送。同时，通过对喷涂机构在线检测，可实现对膜面涂层克重数据变化情况的实时监测，可以准确判断并显示出现涂层克重数据变化异常的转盘具***置，真正做到第一时间发现问题，第一时间维修力量介入，避免了由于故障检测不及时所带来的资源浪费，造成废品膜的大量产出。另外，相对于隔膜走线方向，若干转盘呈横向位置排布，通过数据对比分析，可实现对横向膜面克重数据一致性的实时监测，提高了对膜面性能稳定性的有效把控，同时，减少了人工检测的繁琐操作，提高了检测精度，避免了由于检测人员操作手法不同所带来的测量误差，降低了人员劳动强度，实现对涂覆膜整体生产质量的有效监控，节省了大量生产成本，提高了企业综合竞争力。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明锂离子电池隔膜喷涂涂覆工艺的生产流程框图；
图2是本发明锂离子电池喷涂涂覆膜生产中涂层克重监测方法的流程示意图；
图3是本发明锂离子电池喷涂涂覆膜生产中涂层克重监测装置的结构示意图；
图4是本发明锂离子电池喷涂涂覆膜生产中喷涂机构和测速机构设备结构示意图；
图中标号为：1-料筒；2-供料泵；3-流量计；4-喷涂机构；5-测速机构；6-显示屏；4-1喷涂转盘；4-2皮带；4-3转盘电机；4-4转盘金属片；5-1金属接近开关传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，锂电池隔膜喷涂涂覆生产的一般的工艺流程包括：放卷出料-烘干预热-喷涂涂布-干燥烘干-收卷出货。
如图2所示，本发明提供一种锂离子电池喷涂涂覆膜生产中涂层克重监测方法，该方法执行过程如下：
步骤一，将浆料送入储料机构进行储存，经过流量检测后送出；
步骤二，将送出的浆料导入喷涂机构，设定喷涂转盘转速，采用转盘高速旋转喷涂的方式，将浆料涂覆至隔膜上；
步骤三，测试阶段：保持浆料供应流量稳定，分多次对喷涂转盘设置不同的转速数值，采用人工检测的方式对多次的膜面涂层克重数据进行检测并记录，将不同的转盘转速所对应的涂层克重检测数据录入PLC控制***；
步骤四，喷涂生产阶段：保持浆料供应流量稳定，利用测速机构对喷涂转盘进行转速数据检测，检测信号送入PLC***，根据PLC中不同转盘转速所对应不同的涂层克重数据的对应关系，显示当前转盘转速所对应的涂层克重数据，从而实现在喷涂涂覆生产过程中对涂层克重数据变化的监测；
本发明的步骤一中，送出浆料流量数值可读出，根据流量数值可控制供料装置转速。
本发明的步骤二中，喷涂机构内部设置若干转盘，所述转盘规格一致，进入所述转盘的浆料流量相同。
本发明的步骤二中，所述喷涂转盘可以驱动旋转，并且转速可调。
本发明的步骤三中，所述测速机构可分别对所述喷涂机构若干转盘进行转速检测并记录显示。
本发明的步骤四中，根据对所述若干转盘转速对应显示的涂层克重数据的对比分析，可实现对膜面横向涂层克重数据一致性的监测。
优选地，所述浆料成分、固含量等参数稳定。
如图3所示，本发明还提供一种锂离子电池喷涂涂覆膜生产中涂层克重监测装置，其包括料筒1、供料泵2、流量计3、喷涂机构4、测速机构5、显示屏6，所述料筒1设置进料口和出料口，所述进料口位于料筒1顶部，所述出料口位于料筒1底部，浆料通过所述进料口送入所述料筒1进行储存，通过所述料筒1底部的出料口排出，所述浆料依次通过供料泵2、流量计3以及喷涂机构4，浆料通过所述喷涂机构4甩出至隔膜上面，湿膜经过烘干和收卷处理后生产出涂覆膜成品；同时所述测速机构用于检测喷涂机构的转盘转速，并且测速机构将检测的数据传输给PLC控制***，PLC控制***用于监测供料流量数值和喷涂机构的转盘转速数值并进行记录和分析，所述显示屏用于显示监测的各项数据。
优选地，所述供料泵2可以根据所述流量计3检测数值调节转速，所述供料泵2调节范围：200～3000ml/min，实现稳定供料。
优选地，所述流量计3检测数值可以在所述显示屏6上显示，流量计测量精度范围在-0.5％～﹢0.5％，可以实现流量波动可控，高精度稳定供料。
优选地，所述喷涂机构4包括若干喷涂转盘4-1、皮带4-2、转盘电机4-3，转盘金属片4-4，所述转盘电机4-3通过所述皮带4-2驱动所述转盘4-1同步旋转，所述若干转盘4-1转速一致，通过所述PLC***可以调节所述转盘电机4-3转速，所述喷涂转盘4-1转速调节范围为：3000～15000rpm，可以实现转盘4-1旋转速度的控制；通常料筒内浆料透过精密流量控制后加压输送至喷涂转盘内，然后利用转盘的高速旋转，利用转盘内部的特殊构造，切割、撞击浆料成细小的雾状；关于喷涂转盘的构造属于现有技术，采用的也是现有的转盘，故此处不再赘述。
优选地，所述转盘4-1为非金属材质，在所述转盘4-1表面部分区域安装固定有转盘金属片4-4，所述转盘表面的其他区域为非金属材质；
优选地，所述测速机构5设置有金属接近开关传感器5-1，转盘4-1旋转过程中，当所述金属接近开关传感器5-1检测到转盘金属片4-4时，可以传输信号至PLC控制***；当所述金属接近开关传感器5-1未检测到转盘金属片4-4，没有信号输出，所述金属接近开关传感器5-1与所述转盘金属片4-4的检测距离范围为：2～5mm。
优选地，PLC控制***通过检测所述金属接近开关传感器5-1的信号输出，根据数据分析，可以显示出所述转盘转速数值。
优选地，所述测速机构5设置多组金属接近开关传感器5-1，可实现对若干转盘4-1的转速检测并记录显示。
优选地，所述转盘4-1规格参数一致，送入所述若干转盘4-1的浆料流量相同，所述转盘4-1高速旋转喷涂效果相同，可以实现在单位时间、单位面积的情况下，甩出浆料的质量相同，膜面喷涂均匀、稳定。
通过在测试阶段，在保持浆料供应流量稳定前提下，分多次对喷涂转盘4-1设置不同的转速数值，采用人工检测的方式对多次的膜面涂层克重数据进行检测并记录，将不同的转盘转速所对应的涂层克重检测数据录入PLC控制***；
在喷涂涂覆正常生产阶段，在保持浆料供应流量稳定的前提下，利用测速机构5对喷涂转盘4-1进行转速数据检测，检测信号送入PLC控制***，根据PLC中不同转盘转速所对应不同的涂层克重数据的对应关系，显示当前转盘转速所对应的涂层克重数据，从而实现在喷涂涂覆生产过程中对涂层克重数据变化的监测。同时，通过观察横向位置排布的若干转盘4-1所显示的涂层克重数据变化情况，对比分析，最终实现对横向膜面涂层克重一致性的监测。
下面通过几个具体实施例对本发明的锂离子电池喷涂涂覆膜生产中涂覆层克重监测方法及装置做进一步说明。
xx锂膜公司喷涂涂布机装置工况运行情况：涂布机生产车速50m/min，喷涂转盘设定转速6000rpm，膜卷长度2000m/卷，计算得知，完成1卷喷涂涂覆的生产时间约是2000/50＝40分钟，设定开始的时间点为0min，完成一卷隔膜喷涂涂覆生产的时间点为40min，按照时间间隔，每10min做一次膜面性能监测并数据记录，以下实施例与对比例均选取厚度为5μm的湿法同步双拉聚乙烯隔膜作为基材隔膜，选用的喷涂涂层浆料的固含量范围在8％～15％。
实施例一：供料机构的供料泵可根据流量计数值进行反馈控制，高精度驱动，设定喷涂浆料供料流量1200ml/min；测速机构可对转盘转速进行检测并输出显示。
实施例二：供料机构的供料泵可根据流量计数值进行反馈控制，高精度驱动，设定喷涂浆料供料流量1500ml/min；测速机构可对转盘转速进行检测并输出显示。
为了更好的说明本发明所实现的技术效果，本发明通过若干对比例的实施来对比说明本发明所取得的显著进步。
对比例一：供料机构的供料泵可根据流量计数值进行反馈控制，高精度驱动，设定喷涂浆料供料流量1200ml/min；测速机构可对转盘转速进行检测并输出显示，喷涂涂覆开始后10min时，测速机构检测到转盘转速异常，设备即刻报警停机，维修人员展开修理，修复后涂布机喷涂生产继续进行。
对比例二：供料机构的供料泵可根据流量计数值进行反馈控制，高精度驱动，设定喷涂浆料供料流量1200ml/min；设备未配置转盘测速机构，喷涂涂覆生产10min后，转盘出现机械卡滞，转速出现异常，操作人员未能及时发现，一直到最后膜卷尾检时，才检测出膜面性能异常。
结合检测人员对膜面性能的人工检测数据，以及监测机构的显示屏数据，对以上本发明的实施例和对比例检测出的转子转速、涂层克重等数据进行对比，数据见下表。
表1：
Figure BDA0003551484220000071
从表1可以看出，实施例一、实施例二在供料流量稳定，并且可以对转盘实施转速监控的情况下，转盘转速稳定(转速波动＜0.1％)，通过设置不同的流量数值，可以喷涂生产不同涂层克重的涂覆膜，并且在喷涂生产中，可以监测并保持涂层克重数据波动较小(涂层克重波动数据＜6％)。对比例，转盘故障出现转速异常，涂层数据波动较大，在配置转速监测机构的情况下，可即刻报警停机并进行故障处置，减少了问题膜的继续生产；若未配置转速监测机构，极大的降低了检测效率，转盘出现问题不能及时发现并处理，产生了大量膜面克重数据不符合工艺要求的问题膜，导致膜面性能参数不在可控范围之内，甚至出现整卷涂覆膜报废的恶性事件。
综上所述，在供料流量稳定的前提下，利用测速机构，通过跟踪观察转盘转速变化情况，可以间接的跟踪判断涂层克重数据的变化情况，以实现涂层克重数据变化监测的目的。另外，由于喷涂机构设置若干个转盘，与膜面走带方向呈横向设置布局，通过分析对比若干个转盘转速数据情况，可以实现对膜面横向克重一致性问题进行有效监控。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限值本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：浆料送入储料机构进行储存，经过流量检测后送出；
步骤二：送出的浆料导入喷涂机构，设定喷涂转盘转速，采用转盘高速旋转喷涂的方式，将浆料涂覆至隔膜上；
步骤三：测试阶段：保持浆料供应流量稳定，分多次对喷涂转盘设置不同的转速数值，采用人工检测的方式对多次的膜面涂层克重数据进行检测并记录，将不同的转盘转速所对应的涂层克重检测数据录入PLC控制***；
步骤四：喷涂生产阶段：保持浆料供应流量稳定，利用测速机构对喷涂转盘进行转速数据检测，且检测信号送入PLC控制***，然后根据PLC控制***中不同转盘转速所对应不同的涂层克重数据的对应关系，显示当前转盘转速所对应的涂层克重数据，从而实现在喷涂涂覆生产过程中对涂层克重数据变化的监测；
所述涂层克重监测方法通过涂层克重监测装置实现，所述涂层克重监测装置包括料筒、供料泵、流量计、喷涂机构、测速机构、PLC控制***及显示屏，所述料筒用于储存浆料，料筒内浆料通过供料泵和流量计输送至喷涂机构，所述喷涂机构用于将浆料处理成细小的雾状，并甩出至隔膜上，所述测速机构用于检测喷涂机构的转盘转速，并且测速机构将检测的数据传输给PLC控制***，所述PLC控制***用于监测供料流量数值和喷涂机构的转盘转速数值并进行记录和分析，所述显示屏用于显示监测的各项数据，所述数据包括供料流量、转盘转速、涂层克重。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述步骤一中，通过流量计检测流量的数值，并根据流量数值调节供料装置转速。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述步骤二中，喷涂机构内部设置若干喷涂转盘，所述喷涂转盘规格一致，转盘沿着与膜面走带方向垂直的方向布局设置，并且每个转盘喷涂头到膜面的垂直距离相等，转速可调，进入所述喷涂转盘的浆料流量相同。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述供料泵根据流量计检测数值调节驱动转速，供料泵的调节范围为200~3000ml/min。
5. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述流量计的流量检测数值在所述显示屏上显示，流量计测量精度范围在-0.5%~﹢0.5%。
6. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述喷涂机构内包含多个喷涂转盘、皮带、转盘电机，所述转盘电机通过所述皮带同步驱动所述的多个喷涂转盘旋转，所述转盘规格一致，转盘沿着与膜面走带方向垂直的方向布局设置，并且每个转盘喷涂头到膜面的垂直距离相等，通过所述PLC控制***调节所述转盘电机转速，喷涂转盘转速调节范围为：3000~10000rpm ，喷涂转盘的数量范围为：2~20。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述喷涂转盘为非金属材质，在喷涂转盘表面部分区域安装固定有金属片。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述测速机构设置有若干个金属接近开关传感器，所述金属接近开关传感器的个数与喷涂转盘的个数相同，该金属接近开关传感器设置于每个喷涂转盘上方，在喷涂转盘旋转过程中，当所述金属接近开关传感器检测到转盘金属片时，传输信号至PLC控制***；当金属接近开关传感器未检测到转盘金属片，没有信号输出，PLC控制***通过对金属接近开关传感器的检测数据进行分析，显示出所述喷涂转盘转速数值。
9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池涂覆膜生产中涂层克重监测方法，其特征在于，所述金属接近开关传感器的前端探头与所述转盘金属片的垂直距离范围为：2~5mm。
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