CN115646682B - 用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，包括底板；导轨，其固定安装于底板上；滑台，滑台上设置有用于装载集流体的工装台；喷涂单元，用于对集流体双面进行喷涂；烘干单元，用于对涂覆完成的集流体进行烘干处理；测厚单元，用于测量集流体上导电浆料涂层的厚度；驱动组件，其用于驱动滑台沿导轨水平运动；以及控制器，其与驱动组件、喷涂组件、测厚单元以及烘干单元电性连接。本发明还公开了用于锂离子电池的涂炭箔涂覆方法，可灵活调节喷头的单位时间喷涂量，提高涂覆效率，提升产品质感，保证涂覆效率的同时兼顾涂覆质量。

Description

用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备及方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备及方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度较大、循环性能较好、重量轻等众多优点，已广泛应用于新能源汽车领域。通常锂离子电池的正极片与负极片分别采用为铝箔与铜箔作为集流体，并在集流体上涂覆含有活性正负材料、导电剂、粘结剂等的导电浆料制成涂炭箔，涂炭箔可以降低锂离子电池阻抗，增强涂层粘结强度，提高电池的循环寿命，同时提高集流体的抗氧化能力。

涂炭箔上的涂层厚度对于锂离子电池性能有着至关重要的影响，不同类型的锂离子电池对于涂炭箔涂层厚度的要求也不一样，为了保证涂层厚度的精度，需要对每组集流体进行多次涂覆，目前的涂炭箔涂覆设备对于每次涂覆量的把控仍存在一定缺陷，单次涂覆量基本恒定，这样一来，在涂覆初期存在涂覆效率欠缺，而临近涂层厚度设定值时，很容易导致实际涂层厚度超出设定值而造成产品报废。

发明内容

本发明的目的在于提供用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备及方法，以解决上述背景技术提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，包括：

底板；

导轨，其固定安装于底板上；

滑台，其滑动安装于导轨上，滑台上设置有用于装载集流体的工装台；

喷涂单元，其设置于导轨上方，用于对集流体双面进行喷涂；

烘干单元，其设置于导轨上方，用于对涂覆完成的集流体进行烘干处理；

测厚单元，其设置于喷涂单元和烘干单元之间，用于测量集流体上导电浆料涂层的厚度；

驱动组件，其用于驱动滑台沿导轨水平运动；

控制器，其与驱动组件、喷涂组件、测厚单元以及烘干单元电性连接；用于获取外部所需的输入涂层厚度和测厚单元测得的实际涂层厚度，判断实际涂层厚度是否达到输入涂层厚度；当实际涂层厚度小于输入涂层厚度时，所述控制器控制驱动组件驱使滑台回到初始位并再次判断实际涂层厚度与输入涂层厚度差值是否大于设定值，若是，控制喷涂单元单位时间喷涂量增大并再次喷涂；若否，控制喷涂单元单位时间喷涂量减小并再次喷涂；直至实际涂层厚度达到输入涂层厚度，控制器控制驱动组件驱使工装台进入烘干单元，对集流体表面涂层进行烘干固化。

作为本发明进一步的方案：喷涂单元包括：

储料箱，其通过第一支架固定安装于底板上；

输出泵，其对称安装于储料箱底部两侧；输出泵输出端连接有出料管；

连接管，其连接于出料管远离输出泵的一端；以及

喷涂板，其安装于连接管远离出料管的一端，喷涂板上等距分布有若干喷头。

作为本发明进一步的方案：两侧喷涂板上的喷头均正对集流体的表面，喷涂板上的各喷头整体呈竖直排列，首尾喷头之间的距离大于集流体的宽度。

作为本发明进一步的方案：出料管与连接管的连接处还设置有调节阀，调节阀用于调节导电浆料的流量。

作为本发明进一步的方案：驱动组件包括：

电机，其通过安装板固定安装于导轨一侧；

齿轮，其安装于电机输出轴上；以及

齿条，其设置于滑台上，齿条与齿轮啮合传动。

作为本发明进一步的方案：烘干单元包括烘干箱，所述烘干箱通过第二支架固定于底板上，烘干箱内部设置有加热件，烘干箱底部开设有通道。

作为本发明进一步的方案：所述加热件为电热丝或热风管。

作为本发明进一步的方案：测厚单元包括第三支架和测厚仪，第三支架共有两组且对称分布于导轨两侧，第三支架固定安装于底板上，两侧的第三支架上均安装有测厚仪。

本发明还公开了用于锂离子电池的涂炭箔涂覆方法，其应用于上述的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，包括以下步骤：

步骤一、控制器控制驱动组件驱使滑台正向进给，喷涂组件对集流体的双面进行导电浆料喷涂，测厚单元测量涂层厚度；

步骤二、控制器获取外部所需的输入涂层厚度，再获取测厚单元测得的当前集流体上的实际涂层厚度，判断当前实际涂层厚度是否达到输入涂层厚度；若是，则执行步骤五；若否，则执行步骤三；

步骤三、控制器控制驱动组件驱使滑台反向回到初始位；

步骤四、控制器再次判断实际涂层厚度与输入涂层厚度差值是否大于设定值；若是，控制器控制喷涂单元单位时间内喷涂量增加并再次执行步骤一；若否，控制器控制喷涂单元单位时间内喷涂量减小并再次执行步骤一；

步骤五、控制器控制驱动组件驱使工装台进入烘干单元，对集流体表面涂层进行烘干固化。

本发明的有益效果：

本发明设置喷涂单元以及测厚单元，可以实时比较集流体的实际涂层厚度与输入涂层厚度的差值，从而根据差值的幅度灵活调节喷头的单位时间喷涂量。当差值较大时，通过增加喷头的单位时间喷涂量，减少喷涂次数，提高涂覆效率。当差值较小时，降低喷头的单位时间喷涂量，实现精细喷涂，提升产品质感，同时避免涂层厚度超出设定值导致产品报废。

该用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，能够根据实际的需求，通过比较集流体上的实际涂层厚度与输入厚度，实现重复喷涂作业，并能根据实际涂层厚度与输入厚度的差值大小，灵活调节喷头的单位时间喷涂量，保证涂覆效率的同时兼顾涂覆质量。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的立体视图一；

图2为本发明的立体视图二；

图3为本发明中喷涂单元的立体视图；

图4为本发明中驱动组件的立体视图；

图5为本发明的流程示意图。

图中：1、底板；2、导轨；3、滑台；4、工装台；5、开口；6、集流体；7、储料箱；8、第一支架；9、输出泵；10、出料管；11、调节阀；12、连接管；13、喷涂板；14、喷头；15、烘干箱；16、第二支架；17、通道；18、第三支架；19、测厚仪；20、控制器；21、安装板；22、电机；23、齿轮；24、齿条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1和图2所示，本实施例公开了一种用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，包括底板1、导轨2、滑台3、工装台4、驱动组件、喷涂单元、烘干单元、测厚单元、控制器20和电源等。

在本实施例中，底板1上端面平整，底板1上安装有导轨2，导轨2与底板1之间可以是焊接固定，也可以是螺栓固定，能保证导轨2的稳定牢靠即可。导轨2的轨道呈水平，导轨2内滑动设置滑台3，滑台3可沿导轨2水平运动，为了保证滑台3运动的平稳度，导轨2上开设阶梯槽，滑台3上对应设置卡块，通过卡块与阶梯槽的相互配合，对滑台3的行程进行导向，避免滑台3从导轨2内意外脱出。

在本实施例中，滑台3上设置工装台4，工装台4用于装载集流体6。工装台4的具体结构不做限制，可以是平板型，也可以是框架型，只要能实现装载集流体6并使集流体6的两面裸露在外即可。工装台4顶部设有开口5，工装台4内部设置有容纳集流体6的容纳槽，容纳槽刚好能够装载一枚集流体6，容纳槽两侧贯通。将集流体6从开口5处竖直放入工装台4内的容纳槽中，集流体6的两面均裸露在外部，从而便于对集流体6的双面进行导电浆料的喷涂作业。

在本实施例中，请参阅图1和图3所示，喷涂单元设置在导轨2上方，用于对集流体6的两面进行导电浆料的喷涂。喷涂单元包括储料箱7、输出泵9、出料管10和喷涂板13。储料箱7通过第一支架8固定安装于底板1上，储料箱7位于导轨2上方，且储料箱7最底部的高度高于工装台4最顶部高度，从而使得工装台4可以顺利地从储料箱7下方穿过，储料箱7内储存有导电浆料。储料箱7底部两侧对称安装有输出泵9，输出泵9输出端连接有出料管10，输出泵9可以将储料箱7内的导电浆料抽出并泵入出料管10内。输出泵9的具体类别不做限制，可以是柱塞泵、蠕动泵或者齿轮泵等，只要能实现泵送液体料的功能即可。出料管10远离输出泵9的一端连通有连接管12，连接管12远离出料管10的一端安装有喷涂板13，喷涂板13上等距分布有若干喷头14。通过输出泵9将储料箱7内的导电浆料泵出，导电浆料依次经过出料管10、连接管12和喷涂板13并最终从各喷头14喷出，从而对集流体6的表面进行喷涂。

需要说明的是，两侧喷涂板13上的喷头14均正对集流体6的表面，而且喷涂板13上的各喷头14整体呈竖直排列，首尾喷头14之间的距离大于集流体6的宽度，从而可以保证喷头14喷出的导电浆料可以覆盖集流体6的整个表面，避免存在喷涂死角。

另外，在出料管10与连接管12的连接处还设置有调节阀11，调节阀11用于调节导电浆料的流量，从而控制喷头14单位时间内喷出导电浆料的量，其中喷头14单位时间喷涂量主要根据经验或者集流体6要求涂覆厚度来决定的，当集流体6的涂覆厚度较大时，可以适当增加喷头14单位时间喷涂量，从而可以减少来回喷涂的次数，提高涂覆效率；当对集流体6的涂层精细度要求比较高时，则可以适当降低喷头14单位时间喷涂量，从而通过多次精细喷涂，提升涂层整体的均匀度和质感。

请参阅图4所示，本实施例中的驱动组件用于驱动滑台3沿导轨2水平运动，从而带动工装台4上的集流体6从两侧的喷涂板13之间水平穿过，以使喷头14喷出的导电浆料能够均匀涂覆在集流体6两侧表面上。具体地，驱动组件包括安装板21、电机22、齿轮23和齿条24。电机22通过安装板21固定安装于导轨2一侧，电机22输出轴上安装有齿轮23，齿条24设置于滑台3上，齿轮23与齿条24啮合传动。电机22驱动齿轮23转动，通过齿轮23与齿条24的啮合，从而带动齿条24运动，进而带动滑台3沿导轨2水平运动，实现工装台4上集流体6的水平进给。通过切换电机22的正反转，可以实现滑台3的运动方向，从而可以使集流体6正向进给和反向进给。

在本实施例中，请参阅图1和图2所示，烘干单元同样设置在导轨2上方，位于喷涂单元一侧，用于对涂覆完成的集流体6进行烘干处理，以使集流体6表面的导电浆料迅速固化。烘干单元的具体形式不做限制，可以是电热丝烘干，也可以是热风烘干，只要能提高环境温度以使集流体6表面的导电浆料固化即可。具体地，烘干单元包括烘干箱15和第二支架16，烘干箱15通过第二支架16固定于底板1上，烘干箱15内部设置有加热件，加热件可以是电热丝，也可以是热风管。烘干箱15底部开设有沿导轨2走向一致的贯穿通道17，滑台3带动工装台4运动，直至工装台4从通道17处进入烘干箱15内，加热件工作，即可对集流体6的双面进行烘干处理。

在本实施例中，请参阅图1和图2所示，测厚单元设置于喷涂单元和烘干单元之间，用于检测集流体6上导电浆料涂层的厚度。具体地，测厚单元包括第三支架18和测厚仪19。第三支架18共有两组且对称分布于导轨2两侧，第三支架18固定安装于底板1上。两侧的第三支架18上均安装有测厚仪19，测厚仪19的具体类型不做限制，可以是激光测厚仪，也可以是超声波测厚仪。具体地，本实施例中，测厚仪19的型号为深达威 SW6310A，精度0.001mm。在测量前，需要对测厚仪19进行校零，未涂覆涂层的集流体6经过测厚仪19时，测厚仪19测量并记录初始值，随后集流体6每涂覆一次，都经过测厚仪19进行测量，测量值减去初始值即为集流体6双侧涂层厚度之和。

需要说明的是，两侧的喷头14喷料一致，从而可以保证集流体6双侧涂层厚度始终保持一致，测量值与初始值的差值的一半即为单侧涂层的厚度。

首先驱动组件驱动工装台4匀速通过喷涂单元，喷头14对集流体6双面进行均匀喷涂，随后驱动组件驱动集流体6经过测厚仪19，测厚仪19实时测量集流体6上的涂层厚度，此为一个喷涂周期。

在本实施例中，请参阅图1和图2所示，控制器20安装于底板1上，控制器20与驱动组件、喷涂单元、烘干单元以及测厚单元电性连接。在每一个喷涂周期内，控制器20用于先获取外部所需的一个输入的集流体6涂层厚度，然后再获取测厚仪19测得的当前集流体6上涂层的厚度，最后比较当前涂层厚度与输入厚度。在当前涂层厚度小于输入厚度时，控制器20控制驱动组件中的电机22反转，使滑台3沿导轨2返回到初始位置，随后控制器20控制电机22正转，使滑台3上的工装台4再次匀速经过喷涂单元，同时控制器20控制输出泵9开启，利用喷头14再次对集流体6表面进行喷涂，喷涂完成，控制器20再次获取测厚仪19测得的新的涂层厚度，并再次将该涂层厚度与输入厚度比较；若该涂层厚度仍小于输入厚度，重复上述步骤继续喷涂，直至实际涂层厚度与输入厚度一致时，控制器20控制驱动组件将工装台4送入烘干箱15，控制器20控制加热件开启，对集流体6表面涂层进行固化处理。

另外，控制器20还用于控制调节阀11进行开度调节，从而控制喷头14单位时间内喷涂量，当涂层实际厚度与输入厚度差值较大时，可以适当增加喷头14单位时间喷涂量，从而可以减少来回喷涂的次数，提高涂覆效率；其中对于差值较大的判断，可以根据实际经验设定具体范围，比如输入厚度为10μm时，则差值范围可以设定在2-3μm之间，例如当涂层实际厚度与输入厚度差值大于2μm（也可以是3μm）时，可以增加喷头14的单位时间内喷涂量，具体增加幅度可根据实际经验决定，增幅可与差值成正比，具体比例系数也根据实际经验决定，当差值逐渐缩小时，增幅也逐渐降低，直至差值达到设定差值范围时，增幅刚好为0。当涂层实际厚度与输入厚度差值小于设定的差值范围时，例如当涂层实际厚度与输入厚度差值小于2μm（也可以是3μm）时，则可以适当降低喷头14单位时间喷涂量，具体降低幅度可根据实际经验决定，比如降幅50%，若实际涂层厚度仍小于输入涂层厚度，则在上一个基础上继续降幅50%，依此类推，从而通过多次精细喷涂，提升涂层整体的均匀度和质感，同时避免因喷涂量过大造成实际涂层厚度超出输入厚度而导致产品报废。

需要说明的是，在喷涂单元首次喷涂时，通过控制器20控制调节阀11开度，以保证首次喷涂完成后的实际涂层厚度不会超过输入涂层厚度，从而避免首次喷涂量过大直接导致实际涂层厚度超出输入涂层厚度而造成产品报废。

综上所述，本实施例中用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备具有以下优点：

喷涂单元以及测厚单元的设置，可以实时比较集流体6的实际涂层厚度与输入涂层厚度的差值，从而根据差值的幅度灵活调节喷头14的单位时间喷涂量。当差值较大时，通过增加喷头14的单位时间喷涂量，减少喷涂次数，提高涂覆效率。当差值较小时，降低喷头14的单位时间喷涂量，实现精细喷涂，提升产品质感，同时避免涂层厚度超出设定值导致产品报废。

该用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，能够根据实际的需求，通过比较集流体6上的实际涂层厚度与输入厚度，实现重复喷涂作业，并能根据实际涂层厚度与输入厚度的差值大小，灵活调节喷头14的单位时间喷涂量，保证涂覆效率的同时兼顾涂覆质量。

实施例2

请参阅图5所示，本实施例提供了用于锂离子电池的涂炭箔涂覆方法，其应用于上述实施例1中的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备。具体包括以下步骤：

步骤一、控制器20控制驱动组件驱使滑台3正向进给，喷涂单元对集流体6的双面进行导电浆料喷涂，测厚单元测量涂层厚度；

步骤二、控制器20获取外部所需的一个输入涂层厚度，再获取测厚仪19测得的当前集流体6上涂层的实际厚度，判断当前实际涂层厚度是否达到输入涂层厚度；若是，则执行步骤五；若否，则执行步骤三；

步骤三、控制器20控制驱动组件驱使滑台3反向回到初始位；

步骤四、控制器20再次判断实际涂层厚度与输入涂层厚度差值是否大于设定值；若是，控制器20控制调节阀11开度增大，提升喷头14单位时间内喷涂量并再次执行步骤一；若否，控制器20控制调节阀11开度减小，降低喷头14单位时间内喷涂量并再次执行步骤一；

步骤五、控制器20控制驱动组件驱使工装台4进入烘干单元，对集流体6表面涂层进行烘干固化。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，其特征在于，包括：

底板(1)；

导轨(2)，其固定安装于底板(1)上；

滑台(3)，其滑动安装于导轨(2)上，滑台(3)上设置有用于装载集流体(6)的工装台(4)；

喷涂单元，其用于对集流体(6)双面喷涂导电浆料；

烘干单元，其用于对涂覆完成的集流体(6)进行烘干固化处理；

测厚单元，其设置于喷涂单元和烘干单元之间，用于测量集流体(6)上导电浆料涂层的厚度；

驱动组件，其用于驱动滑台(3)沿导轨(2)水平运动；以及

控制器(20)，其与驱动组件、喷涂组件、测厚单元以及烘干单元电性连接；用于获取外部所需的输入涂层厚度和测厚单元测得的实际涂层厚度，判断实际涂层厚度是否达到输入涂层厚度；当实际涂层厚度小于输入涂层厚度时，所述控制器(20)控制驱动组件驱使滑台(3)回到初始位置并再次判断实际涂层厚度与输入涂层厚度差值是否大于设定值，若是，控制喷涂单元单位时间喷涂量增大并再次喷涂；若否，控制喷涂单元单位时间喷涂量减小并再次喷涂；直至实际涂层厚度达到输入涂层厚度，控制器(20)控制驱动组件驱使工装台(4)进入烘干单元，对集流体(6)表面涂层进行烘干固化；

喷涂单元包括：

储料箱(7)，其通过第一支架(8)固定安装于底板(1)上；

输出泵(9)，其对称安装于储料箱(7)底部两侧；输出泵(9)输出端连接有出料管(10)；

连接管(12)，其连接于出料管(10)远离输出泵(9)的一端；以及

喷涂板(13)，其安装于连接管(12)远离出料管(10)的一端，喷涂板(13)上等距分布有若干喷头(14)；

出料管(10)与连接管(12)的连接处还设置有调节阀(11)，调节阀(11)用于调节导电浆料的流量；

控制器(20)还用于控制调节阀(11)进行开度调节，当涂层实际厚度与输入厚度的差值超出设定差值范围时，增加喷头(14)单位时间喷涂量，直至达到设定差值范围；当涂层实际厚度与输入厚度的差值小于设定差值范围时，降低喷头(14)单位时间喷涂量。

2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，其特征在于，两侧喷涂板(13)上的喷头(14)均正对集流体(6)的表面，喷涂板(13)上的各喷头(14)整体呈竖直排列，首尾喷头(14)之间的距离大于集流体(6)的宽度。

3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，其特征在于，驱动组件包括：

电机(22)，其通过安装板(21)固定安装于导轨(2)一侧；

齿轮(23)，其安装于电机(22)输出轴上；以及

齿条(24)，其设置于滑台(3)上，齿条(24)与齿轮(23)啮合传动。

4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，其特征在于，烘干单元包括烘干箱(15)，所述烘干箱(15)通过第二支架(16)固定于底板(1)上，烘干箱(15)内部设置有加热件，烘干箱(15)底部开设有通道(17)。

5.根据权利要求4所述的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，其特征在于，所述加热件为电热丝或热风管。

6.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，其特征在于，测厚单元包括第三支架(18)和测厚仪(19)，第三支架(18)共有两组且对称分布于导轨(2)两侧，第三支架(18)固定安装于底板(1)上，两侧的第三支架(18)上均安装有测厚仪(19)。

7.用于锂离子电池的涂炭箔涂覆方法，其应用于权利要求1-6任一所述的用于锂离子电池的涂炭箔涂覆设备，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、控制器(20)控制驱动组件驱使滑台(3)正向进给，喷涂组件对集流体(6)的双面进行导电浆料喷涂，测厚单元测量涂层厚度；

步骤二、控制器(20)获取外部所需的输入涂层厚度，再获取测厚单元测得的当前集流体(6)上的实际涂层厚度，判断当前实际涂层厚度是否达到输入涂层厚度；若是，则执行步骤五；若否，则执行步骤三；

步骤三、控制器(20)控制驱动组件驱使滑台(3)反向回到初始位；

步骤四、控制器(20)再次判断实际涂层厚度与输入涂层厚度差值是否大于设定值；若是，控制器(20)控制喷涂单元单位时间内喷涂量增加并再次执行步骤一；若否，控制器(20)控制喷涂单元单位时间内喷涂量减小并再次执行步骤一；

步骤五、控制器(20)控制驱动组件驱使工装台(4)进入烘干单元，对集流体(6)表面涂层进行烘干固化。

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