确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法及其应用
阅读：574发布：2023-01-17
专利汇可以提供确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 的目的在于提出确定 挤压 涂布 垫片 的开口宽度的方法及其应用。确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法包括：测定待涂布浆料的第一 弹性模量 ，根据二次拟合曲线确定挤压涂布垫片的开口宽度，其中，二次拟合曲线是通过以下步骤确定的：提供多种标准涂布浆料；测定多种标准涂布浆料的第二弹性模量；在相同条件下，利用挤压涂布垫片对多种标准涂布浆料进行挤压涂布处理，得到多个 电池 极片；测定多个电池极片的宽度y1；根据公式y＝y1-y2确定多个宽度差值，其中，y表示宽度差值，y2表示挤压涂布垫片的开口宽度；基于多个宽度差值和多个第二弹性模量进行拟合，得到二次拟合曲线。由此，可以快速准确的得到挤压涂布垫片的开口宽度。，下面是确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法及其应用专利的具体信息内容。
1.一种确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法，其特征在于，包括：
测定待涂布浆料的第一弹性模量，根据二次拟合曲线确定所述挤压涂布垫片的开口宽度，其中，所述二次拟合曲线是通过以下步骤确定的：
提供多种标准涂布浆料，多种所述标准涂布浆料与所述待涂布浆料中的组分相同，且任意两种所述标准涂布浆料中的组分配比和固含量中的至少一个不同；
测定多种所述标准涂布浆料的第二弹性模量；
在相同条件下，利用所述挤压涂布垫片对多种所述标准涂布浆料进行挤压涂布处理，得到多个电池极片；
测定多个所述电池极片的宽度y1；
根据公式y＝y1-y2确定多个宽度差值，其中，y表示所述宽度差值，y2表示所述挤压涂布垫片的开口宽度；
基于多个所述宽度差值和多个所述第二弹性模量进行拟合，得到所述二次拟合曲线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二次拟合曲线的方程为y＝0.0035x2-
0.1459x+2.1399，其中，x表示所述第一弹性模量或所述第二弹性模量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标准涂布浆料与所述待涂布浆料的组成包括石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠和丁苯乳胶。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一弹性模量为5～50Pa。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述挤压涂布的工艺参数满足以下条件：
泵速为10～100转/分钟；涂布模头与背辊之间的缝隙为80～200微米；挤出的所述标准涂布浆料的面密度为20～30mg/cm2。
6.一种制备电池极片的方法，其特征在于，是利用挤压涂布的方法制备得到的，且所述挤压涂布中采用的垫片的开口宽度是利用权利要求1～5中任一项所述的方法确定的，其中，待涂布浆料的组分与标准涂布浆料的组分相同。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述待涂布浆料涂布时和所述标准涂布浆料涂布时，所述挤压涂布的工艺参数相同。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，得到的所述电极极片的宽度实际值与宽度理论值的宽度差值小于或等于1毫米。
9.一种用于制备电池极片的挤压涂布设备，其特征在于，所述挤压涂布设备中的垫片的开口宽度是通过权利要求1～5中任一项所述的方法确定的。
10.一种电池极片，其特征在于，是利用权利要求6～8中任一项所述的方法制备的，或者是利用权利要求9所述的挤压涂布设备制备得到的。
确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法及其应用
技术领域
[0001] 本发明涉及电池技术领域，具体的，涉及确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法及其应用，更具体的，涉及确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法、制备电池极片的方法、用于制备电池极片的挤压涂布设备和电池极片。
背景技术
[0002] 挤压涂布由于尺寸稳定、面密度稳定等显著优点被广泛应用于锂电池行业，用于制备锂电池的电池极片。在挤压涂布时电池极片的宽度由涂布垫片开口宽度决定，理论上电池极片的宽度等于涂布垫片开口宽度，其中，动力电池多采用边缘留箔方式进行涂布，对涂布得到的极片的宽度要求极其严格，涂布得到的极片的宽度与极片的理论宽度的差值需控制在±1mm以内。当涂布得到的极片宽度不合格时，会出现极片的边缘厚度不均匀，以及后续包覆不良等现象，导致成品电池出现容量差、寿命短，严重者可造成电池爆喷等危险行为。因此当出现涂布得到的极片不合格时只能将原涂布设备的垫片报废，重新设计垫片，造成较大的经济损失和时间损失。
[0003] 因此，关于涂布设备垫片的研究有待深入。
发明内容
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法，利用该方法确定的垫片制备的电池极片合格率较高，可以降低制备电池极片的成本，缩短制备电池极片的时间，或者上述确定方法简单、精准。
[0005] 本发明的一个目的在于提出一种确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法。根据本发明的实施例，所述确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法包括：测定待涂布浆料的第一弹性模量，根据二次拟合曲线确定所述挤压涂布垫片的开口宽度，其中，所述二次拟合曲线是通过以下步骤确定的：提供多种标准涂布浆料，多种所述标准涂布浆料与所述待涂布浆料中的组分相同，且任意两种所述标准涂布浆料中的组分配比和固含量中的至少一个不同；测定多种所述标准涂布浆料的第二弹性模量；在相同条件下，利用所述挤压涂布垫片对多种所述标准涂布浆料进行挤压涂布处理，得到多个电池极片；测定多个所述电池极片的宽度y1；根据公式y＝y1-y2确定多个宽度差值，其中，y表示所述宽度差值，y2表示所述挤压涂布垫片的开口宽度；基于多个所述宽度差值和多个所述第二弹性模量进行拟合，得到所述二次拟合曲线。
[0006] 根据本发明的实施例，上述确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法可以精准的确定所述宽度差值和第二弹性模量之间的关系式，继而根据待涂布浆料的第一弹性模量和该关系式，准确得到利用该待涂布浆料制备电池极片时所需垫片的开口宽度，然后便可以精准制备所需宽度的电池极片，进而避免电池极片的边缘厚度不均匀或后续包覆不良等现象的发生，如此便可提高电池的容量和使用寿命短，降低电池爆喷等危险现象的发生；而且通过上述方法确定垫片的开口宽度之后，就可以提高制备电池极片的合格率，进而降低制备成本和时间。
[0007] 根据本发明的实施例，所述二次拟合曲线的方程为y＝0.0035x2-0.1459x+2.1399，其中，x表示所述第一弹性模量或所述第二弹性模量。
[0009] 进一步的，所述第一弹性模量为5～50Pa。
[0010] 进一步的，所述挤压涂布的工艺参数满足以下条件：泵速为10～100转/分钟；涂布模头与背辊之间的缝隙为80～200微米；挤出的标准涂布浆料的面密度为20～30mg/cm2。
[0011] 本发明的另一个目的在于提出一种制备电池极片的方法。根据本发明的实施例，所述制备电池极片的方法是利用挤压涂布的方法制备得到的，且所述挤压涂布中采用的垫片的开口宽度是利用前面所述的方法确定的，其中，待涂布浆料的组分与标准涂布浆料的组分相同。由此，制备的电池极片的合格率较高，降低电池极片边缘厚度不均匀，或后续包覆不良等现象的发生，进而降低制备成本，缩短制备时间，并提高使用该电池极片的电池的使用性能和安全性能。
[0012] 根据本发明的实施例，涂布所述待涂布浆料和涂布所述标准涂布浆料时的所述挤压涂布的工艺参数相同。
[0014] 本发明的另一个目的在于一种用于制备电池极片的挤压涂布设备。根据本发明的实施例，所述挤压涂布设备中的垫片的开口宽度是通过前面所述确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法确定的。由此，该挤压涂布设备制备的电池极片的合格率较高，进而降低制备成本，缩短制备时间。
[0015] 本发明的另一个目的在于一种电池极片。根据本发明的实施例，所述电池极片是利用前面所述制备电池极片的方法制备的，或者是利用前面所述的挤压涂布设备制备得到的。由此，该电池极片的边缘厚度较为均匀，便于后续工艺中的包覆，由该电池极片制备的电池的容量高、寿命长、安全系数高。附图说明
[0016] 图1是本发明一个实施例中确定垫片的开口宽度的方法流程图；
[0017] 图2是本发明另一个实施例中的二次拟合曲线；
[0018] 图3是本发明另一个实施例中垫片的结构示意图。
具体实施方式
[0019] 下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0020] 本发明的一个目的在于提出一种确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法。根据本发明的实施例，确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法包括：测定待涂布浆料的第一弹性模量，根据二次拟合曲线确定挤压涂布垫片的开口宽度，其中，参照图1，二次拟合曲线是通过以下步骤确定的：
[0021] S100：提供多种标准涂布浆料，多种标准涂布浆料与待涂布浆料中的组分相同，且任意两种标准涂布浆料中的组分配比和固含量中的至少一个不同。
[0022] 根据本发明的实施例，在多种标准涂布浆料中的组分相同的前提下，通过改变标准涂布浆料中的组分配比和固含量中的至少一个不同(用以改变标准涂布浆料的弹性模量)，由此就可以得到多种弹性模量不同的标准涂布浆料。其中，以多种标准涂布浆料中的组分相同为前提，可以提高二次拟合曲线的精准度，以及提高确定垫片的开口宽度的精准度，进而最终提高制备的电池极片的宽度的精准度。
[0023] S200：测定多种标准涂布浆料的第二弹性模量。
[0024] 根据本发明的实施例，测定第二弹性模量的方法没有限制要求，本领域技术人员可以根据实际需求灵活选择。在本发明的实施例中，采用安东帕MCR102流变仪进行测定第二弹性模量，具体的，利用安东帕MCR102流变仪分别得到多种标准涂布浆料的剪切应变(％)与弹性模量的曲线图，该曲线图中弹性膜量的最大值即为每种标准涂布浆料的第二弹性模量。
[0025] S300：在相同条件下，利用挤压涂布垫片对多种标准涂布浆料进行挤压涂布处理，得到多个电池极片。所述“相同条件”包括挤压涂布的工艺参数相同。
[0026] 根据本发明的实施例，在相同条件下进行挤压涂布，可以提高二次拟合曲线的精准度，提高利用该二次拟合曲线确定垫片的开口宽度的准确度，进而提高利用该垫片制备的电池极片的合格率。需要说明的是，制备的电池极片是否合格的判定标准为：所需电极极片宽度的理论值与制备得到的电池极片宽度的实际值之间的差值小于等于1毫米。
[0027] S400：测定多个电池极片的宽度y1。
[0028] S500：根据公式y＝y1-y2确定多个宽度差值，其中，y表示宽度差值，y2表示挤压涂布垫片的开口宽度。本领域技术人员可以理解，此处的挤压涂布垫片是指步骤S300中挤压涂布标准涂布浆料的垫片。
[0029] S600：基于多个宽度差值和多个第二弹性模量进行拟合，得到二次拟合曲线。
[0031] 根据本发明的实施例，上述确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法可以精准的确定所述宽度差值和第二弹性模量之间的关系式，继而根据待涂布浆料的第一弹性模量和该关系式，准确得到利用该待涂布浆料制备电池极片时所需垫片的开口宽度，然后便可以精准制备所需宽度的电池极片，进而避免电池极片的边缘厚度不均匀或后续包覆不良等现象的发生，如此便可提高电池的容量和使用寿命短，降低电池爆喷等危险现象的发生；而且通过上述方法确定垫片的开口宽度之后，就可以提高制备电池极片的合格率，进而降低制备成本和时间。
[0032] 根据本发明的一些实施例，通过上述二次拟合曲线的确定方法确定的二次拟合曲线的方程为y＝0.0035x2-0.1459x+2.1399，其中，x表示第一弹性模量或第二弹性模量。在方程y＝0.0035x2-0.1459x+2.1399的确定方法中，测定多种标准涂布浆料的第二弹性模量、挤压涂布时采用垫片的开口宽度y2、得到的多个电池极片的宽度y1，以及多个宽度差值y的具体值参见下表1，通过多个宽度差值y和多个第二弹性模量进行拟合得到的二次拟合曲线参照图2。
[0033] 表1
[0034]标准涂布浆料序号 y2/mm y1/mm 第二弹性模量x/Pa y/mm
1 280 280.7 26.05 0.7
2 280 281.3 34.21 1.3
3 280 281.5 36.11 1.5
4 280 281.9 40.71 1.9
5 280 282.1 42.13 2.1
6 280 282.6 43.61 2.6
1 280 280.7 26.05 0.7
2 280 281.3 34.21 1.3
3 280 281.5 36.11 1.5
4 280 281.9 40.71 1.9
5 280 282.1 42.13 2.1
6 280 282.6 43.61 2.6
[0035] 根据本发明的实施例，为了提高使用上述方程y＝0.0035x2-0.1459x+2.1399确定的垫片的开口宽度的精准度，标准涂布浆料与待涂布浆料的组成相同，在本发明的一些实施例中，标准涂布浆料与待涂布浆料的组成包括石墨、导电炭黑(SP)、羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯乳胶(SBR)。由此，上述组成制备的电池极片的使用性能较佳。在保持上述组分不变的前提下，任何配比或固含量的待涂布浆料均可利用上述方程来确定制备电池极片所需垫片的开口宽度，且准确度高，有效提高制备的电池极片的合格率。
[0036] 根据本发明的实施例，为了更进一步提高利用上述方程y＝0.0035x2-0.1459x+2.1399确定垫片的开口宽度的准确度，挤压涂布的工艺(包括对标准涂布浆料的涂布工艺和待涂布浆料的涂布工艺)参数满足以下条件：泵速为10～100转/分钟，比如10转/分钟、20转/分钟、30转/分钟、40转/分钟、50转/分钟、60转/分钟、70转/分钟、80转/分钟、90转/分钟、100转/分钟；涂布模头(包括上模头和下模头)与背辊之间的缝隙为80～200微米，比如
80微米、100微米、120微米、140微米、160微米、180微米或200微米；挤出的标准涂布浆料的面密度为20～30mg/cm2，比如为20mg/cm2、22mg/cm2、24mg/cm2、26mg/cm2、28mg/cm2、30mg/cm2。由此，挤压涂布待涂布浆料时的工艺参数与挤压涂布标准涂布浆料时的工艺参数均在上述范围内，得到的电池极片宽度的实际值更接近理论值，进而更进一步的提高电池极片的使用性能和合格率。
80微米、100微米、120微米、140微米、160微米、180微米或200微米；挤出的标准涂布浆料的面密度为20～30mg/cm2，比如为20mg/cm2、22mg/cm2、24mg/cm2、26mg/cm2、28mg/cm2、30mg/cm2。由此，挤压涂布待涂布浆料时的工艺参数与挤压涂布标准涂布浆料时的工艺参数均在上述范围内，得到的电池极片宽度的实际值更接近理论值，进而更进一步的提高电池极片的使用性能和合格率。
[0037] 根据本发明的实施例，为了进一步提高利用上述方程确定垫片的开口宽度的准确度，第一弹性模量为5～50Pa，比如5Pa、10Pa、15Pa、20Pa、25Pa、30Pa、35Pa、40Pa、45Pa、50Pa。由此，待涂布浆料的第一弹性模量在上述范围内时，根据上述方程计算宽度差值，进而得到垫片的开口宽度的准确度更高，由此制备得到的电池极片宽度的实际值更加接近理论值，即可以更进一步的提高利用该垫片制备的电池极片的合格率。
[0038] 根据本发明的实施例，进行上述挤压涂布的设备采用常规设备即可，在此没有限制要求。
[0039] 下面根据几个具体实施例来验证上述确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法的准确性(以上述方程y＝0.0035x2-0.1459x+2.1399为例进行阐述)：
[0040] 确定三个电池极片宽度的理论值y1；测定三种待涂布浆料的第一弹性模量x；将第2
一弹性模量x代入方程y＝0.0035x-0.1459x+2.1399中，分别获得三个宽度差值y；根据公式y＝y1-y2，得到所需挤压涂布垫片的开口宽度y2；然后根据垫片的开口宽度为y2的垫片分别挤压涂布上述三种待涂布浆料，得到三种电池极片；测定得到的三种电池极片宽度的实际值；将所述实际值与理论值进行比较，若两者的差值小于等于1mm，则说明得到的上述方程是正确的，可以利用该方程计算垫片的开口宽度。上述方法中的具体数值参照表2：
一弹性模量x代入方程y＝0.0035x-0.1459x+2.1399中，分别获得三个宽度差值y；根据公式y＝y1-y2，得到所需挤压涂布垫片的开口宽度y2；然后根据垫片的开口宽度为y2的垫片分别挤压涂布上述三种待涂布浆料，得到三种电池极片；测定得到的三种电池极片宽度的实际值；将所述实际值与理论值进行比较，若两者的差值小于等于1mm，则说明得到的上述方程是正确的，可以利用该方程计算垫片的开口宽度。上述方法中的具体数值参照表2：
[0041] 表2
[0042]
[0043] 上述表2中，计算宽度差值是指根据上述方程计算得到的宽度差值，实际宽度差值是指实际得到的电池极片的宽度与垫片的开口宽度之间的差值，通过对比两组数据可知，计算宽度差值和实际宽度差值相差很小，而且通过电池极片的理论值和实际值也可以看出，制备得到的电池极片的宽度与所需电池极片的理论宽度十分接近，甚至相同，由此可以证明，本发明中上述确定挤压涂布垫片的开口宽度的准确性。需要说明的是，表2中，根据计算开口宽度y2应分别为281.48、283.13和267.72，但是在实际制备中根据制备工厂的要求，垫片的开口宽度的数值只能保留小数点后一位，所以制备的垫片的开口宽度y2为上述表2中的数值(开口宽度制备数值)，需注意的是，开口宽度制备数值与计算得到的开口宽度计算数值之间的差值小于等于0.1mm。
[0044] 本发明的另一个目的在于提出一种制备电池极片的方法。根据本发明的实施例，制备电池极片的方法是利用挤压涂布的方法制备得到的，且挤压涂布中采用的垫片的开口宽度是利用前面所述的方法确定的，其中，待涂布浆料的组分与标准涂布浆料的组分相同。由此，制备的电池极片的合格率较高，降低电池极片边缘厚度不均匀，或后续包覆不良等现象的发生，进而降低制备成本，缩短制备时间，并提高使用该电池极片的电池的使用性能和安全性能。
[0045] 根据本发明的实施例，为了更进一步的提高制备的电池极片的合格率，涂布待涂布浆料和涂布标准涂布浆料时的挤压涂布的工艺参数相同。由此，可以更进一步的消除误差，使制备的到的电池极片宽度的实际值更接近理论值，进而更进一步的提高电池极片的使用性能和合格率。
[0046] 根据本发明的实施例，得到的电极极片的实际值与理论值的差值小于或等于1毫米。由此，可以提高电池极片边缘厚度的均匀性，避免后续包覆不良等现象的发生，进而提高电池的容量和安全性能，并延长电池的使用寿命。
[0047] 根据本发明的实施例，通过挤压涂布制备电池极片的具体工艺步骤没有限制要求，本领域技术人员根据常规技术手段进行制备即可。
[0048] 本发明的另一个目的在于一种用于制备电池极片的挤压涂布设备。根据本发明的实施例，所述挤压涂布设备中的垫片的开口宽度是通过前面所述确定挤压涂布垫片的开口宽度的方法确定的，垫片10的结构示意图参照图3，其中D为垫片的开口宽度。由此，该挤压涂布设备制备的电池极片的合格率较高，进而降低制备成本，缩短制备时间。
[0050] 本发明的另一个目的在于一种电池极片。根据本发明的实施例，所述电池极片是利用前面所述制备电池极片的方法制备的，或者是利用前面所述的挤压涂布设备制备得到的。由此，该电池极片的边缘厚度较为均匀，便于后续工艺中的包覆，由该电池极片制备的电池的容量高、寿命长、安全系数高。
[0051] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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