锂电池极片涂布的在线控制系统及方法

专利名称：锂电池极片涂布的在线控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及化学电源技术领域，特别涉及一种锂电池极片涂布的在线控制系统及方法。
背景技术：
在电池行业，锂电池由于具有能量密度高、电压高、工作温度范围宽、寿命长等优 点，已受到越来越多人的关注与重视。在过去的十几年中，锂电池已经在一次(不可充电)和 二次(可充电)电池市场中占据了主导地位，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑以及数码 相机等便携式电子设备中。电池极片是锂电池的重要组成部分，是锂电池的核心。目前，生产电池极片需要进 行粉浆、涂布、碾压和剪切等工序，其中，涂布是生产电池极片的关键工序。传统工艺中的电 极制作过程主要是将电极材料混合制成具有一定流动性的浆料，然后将其涂覆在基材(例 如金属薄膜)的表面，再经过干燥辊压成型。这种传统的涂布技术通常采用简易的称重手段来对涂层的装载量进行控制，即浆 料涂布烘干后才进行手动称量。例如可以在涂布后的极片上，用正方形模板(假定面积为S) 裁切一块等大小的样块，然后将此样块用分析天平称重，得到的重量值假定为W;同理，裁 切同样大小涂布前的基材进行称重，得到的重量值假定为Wtl，这样，最终得到的样块的装载 量Ln= (W- W0VSo这种手动方式称量，每次取样时均需要停机，然后切断涂布卷料来取样， 再进行样块手动称重，最后还需要将涂布卷料重新粘接起来，并调整涂布参数，等待新的涂 布料卷出来后，又要再次裁切取样。如此反复，不利于涂布过程的连续性，降低涂布卷料的 完整性(接头会较多)，因此不能全程监控涂层装载量的状况，进一步地导致不能保证涂层 的装载量的过程的稳定性，使得涂层的薄厚分布不均勻，最终导致产品的良品率下降，产生 很多废品，增加了生产成本，使产品不具有竞争力。因此，需要一种方法，能够实时检测和观察极片的单面或双面涂层的装载量情况， 并且能够自动完成对涂层装载量的实时调整，以确保整个涂布过程的涂层装载量的稳定 性。

发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进 一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了能够实时检测和观察极片的单面或双面涂层的装载量情况，并且能够自动完 成对涂层装载量的实时调整，本发明提供了一种锂电池极片涂布的在线控制系统及方法。首先，本发明提供了一种锂电池极片涂布的在线控制系统，所述系统包括第一测 量装置、涂布装置、烘干装置、第二测量装置及程序控制装置，所述第一测量装置、涂布装 置、烘干装置及第二测量装置依次连接，并且所述第一测量装置、涂布装置及第二测量装置分别与所述程序控制装置相连接；所述第一测量装置和第二测量装置分别将测得的涂层装 载量的数据反馈到所述程序控制装置，所述程序控制装置计算出涂层的实时装载量并与涂 层的预设装载量进行比较，然后发布调节指令至所述涂布装置，来调整涂布的浆料输出量。优选地，所述第一测量装置、涂布装置和第二测量装置之间的距离保持相对固定。优选地，所述第一测量装置和第二测量装置为相同的利用β射线进行扫描测量 的装置。优选地，所述第一测量装置和第二测量装置为相同的利用Y射线进行扫描测量 的装置。其次，本发明还提供了一种利用所述的在线控制系统实现的锂电池极片涂布的在 线控制方法，所述方法包括
提供需要进行涂布的基材；
第一测量装置对所述基材进行检测，得到所述基材的第一装载量，并将第一装载量的 数据发送到程序控制装置；
涂布装置按照涂层的预设装载量进行供料，对所述基材进行涂布，然后经过烘干装置 烘干，在基材表面形成涂层；
第二测量装置对完成涂布的基材进行检测，得到所述基材的第二装载量，并将第二装 载量的数据发送到程序控制装置；
程序控制装置将上述数据汇总和换算，计算出涂层的实时装载量，并与涂层的预设装 载量进行比较，根据比较的结果发送调节指令至涂布装置，涂布装置通过调整负责供料的 伺服电机的转速来增加或减少涂布的浆料输出量，从而对涂层的装载量进行实时调整。优选地，所述基材为金属薄膜或具有单面涂层的金属薄膜。优选地，所述金属薄膜为铝箔、铜箔、纯镍带中的任一种。根据本发明的涂布在线控制系统及方法，实现了极片的涂层装载量的闭环程序控 制，达到了对极片的单面或双面涂层的装载量的全程监控和实时调整，保证整个涂布过程 中涂层装载量的稳定性，提高电池极片的良品率。


本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1是本发明所述的锂电池极片涂布的在线控制系统的示意图； 图2是本发明所述的锂电池极片涂布的在线控制系统的装置的位置关系示意图； 图3是本发明所述的锂电池极片涂布的在线控制方法的流程图； 图4是本发明的一个优选实施例的在线控制系统的示意图。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。
本发明提供了一种锂电池极片涂布的在线控制系统，该系统在传统的涂布工艺基 础上，对基材原始的装载量和完成涂布的基材的装载量进行实时地检测，并采用程序控制 装置自动根据涂层的实时装载量来比对预设装载量，然后发送调节指令给涂布装置，自动 调整涂布的浆料输出量，以便更精确地对基材进行涂布，最终达到合格的涂层装载量。图1示出了本发明所述的锂电池极片涂布的在线控制系统的示意图。第一测量装 置101、涂布装置102、烘干装置103及第二测量装置104依次连接，并且所述第一测量装置 101、涂布装置102及第二测量装置104分别与所述程序控制装置105相连接。第一测量装 置101检测基材的原始的装载量，即第一装载量，并将第一装载量的数据发送到程序控制 装置105 ；第二测量装置104检测完成涂布的基材的装载量，即第二装载量，然后将第二装 载量的数据发送到程序控制装置105，程序控制装置105通过计算得到基材的涂层的实时 装载量，然后与涂层的预设装载量进行比较，计算出所需要调节的涂层装载量，并将该数据 发送到涂布装置102，这样涂布装置102可以实时地进行调节，以达到合格的装载量；并且， 程序控制装置105通过进行统一的数据换算、补偿和汇总，将涂层装载量图形显示在电脑 屏幕上。通过装载量图形，可以非常直观的看到涂层的实时装载量、波动情况和整体分布状 况。这样，在设定最初的涂布参数值时，操作人员可作为依据，来判断涂布结果的装载量值 是否满足规范要求；并且便于操作人员监视实时涂布状态，对于异常状态可及时发现，诸如 涂层材料自身存在问题等；另外，还便于对每批次的涂布卷料的整个涂布过程进行监控和 记录，确保产品质量在可控范围内。为保证两台测量装置所测量的位置是一致的，需要将第一测量装置、第二测量装 置和涂布装置位置固定下来，确保它们之间的距离保持相对固定。如图2所示，第一测量装 置202安装在进料口 201之后、涂布装置203之前，用于检测基材原始的装载量，即第一装 载量；涂布装置203对基材进行涂布，烘干装置204安装在涂布装置203之后，用于对涂层 进行烘干；然后第二测量装置205安装在烘干装置204之后，对完成涂布的基材进行实时检 测，得到具有涂层的基材的装载量，即第二装载量；最后在出料口 206处可以得到具有涂层 的基材。所述第一测量装置202、第二测量装置205和涂布装置203与出料口 206的相对距 离保持恒定，这样，通过第一测量装置202、第二测量装置205和涂布装置203两两之间的距 离和当前涂布速度来换算前后测量点的时间差，再利用测量装置对基材涂布前以及涂布后 进行测量，这样就可以保证两台测量装置检测的是同一个位置。所述第一测量装置和第二测量装置采用两台相同的测量装置，分别对涂布前及涂 布后的基材进行测量，这样，两次测量是采用相同装置在相同的条件下进行，确保测得的涂 层的实时装载量是真实、准确的。本发明中所使用的在线检测装置可以采用任意一种用于测量物料重量或厚度的 装置，优选为采用β射线进行扫描测量的装置，例如β射线测量仪。所述测量装置主要由 1个传感器装置和1个闭合框架构成。传感器装置固定于闭合框架上，可以通过框架上的动 力系统带动它进行往返运动，来进行动态扫描。传感器装置分成上、下两部分，上部传感器 发射β射线光源，下部传感器接收光源，被测量的物料从2个传感器中间通过来进行扫描。 根据光源损失的多少，从而计算出物料的重量或厚度。所述β射线测量仪检测的是基材的装载量值。一个低强度的放射源在探头内放 射出低能量β射线射向被测物体，这种β射线被物体相互作用，消耗能量，然后被透射到探测器上，探测器测出的信号与被测物的质量成正比。一个高效的晶体闪烁计数器/光电 倍增管探测器将接收到的β能量转换成光子，并最终转换成数字信号，这种数字信号直接 与产品的重量或厚度有关。所有测得的厚度值都经过内部换算，由装载量值来体现。在设 置上均采用已知的涂层装载量的标准样块，来设定和校准所述测量装置的实际检测值，确 保测量装置得到的装载量值是准确的。测量装置内部系统根据标准样块装载量参数值，对 实际检测的装载量值，进行参数补偿，以确定最终的真实装载量值。当进行第一面涂布时，第一测量装置检测基材的原始的装载量，第二测量装置检 测具有单面涂层的基材的装载量，这样，二者相减，得到基材的实际单面涂层的实时装载 量；同理，第二面涂布时，第一测量装置检测具有单面涂层的基材的装载量，第二测量装置 检测具有双面涂层的基材的装载量，这样，二者相减，得到基材的第二面涂层的实时装载 量。此外，所述在线检测装置还可以为采用Y射线进行扫描的测量装置。所述测量装 置可测量所有扫描通过的物料重量或厚度。所述涂布装置可以采用任意的用于极片涂布的装置，而不受限制。例如可以是转 移涂布装置、挤出涂布装置等，其一般包括涂布辊、浆料腔及供料系统，所述涂布辊用于牵 引金属薄膜，所述浆料腔用于容纳和储存一定的浆料，所述供料系统可以根据程序控制装 置发送的调节指令调整浆料的输出量，例如可以改变负责供料的伺服电机的转速，来调整 浆料的单位时间供应量。根据所述在线控制系统，本发明提供了一种锂电池极片涂布的在线控制方法。图 3示出了本发明所述的锂电池极片涂布的在线控制方法的流程图。在步骤S301中，提供需要进行涂布的基材。该基材可以为金属薄膜，例如铝箔、铜 箔、纯镍带等，也可以为具有单面涂层的所述金属薄膜。在步骤S302中，第一测量装置对所述基材进行检测，得到所述基材的原始的装载 量，即第一装载量，并将第一装载量的数据发送到程序控制装置。所述第一测量装置优选为 利用β射线进行测量的装置，测定的厚度值经过系统内部换算，由装载量值来体现。所述 第一装载量的单位优选为mg/cm2 (每平方厘米的毫克量)，也可以为其他适当的单位。在步骤S303中，涂布装置按照涂层的预设装载量进行供料，对所述基材进行涂 布，然后经过烘干装置烘干，在基材表面形成涂层。所述涂布装置所采用的涂布工艺可以例 如是转移涂布工艺、挤出涂布工艺等，对所述基材进行涂布，所述涂布装置例如可采用伺服 电机控制螺杆泵进行供料，来控制涂层装载量。然后，所述基材进入烘干装置，例如可采用 烘箱对涂层进行烘干。在步骤S304中，第二测量装置对完成涂布的基材进行检测，得到所述基材的第二 装载量，并将第二装载量的数据发送到程序控制装置。所述第二测量装置采用与第一测量 装置完全相同的测量装置，优选为利用β射线进行测量的装置，测定的厚度值经过系统内 部换算，由装载量值来体现。所述第二装载量的单位与第一装载量的单位相同，优选为mg/ cm2 (每平方厘米的毫克量)，也可以为其他适当的单位。在步骤S305中，程序控制装置将上述数据汇总和换算，计算出第二装载量与第一 装载量的差值，即实时装载量，并与涂层的预设装载量进行比较，根据比较的结果发送调节 指令至涂布装置，增加或减少涂布的浆料输出量，从而对涂层的装载量进行实时调整。例如
6所述涂布装置可通过调整螺杆泵的伺服电机来进行调节，即伺服电机的转速根据调整量的 要求，开始增加或降低，这样，新的涂层装载量开始被使用，以达到合格的标准。实际生产过程中，温度变化(温度变化会造成涂层材料粘度变化，进而此变化会影 响单位时间内的涂层物料的供应量)和涂层材料自身的波动均可能影响最终涂层的装载 量，此现象贯穿整个涂布过程中，因此在线检测和控制技术就会自动对此类的波动进行实 时监测和反馈，反馈信号会控制负责供料的伺服电机转速，使之能够及时的调整涂层材料 的单位时间供应量。这样，周期而稳定的实时检测和调整始终贯穿在整个涂布工艺过程。下面将通过具体实施例阐述如何利用上述的在线控制系统来对锂电池极片涂布 进行在线控制的。提供如图4所述的在线控制系统，其中，第一测量装置402安装在进料口 401之 后、涂布装置403之前，烘干装置404安装在涂布装置403之后，然后第二测量装置405安 装在烘干装置404之后，并且所述第一测量装置402、涂布装置403及第二测量装置405分 别与程序控制装置406相连接。所述第一测量装置402及第二测量装置405均为β射线 测量仪。首先，基材通过进料口 401之后，进入第一测量装置402，扫描得到第一装载量值为 5. 4-5. 6 mg/cm2,同时第一测量装置402将数据发送到程序控制装置406 ；接着，基材在涂布 装置403处完成涂布工艺，获得涂层，带有涂层的基材在烘干装置404进行烘干后进入到第 二测量装置405，扫描得到第二装载量值为29. 8-30. 1 mg/cm2,同时第二测量装置402将数 据发送到程序控制装置406 ；程序控制装置406将上述数据汇总和换算，计算出第二装载量 与第一装载量的差值，即实时装载量为24. 4-24. 7 mg/cm2，然后发送调节指令至涂布装置 403，涂布装置403通过调整螺杆泵的伺服电机来进行调节，即伺服电机的转速根据调整量 的要求，开始增加或降低520-530rpm(每分钟电机的转速)，这样，新的涂层装载量开始被使 用，以达到合格的标准；最后在出料口 407处可以得到具有涂层的基材。根据上述实施方式，涂层装载量的测量精度可以达到士0.20 mg/cm2，生产出的极 片的良品率提高了 8%左右，并且在整个涂布过程中，涂层装载量能保持稳定，还能够实时 检测和观察极片单面或双面涂层的装载量情况，自动完成对涂层装载量的实时调整。根据上述的涂布在线控制方法，实现了极片的涂层装载量的闭环程序控制，达到 了对涂层装载量的全程监控和实时调整，保证整个涂布过程中涂层的装载量的稳定性，提 高电池极片的良品率。通过本发明的涂布在线控制方法，可以提高涂层装载量的测量精度， 并且该方法不仅可以实时检测基材单面或双面涂层的装载量，实现对涂层质量的实时控 制，还可检测基材的原始的装载量，来检测基材自身是否厚薄均勻，是否满足规范要求；另 外，控制模式可以在自动和手动控制之间进行切换，这样，当NDC系统故障或维修的时候， 仍然可切换到手动模式，进行设备运转检查和维护操作，也可以继续进行涂布操作。本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于 举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人 员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的 变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由 附属的权利要求书及其等效范围所界定。
权利要求
1.一种锂电池极片涂布的在线控制系统，所述系统包括第一测量装置、涂布装置、烘干 装置、第二测量装置及程序控制装置，所述第一测量装置、涂布装置、烘干装置及第二测量 装置依次连接，并且所述第一测量装置、涂布装置及第二测量装置分别与所述程序控制装 置相连接；所述第一测量装置和第二测量装置分别将测得的涂层装载量的数据反馈到所述 程序控制装置，所述程序控制装置计算出涂层的实时装载量并与涂层的预设装载量进行比 较，然后发布调节指令至所述涂布装置，来调整涂布的浆料输出量。
2.如权利要求1所述的在线控制系统，其特征在于，所述第一测量装置、涂布装置和第 二测量装置之间的距离保持相对固定。
3.如权利要求1或2所述的在线控制系统，其特征在于，所述第一测量装置和第二测量 装置为相同的利用β射线进行扫描测量的装置。
4.如权利要求1或2所述的在线控制系统，其特征在于，所述第一测量装置和第二测量 装置为相同的利用Y射线进行扫描测量的装置。
5.一种利用权利要求1所述的在线控制系统实现的锂电池极片涂布的在线控制方法， 其特征在于，所述方法包括提供需要进行涂布的基材；第一测量装置对所述基材进行检测，得到所述基材的第一装载量，并将第一装载量的 数据发送到程序控制装置；涂布装置按照涂层的预设装载量进行供料，对所述基材进行涂布，然后经过烘干装置 烘干，在基材表面形成涂层；第二测量装置对完成涂布的基材进行检测，得到所述基材的第二装载量，并将第二装 载量的数据发送到程序控制装置；程序控制装置将上述数据汇总和换算，计算出涂层的实时装载量，并与涂层的预设装 载量进行比较，根据比较的结果发送调节指令至涂布装置，涂布装置通过调整负责供料的 伺服电机的转速来增加或减少涂布的浆料输出量，从而对涂层的装载量进行实时调整。
6.如权利要求5所述的在线控制方法，其特征在于，所述基材为金属薄膜或具有单面 涂层的金属薄膜。
7.如权利要求6所述的在线控制方法，其特征在于，所述金属薄膜为铝箔、铜箔、纯镍 带中的任一种。
8.如权利要求5所述的在线控制方法，其特征在于，所述第一测量装置、涂布装置和第 二测量装置之间的距离保持相对固定。
9.如权利要求5所述的在线控制方法，其特征在于，所述第一测量装置和第二测量装 置为相同的利用β射线进行扫描测量的装置。
10.如权利要求5所述的在线控制方法，其特征在于，所述第一测量装置和第二测量装 置为相同的利用Y射线进行扫描测量的装置。
全文摘要
本发明提供了一种锂电池极片涂布的在线控制系统，所述系统包括第一测量装置、涂布装置、烘干装置、第二测量装置及程序控制装置，所述第一测量装置、涂布装置、烘干装置及第二测量装置依次连接，并且所述第一测量装置、涂布装置及第二测量装置分别与所述程序控制装置相连接；所述第一测量装置和第二测量装置分别将测得的涂层装载量的数据反馈到所述程序控制装置，所述程序控制装置计算出涂层的实时装载量并与涂层的预设装载量进行比较，然后发布调节指令至所述涂布装置，来调整涂布的浆料输出量。此外，本发明还提供了一种利用所述在线控制系统实现的锂电池极片涂布的在线控制方法。
文档编号H01M4/139GK102125907SQ20111003129
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者叶永锋, 常海涛, 张清顺 申请人:福建南平南孚电池有限公司