原料成型设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种原料成型设备，尤其涉及一种电极用原料成型设备。


背景技术：

2.在专利文献1中公开了一种用于将粉状的混合物(原料)压延成电极膜的压延机。如图12、图13所示，虽然压延机通过设置多个辊轮来压延电极膜，但是只能在原料行进方向(辊轮的周向)上压延粉状的混合物，无法在与原料行进方向垂直的方向上(辊轮的轴向)压延粉状的混合物。因此，如专利文献1中公开的通常的压延机不利于原料的薄膜化。此外，在压延粉状的混合物时，由于在辊轮的轴向上，相比于位于两端的原料，位于中间的原料所受的压延力更大。从而使得位于中间的原料中包含的活性物质更容易被压溃。因此，如专利文献1中公开的通常的压延机还存在因应力集中而导致原料中包含的活性物质压溃的问题。
3.现有技术
4.专利文献
5.专利文献1：cn114207864


技术实现要素：

6.本实用新型是鉴于现有技术中的上述情况而完成的，目的在于提供一种能够使原料薄膜化且不损伤原料中包含的活性物质的原料成型设备。
7.本实用新型的原料成型设备，包括：n段(n为2以上的整数)的辊轮对，其沿作为原料的行进方向的第一方向排列设置，用于将原料薄膜化。各辊轮对包括：二个辊轮，其在第二方向上隔开间隔地配置，辊轮绕轴线旋转，第二方向与第一方向以及沿轴线的第三方向垂直。位于出料端的末段辊轮对的各辊轮为圆柱形。在除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中的每个辊轮对中，两个辊轮中的至少一个包括：中央部，其为圆柱形，并且位于辊轮的第三方向上的中央；和二个圆台部，其分别位于辊轮的第三方向上的两端，圆台部随着远离中央部而逐渐缩窄。将圆台部的母线与平行于第三方向的方向所成的角设为θ，在从进料端到出料端的、除所述末段辊轮对之外的n-1段的所述辊轮对中，θ单调变化。
8.在本实用新型中，也可以为，在除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中的每个辊轮对，两个辊轮的形状相同。
9.在本实用新型中，也可以为，在除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中的每个辊轮对中，两个辊轮的形状不同，仅一个辊轮包含中央部和二个圆台部。在本实用新型中，也可以为，在除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中的每个辊轮对中，两个辊轮中的另一个辊轮为圆柱形。
10.在本实用新型中，辊轮所包含的圆台部随着远离中央部而逐渐缩窄(即，从第一方向观察，辊轮具有中间大两端小的截面形状)，并且在多段辊轮对中，辊轮的形状从位于上游的、具有中央部和圆台部的形状连续地变化至位于下游的、末段的辊轮对中的辊轮的圆柱形(即，θ单调变化)，从而在压延原料时可以将原料逐渐地从辊轮的轴向上的中间向两端
挤出。由此，不仅可以在辊轮的周向上也可以在辊轮的轴向上压延原料，使得纤维化也可以沿辊轮的轴向取向，实现原料薄膜化并提高膜的强度。此外，由于在由多段辊轮对的压延时，原料可以向辊轮的轴向上的两端滑动，因此，避免了位于辊轮的轴向上的中间的原料的应力集中，从而避免原料中包含的活性物质被压溃。另外，通过多段辊轮对中的辊轮形状的连续变化，使得原料形成的膜的厚度均匀。
11.在本实用新型中，也可以为，沿第一方向相邻的两个圆台部的θ之差在30
°
以内。由此，避免了以下情况的发生，即，因辊轮的急剧的形状变化而对原料急剧地施加压力，使得原料中包含的活性物质被压溃。
12.在本实用新型中，也可以为，在除末段辊轮对外的n-1段的辊轮对中的每个辊轮对中，对于辊轮，设中央部在第三方向上的长度为x，辊轮在第三方向上的长度为y，设圆台部的面积较大的底面的直径为面积较小的底面的直径为则满足：1mm≦x《5000mm，200mm≦y≦5000mm，0.01
°
《θ《90
°
。通过如此设置辊轮的尺寸，可以适应市面上各种不同尺寸的电极膜。
13.在本实用新型中，也可以为，在从进料端到出料端的、除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中，满足：中央部在第三方向上的长度x单调增加，且圆台部的θ单调增加。由此，在多段辊轮对中，通过中央部的形状变化，即，中央部逐渐向两端扩展，实现多段辊轮对中的辊轮形状的连续变化。
14.在本实用新型中，也可以为，在从进料端到出料端的、除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中，满足：圆台部的面积较小的底面的直径单调增加，且圆台部的θ单调减小。由此，在多段辊轮对中，通过圆台部的形状变化，实现多段辊轮对中的辊轮形状的连续变化。
15.在本实用新型中，也可以为，在从进料端到出料端的n段的辊轮对中，满足：二个辊轮之间的第二方向上的间隔恒定或逐渐减小，并且间隔为0.001mm以上且1mm以下。在该间隔逐渐减小的情况下，原料逐渐形成为期望厚度的膜，避免在原料压延过程中施加过大的压延力，防止原料中包含的活性物质被压溃，并且可使所形成的膜的厚度均匀。
16.在本实用新型中，也可以为，辊轮的表面具有凹凸。由此，可以增加辊轮表面的表面粗糙度，不仅可以防止由于辊轮对间的原料的表面光滑而仅在表面加压，通过压力分散来实现膜厚的均匀化，此外，还能减轻原料对辊轮的附着。
17.在本实用新型中，也可以为，辊轮的温度能够在室温至300℃范围内变化。由此，可以满足原料加工时温度的需求。
18.在本实用新型中，也可以为，原料为干法电极用粉体。干法电极用粉体也可以包括ptfe作为粘合剂。
19.在本实用新型中，也可以为，原料为对粉体实施了预成型的成型体。
20.在本实用新型中，也可以为，n为2以上30以下。通过适当的设置原料成型设备的段数，可以将原料逐渐形成为期望厚度的膜，避免压延过程中应力集中，并且可以使膜的厚度更均匀。
21.在本实用新型中，也可以为，除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中的每个辊轮对中，辊轮的y方向上的长度均等于末段辊轮对中的辊轮的y方向上的长度，并且中央部的直
径均相同等于末段辊轮对中的辊轮的直径。由此，可以实现原料成型设备的小型化并简化安装。
22.实用新型的效果
23.本实用新型的原料成型设备，通过多段辊轮对中的辊轮形状的连续变化，避免了因应力集中而造成的原料中包含的活性物质的压溃。由此，能够使原料薄膜化且不损伤原料中包含的活性物质。
附图说明
24.图1是示意性地示出根据本实用新型的原料成型设备的辊轮对的立体图。
25.图2是图1中的某段辊轮对中的一个辊轮的正视图。
26.图3是根据本实用新型的n(此处n＝6)段的辊轮对及对应的膜的形状的示意图。
27.图4示意性地示出相邻两段的辊轮对中的辊轮间的
△
θ》30
°
的情况。
28.图5示意性示出根据本实用新型的、多段辊轮对中的辊轮的形状变化的一种方式。
29.图6示意性示出根据本实用新型的、多段辊轮对中的辊轮的形状变化的另一种方式。
30.图7是示意性示出在改变根据本实用新型的辊轮对中的辊轮的形状及辊轮间的间隔时，对应的膜的形状的变化。
31.图8是用于评价活性物质的破坏率的示意性的扫描电子显微镜照片。
32.图9是用于评价活性物质的破坏率的示意性的扫描电子显微镜照片。
33.图10是示意性地示出根据本实用新型的变形例的原料成型设备的辊轮对的立体图。
34.图11是根据本实用新型的变形例的n(此处n＝6)段的辊轮对及对应的膜的形状的示意图。
35.图12是现有技术中的多辊原料成型设备。
36.图13是图10中的a-a的局部放大图。
37.附图标记
38.原料成型设备1000、1000a
39.n-1段的辊轮对100、100a
40.末段辊轮对101、101a
41.辊轮11、12、13、11a、12a、13a
42.中央部1、1a
43.圆台部2、2a
44.膜200、200a
具体实施方式
45.以下，对一个实施方式所涉及的原料成型设备进行说明。在各图的说明中，对相同或相当的要素标注相互相同的符号，有时省略重复的说明。
46.图1是示意性地示出根据本实用新型的原料成型设备1000的辊轮对的立体图。在图1中，代表性地画出几段辊轮对100和末段辊轮对101，未示出全部的n段辊轮对。此外，图1
中，仅示出原料为粉体情况。图2是图1中的某段辊轮对100中的一个辊轮的正视图。图3是根据本实用新型的n(此处n＝6)段的辊轮对及对应的膜的形状的示意图。在图1、图2中，将原料的行进方向设为第一方向(即，x方向)，将辊轮对100中的两个辊轮11、12相对的方向设为第二方向(即，z方向)，并且将辊轮11、12的轴线方向设为第三方向(即，y方向)，y方向与x方向、z方向相互垂直。
47.如图1、图2所示，原料成型设备1000包括：n段(n为2以上的整数)的辊轮对，其沿x方向排列设置，用于将原料薄膜化。各辊轮对100(或101)包括：二个辊轮11、12(或13、13)，其具有相同形状，并且在z方向上隔开间隔地配置。辊轮11、12、13绕轴线旋转。位于出料端的末段辊轮对101的各辊轮13为圆柱形。在除末段辊轮对101之外的n-1段的辊轮对100中的每一个中，各辊轮11、12包括中央部1和二个圆台部2。中央部1为圆柱形，并且位于辊轮11、12的y方向上的中央。二个圆台部2分别位于辊轮11、12的y方向上的两端，并且随着远离中央部1而逐渐缩窄。将圆台部2的母线与平行于y方向的方向所成的角设为θ，在从进料端到出料端的、除所述末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对100中，θ单调变化。
48.颗粒状的粉体或对粉体实施了预成型的成型体，作为原料最初存储在容器中。当原料为粉体时，原料作为自由流动的颗粒进给到原料成型设备1000。随着粉体的进给，独立的颗粒相互混合并开始失去其运动自由。当原料为成型体时，随着原料的进给，成型体进一步压延，最终成为具有期望厚度的电极膜。原料成型设备1000具有n段的辊轮对，原料在n段的辊轮对中被逐渐压实而成为膜200。在原料成型设备1000中，沿x方向观察，辊轮11、12具有中间大两端小的截面形状，并且多段辊轮对100中，辊轮11、12的形状从位于上游的、具有中央部1和圆台部2的形状连续变化至位于下游的、末段的辊轮对101中的辊轮13的圆柱形(即，θ单调变化)。因此，如图3所示，在压延原料时可以将原料逐渐地从y方向上的中间向两端挤出。由此，不仅可以在辊轮11、12的周向上也可以在辊轮11、12的轴向上压延原料，使得纤维化也可以沿辊轮11、12的轴向取向，实现原料薄膜化并提高膜的强度。此外，由于在由多段辊轮对100的压延中，随着辊轮对100中的辊轮11、12的形状的连续变化，可以向辊轮11、12的y方向上的两端挤压原料，因此，避免了位于辊轮11、12的y方向上的中间的原料的应力集中，从而避免原料中包含的活性物质被压溃。另外，通过多段辊轮对100中的辊轮11、12的形状的连续变化，使得原料形成的膜的厚度均匀。
49.另外，在根据本实用新型的原料成型设备1000中，沿x方向相邻的两个圆台部的θ之差在30
°
以内。图4示意性地示出相邻两段的辊轮对中的辊轮间的
△
θ》30
°
的情况。如图4所示，第n-2段的辊轮对100中的辊轮的圆台部2的θ为14
°
，第n-1段的辊轮对100中的辊轮的圆台部2的θ为46
°
。即，相邻两段的辊轮对100中的辊轮间的θ之差大于30
°
。在如图4所示的情况下，相比于第n-2段的辊轮对100，第n-1段的辊轮对100的形状急剧变化(图4中以点填充的部位)。并且，在原料的与辊轮的形状急剧变化的部分相对应的部分，压延力急剧地增加，有可能压溃原料中包含的活性物质。此外，当相邻两段的辊轮对中的辊轮间的
△
θ》30
°
时，也无法制作厚度均匀的膜。因此，根据本实用新型的原料成型设备1000，通过沿x方向相邻的两个圆台部的θ之差在30
°
以内，避免原料的局部应力中而导致的活性物质压溃。
50.另外，在除末段辊轮对101外的n-1段的辊轮对100中的每一个，对于辊轮11、12，设中央部1在y方向的长度为x，辊轮11、12在y方向上的长度为y，设圆台部2的面积较大的底面的直径为面积较小的底面的直径为则满足：1mm≦x《5000mm，200mm≦y≦5000mm，
0.01
°
《θ《90
°
。通过如此设置辊轮11、12的尺寸，可以适应市面上各种不同尺寸的电极膜。
51.图5示意性示出根据本实用新型的、多段辊轮对中的辊轮的形状变化的一种方式。如图5所示，在沿从进料端到出料端的x方向上的、除末段辊轮对101外的n-1段的辊轮对100中，中央部1在y方向上的长度x单调增加，且圆台部2的θ单调增加。此时，面积较小的底面的直径恒定。由此实现多段辊轮对100中的辊轮形状的连续变化(θ单调变化)。另外，中央部1在y方向上的长度x可以以线性变化、二次函数以及多次函数的方式单调增加。
52.图6示意性示出根据本实用新型的、多段辊轮对中的辊轮的形状变化的另一种方式。如图6所示，在沿从进料端到出料端的x方向上的、除末段辊轮对101外的n-1段的辊轮对100中，面积较小的底面的直径单调增加，且圆台部2的θ单调减小。此时，中央部1在y方向上的长度x恒定。由此，实现多段辊轮对100中的辊轮形状的连续变化。另外，圆台部2的直径可以以线性变化、二次函数以及多次函数的方式单调减小。
53.此外，也可以结合上述两种辊轮的形状变化方式，即，同时改变x和只要使得在从进料端到出料端的、、除末段辊轮对101外的n-1段的辊轮对100中θ单调变化即可。此外，相比于图6中所示的单调增加且θ单调减小的变化方式，从施压面的稳定性的角度出发，优选图5中所示的x单调增加且θ单调增加的变化方式。
54.图7是示意性示出在改变根据本实用新型的辊轮对中的辊轮的形状及辊轮间的间隔时，对应的膜的形状的变化。如图7所示，在从进料端到出料端的n段的辊轮对中，二个辊轮之间的z方向上的间隔逐渐减小，并且间隔为0.001mm以上且1mm以下。图3所示的原料成型设备1000的多段辊轮对中，辊轮之间的z方向上的间隔均不变，均为膜的期望厚度。与之相对地，在图7所示的情况下，辊轮之间的间隔逐渐变小，末段辊轮对101中的辊轮13、13之间的z方向上的间隔为膜的期望厚度。由此，原料逐渐形成为期望的厚度的膜，避免在原料压延过程中施加过大的压延力，防止原料中包含的活性物质被压溃。此外，通过逐渐减小辊轮之间的间隔，可以更均匀地成膜。
55.另外，在本实用新型的原料成型设备1000中，辊轮11、12、13的表面具有凹凸。由此，可以增加辊轮表面的表面粗糙度，不仅可以防止由于辊轮对间的原料的表面光滑而仅在表面加压，通过压力分散实现膜厚的均匀化，此外，还能减轻原料对辊轮的附着。
56.另外，在本实用新型的原料成型设备1000中，辊轮11、12、13的温度能够在室温至300℃范围内变化。由此，可以满足原料加工时温度的需求。
57.另外，本实用新型的原料成型设备1000可以用于制作各种能量存储装置的干电极膜。在此，能量存储装置可以是电容器或蓄电池、或结合上述两个或更多方面的混合能量存储装置。此时，原料为干法电极用粉体，并且可以包括ptfe作为粘合剂。但应理解的是，本技术的原料成型设备也可以用于其他粉体以及对粉体实施了预成型的成型体。
58.在本实用新型的原料成型设备1000可以具有2以上30以下的多段辊轮对。通过适当的设置原料成型设备的段数n，可以将原料逐渐成型为期望厚度的膜，避免压延过程中应力集中，并且可以使膜的厚度更均匀。
59.在本实用新型的原料成型设备1000的除末段辊轮对101之外的n-1段的辊轮对100
中的每一个中，辊轮11、12的y方向上的长度均等于末段辊轮对101中的辊轮103的y方向上的长度，并且中央部1的直径均等于末段辊轮对101中的辊轮103的直径。当各段的辊轮对100中的辊轮的y方向上的长度不同时，所形成的膜的y方向上的宽度由多段辊轮对100中的辊轮的y方向上的最短长度决定。在通过膜的期望宽度而确定了辊轮的y方向上的长度的情况下，通过将各段的辊轮对100中的辊轮的y方向上的长度设为均与末段辊轮对101中的辊轮103的y方向上的长度相同，并且将各段的辊轮对100中的中央部1的直径设为均与末段辊轮对101中的辊轮103的直径相同，可以实现原料成型设备的小型化并简化安装。
60.此外，本实用新型采用扫描电子显微镜(sem)来观察膜中活性物质的情况，即，通过所形成膜的性能来评价原料成型设备的性能。具体评价方法如下。以能够清晰地观察到预先设定的活性物质总数以上的活性物质的方式设置放大倍率，并且测量具有预先设定的活性物质总数的最小面积内的、被压溃的活性物质的个数。计算被压溃的活性物质的个数/预先设定的活性物质的总数，即破坏率。当破坏率为30％以下时，认为膜的性能优异，从而认为原料的成型设备的性能优异。
61.图8、图9是用于评价活性物质的破坏率的示意性的扫描电子显微镜照片。在图8、图9中，将sem设为3.0kv，8.0mm
×
1.00k，预先设定的活性物质总数为30个。用虚线示出被压溃的活性物质(仅为示意，未全部标出)，并用实线示出未被压溃的活性物质(仅为示意，未全部标出)。在图8中，存在13个被压溃的活性物质，即，破坏率为43％。在图9中，不存在被压溃的活性物质，即，破坏率为0％。
62.在下表1中，列出根据本实用新型的原料成型设备的实施例。此外，下表中，仅设备的尺寸不同，其他关于原料成膜的参数(例如，各辊的转速、辊轮对中两个辊轮的间隔、辊轮的温度等)均设为相同。在表1中，当破坏率小于等于30％，用
“○”
表示，当破坏率大于30％时，用
“×”
表示。从表1可以看出，根据本实用新型的原料成型设备的实施例的破坏率均小于等于30％，即，原料的成型设备的性能优异。
63.【表1】
64.[0065][0066]
[变形例]
[0067]
图10是示意性地示出根据本实用新型的变形例的原料成型设备的辊轮对的立体
图。原料成型设备1000a与原料成型设备1000不同之处在于，在除末段辊轮对之外的n-1段的辊轮对中的每一个中，两个辊轮11a、12a的形状不同(即，仅一个辊轮11a包含中央部1a和二个圆台部2a，而另一个辊轮12a为圆柱形)。
[0068]
图11是根据本实用新型的变形例的n(此处n＝6)段的辊轮对及对应的膜的形状的示意图。如图11所示，辊轮12a的形状为圆柱形。相应地在辊轮11a、12a之间的粉体，在靠近辊轮11a的一侧呈现与辊轮11a对应的形状，即，中间相对于两端凹入的形状；在靠近辊轮12a的一侧呈现与辊轮12a对应的形状，即大致平坦的形状。在图11所示的情况下，虽然相比于各辊轮对100中辊轮11、12具有相同形状(参照图1、图3)的情况，膜的形状变化较剧烈，但相比于现有技术中两个辊轮均为圆柱形的情况，在压延原料时变形例的原料成型设备1000a仍可以将原料逐渐地从y方向上的中间向两端挤出。由此，不仅可以在辊轮11a、12a的周向上也可以在辊轮11a、12a的轴向上压延原料，使得纤维化也可以沿辊轮11a、12a的轴向取向，实现原料薄膜化并提高膜的强度。此外，由于在由多段辊轮对100a的压延中，随着辊轮对100中的辊轮11、12的形状的连续变化，可以向辊轮11a、12a的y方向上的两端挤压原料，因此，避免了位于辊轮11a、12a的y方向上的中间的原料的应力集中，从而避免原料中包含的活性物质被压溃。另外，通过多段辊轮对100a中的辊轮11、12的形状的连续变化，使得原料形成的膜的厚度均匀。
[0069]
此外，上述针对原料成型设备1000的其他设置，如x方向相邻的两个圆台部的θ之差、辊轮形状连续变化的方式(x单调增加，且圆台部2的θ单调增加、或者单调增加且圆台部2的θ单调减小)、原料的构成等均可以应用于变形例的原料成型设备1000a。
[0070]
虽然以上结合附图和实施方式及变形例对本实用新型进行了详细地说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本实用新型。本领域技术人员在不偏离本实用新型的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本实用新型进行变形和变化，这些变形和变化均落入本实用新型的范围内。