CN215430810U – Walzenpresse für Lithium-Batterie-Elektroden

Beim Kalandrieren entscheidet sich, ob die Elektrodenqualität erhalten bleibt oder verloren geht. Drückt man zu leicht, bleibt die Beschichtung porös und der Kontakt zwischen den Partikeln ist mangelhaft. Drückt man zu stark, zerstört man die gerade aufgebrachte Kapazität – das Patent beschreibt den Mechanismus eindeutig: Eine zu hohe Verdichtungsdichte presst die Aktivmaterialpartikel zu eng zusammen.Die Polarisation steigt, die Betriebsspannung sinkt, und die Zelle liefert eine geringere Kapazität als die Beschichtungsmasse versprochen hat.Die

Zwischen diesen beiden Fehlermodi liegt ein schmaler Bereich, und eine Presse, die einen konstanten Druck durch einen festen Pressspalt ausübt, kann nicht zuverlässig innerhalb dieses Bereichs bleiben. Die am 1. September 2021 eingereichte Patentanmeldung CN215430810U unterteilt die Verdichtung in zwei unabhängig voneinander gesteuerte Stufen, führt vor dem letzten Pressspalt Wärme zu und reinigt sich – ungewöhnlicherweise – während des Betriebs selbst.

Patentinformationen

Das Produktionsproblem, das dieses Patent löst

Die Spezifikation identifiziert drei verschiedene Fehlerarten bei den damals gebräuchlichen Walzenpressen.

Übermäßige Verdichtung zerstört die Speicherkapazität.Wird die Verdichtungsdichte zu hoch eingestellt, kommen die Aktivmaterialpartikel in übermäßigen Kontakt. Dadurch erhöht sich die Polarisation, die Betriebsspannung unter Last sinkt und die nutzbare Kapazität fällt unter den Wert, den das Beschichtungsgewicht eigentlich liefern sollte. Der Defekt ist an der Presse nicht sichtbar und wird erst bei der Kapazitätssortierung erkennbar – zu diesem Zeitpunkt ist bereits eine ganze Walze verarbeitet.

Spannungsschwankungen führen zu Dickenschwankungen.Das Patent besagt, dass die Zugfestigkeit und der Warmwalzeffekt der Elektrode„einer von zwei wichtigen Einflussfaktoren.“Unterschiedliche Bahnspannungen verändern die Plastizität des Elektrodenmaterials, und diese Veränderung wirkt sich direkt auf die Dicke des aus dem Walzenspalt austretenden Materials aus. Eine Presse mit konstantem Anpressdruck verfügt über keinen Mechanismus zum Ausgleich dieser Veränderung.

Zur Reinigung muss die Maschine angehalten werden.Während der Produktion sammeln sich Metallspäne und Beschichtungsstaub auf den Walzenoberflächen an. Bei einer konventionellen Presse hilft nur ein Produktionsstopp. In der Fertigung verursacht dieser Stillstand – nicht die Reinigung selbst – die eigentlichen Kosten.

Der Kernansatz: Die beiden Aufgaben des Kalandrierens trennen

Eine einzelne Walzenpresse muss zwei unvereinbare Aufgaben gleichzeitig erfüllen: lose Beschichtung zu einer dichten Schicht verdichten und eine präzise Enddicke gewährleisten. Für diese beiden Aufgaben sind unterschiedliche Drücke erforderlich.

CN215430810U trennt sie. Das Web übergibt einleichte Pressstufezuerst, dann einschwere PressstufeJeder Zylinder hat seinen eigenen Hubzylinder. Die Konsolidierung erfolgt im ersten Durchgang; das endgültige Maß wird im zweiten Durchgang festgelegt. Da die beiden Zylinder unabhängig voneinander arbeiten, stellt der Bediener zwei separate Spaltmaße ein anstatt eines Kompromisswertes – so die Patentschrift.„Durch die Anordnung von Leichtdruck- und Schwerdruck-Hebezylindern lassen sich unterschiedliche Strangpressdicken realisieren.“

Zwischen den einzelnen Stufen wird aus demselben Grund Wärme zugeführt. Durch die Erwärmung der Elektrode wird die Plastizität des Materials erhöht, sodass die Zieldichte bei geringerem mechanischem Druck erreicht wird – genau dieser Mechanismus verhindert die oben beschriebene Überverdichtungsschädigung. Die Presse erreicht die Dichte durch Temperatur und nicht durch Kraft.

Strukturelle Spezifikation

Walzenzug, in Web-Ordnung

Unabhängige Hebemechanismen

Die untere Walze für die leichte Pressung ist an eineleichter Druckheberahmenangetrieben durch die Verlängerungsstange einesLeichter DruckhebezylinderDie schwere, untere Walze hat ihre eigeneSchwerlast-HeberahmenUndSchwerlast-HebezylinderZwei separate Aktuatoren ermöglichen das unabhängige Einstellen und Halten der beiden Spalte. Keine der Stufen schränkt die andere ein.

Geführte Rollenbewegung

Links und rechtsFührungsnutenin der Zwischenstruktur einbeziehenAn beiden Seiten jeder Presswalze sind Riemenscheiben montiert.Die Nuten begrenzen die vertikale Bewegung auf eine einzige Achse, während die Rollen die Gleitreibung verringern, sodass eine vorgegebene Spaltänderung jedes Mal die gleiche tatsächliche Spaltänderung bewirkt, anstatt zu blockieren und überzuschwingen.

Inline-Heizwalze

AHeizraumIm Inneren der metallischen Heizwalze befindet sich ein eingebettetesHeizungsrohrangeschlossen an eine externe Stromversorgung. Die Wärme wird direkt im Walzenzug auf die Bahn aufgebracht, nicht in einer separaten Ofenstufe.

Kontinuierliche Erfassung von Magnetschrott

EinElektromagnetist auf einem Querrahmen montiertoberhalb der schweren oberen DruckwalzeEs adsorbiert während der Produktion kontinuierlich Restmetallfragmente und Staub.

Diese Positionierung ist beabsichtigt. Die schwere obere Walze befindet sich an der letzten Stelle, an der die Elektrode die Walze durchläuft, sodass jedes Eisenpartikel, das bis zu diesem Zeitpunkt nicht entfernt wurde, in die fertige Elektrode gepresst wird – wo es zu einem potenziellen internen Kurzschluss in der montierten Zelle wird und nicht nur eine kosmetische Markierung darstellt.

Fahren

DerDer Motorrahmen trägt vier Motoren., der den Walzenzug fährt.

Beanspruchte Leistungen

Vergleich mit Einwalzenpressen

Die Spezifikation benennt drei Schwachstellen der damals gebräuchlichen Walzenpressen: Die Dichte ließ sich während der Produktion nicht anpassen, Metallabrieb sammelte sich an den Walzen an, und spannungsbedingte Schwankungen beeinträchtigten die Enddicke. Dieses Patent behebt alle drei Probleme innerhalb einer einzigen Maschine.

Wo diese Technologie heute eingesetzt wird

Dieses Patent schützt die mechanische Architektur der Walzenpressen von TOB. Das geschützte zweistufige Prinzip – zuerst Verfestigung, dann Dimensionierung mit dazwischenliegender Wärmebehandlung – sorgt dafür, dass unsere Kalandrieranlagen die Elektrodenstärke über die gesamte Produktionswalze konstant halten.

• Hochpräzisions-Elektrodenwalzpresse für 4680-Tabless-Batterie- das zweistufige Verdichtungsprinzip angewendet auf die Herstellung von Tabellenzellen
• Kontinuierliche hydraulische Walzen-Heißpresse für Lithiumbatterien- Vorwärmung in der Leitung vor dem letzten Druckvorgang an einer durchgehenden Leitung
• Hydraulische Heizkalandermaschine für Batterieelektroden- Hydraulisches Pressen mit beheizten Walzen zum Elektrodenkalandrieren
• Elektrodenvorbereitung- die Misch-, Beschichtungs- und Kalanderlinie, in der diese Presse steht

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Patentzeichnungen

Häufig gestellte Fragen

Vollständige Spezifikation und Zeichnungen:CN215430810U auf Google Patents