CN215430810U - リチウム電池電極用ローラープレス

カレンダリングは、電極の品質が確保されるか失われるかを決定する工程です。圧力が弱すぎると 塗膜の多孔性が維持され、粒子間の接触が不十分になります。圧力が強すぎると、塗布を完了したばかりの容量を破壊してしまいます。 特許ではそのメカニズムを明確に述べています。過度な圧縮密度により 活物質粒子が極めてきつく接触し、分極が上昇し、動作電圧が低下して、 セルが塗布重量で約束されたよりも低い容量しか提示しなくなります。

これら2つの不具合モードの間には狭い適正範囲が存在し、1つの固定ニップを通じて1つの固定圧力をかけるプレス機では、その範囲内に安定して留まることができません。2021年9月1日に出願されたCN215430810Uは、圧縮を 独立して制御される2つの段階に分割し、最終ニップの前に加熱を追加し、さらに珍しいことに、稼働中にセルフクリーニングを行います。

特許情報

この特許が解決する製造上の課題

明細書では、当時使用されていたローラープレスにおける3つの明確な欠陥が特定されています。

過圧縮による容量の低下。圧縮密度が高すぎると、活物質粒子が過度に相互接触するように押し付けられます。分極が増大し、負荷時の動作電圧が低下し、使用可能な容量がコーティング重量から期待される値を下回ります。この欠陥はプレス機では目に見えず、容量選別の段階になって初めて現れますが、その時点ではすでにロール全体が処理された後です。

張力の変動による厚みの変動。特許には、電極の張力性能と熱間圧延効果が「2つの重要な影響因子のうちの1つ」であると記載されています。ウェブ張力が異なると電極材料の塑性が変化し、その変化がそのままニップを通過する厚みに伝播します。単一の固定圧力プレス機には、これを補正するメカニズムがありません。

清掃には機械の停止が必要。製造中に金属片やコーティングの粉塵がロール面に蓄積します。従来のプレス機では、ラインを停止させるしか解決策がありません。製造現場において、その停止こそが（清掃作業そのものではなく）真のコストとなります。

核心的なアプローチ：カレンダー加工が担う2つの作業の分離

単一のニップには、緩いコーティングを緻密な層に固めることと、最終的な厚みを正確に保持することという、両立しがたい2つの作業が同時に求められます。これら2つの作業には異なる圧力が必要です。

CN215430810Uはこれらを分離します。ウェブはまず軽圧ステージを通過し、次に重圧ステージを通過します。それぞれが独自の昇降シリンダーを備えています。1回目のパスで固めを行い、2回目で最終的な寸法を設定します。2つのシリンダーは独立しているため、オペレーターは妥協した1つの値ではなく、2つの別々のギャップを設定できます。特許には「軽圧昇降シリンダーと重圧昇降シリンダーが配置されているため、異なる押し出し厚みを実現できる」と記載されています。「軽圧昇降シリンダーと重圧昇降シリンダーが配置されているため、異なる押し出し厚みを実現できる」

同じ理由で、ステージ間に熱が加えられます。電極を加熱すると材料の塑性が高まるため、より低い機械的圧力で目標密度に達します。これこそが、前述の過圧縮による損傷を回避するメカニズムです。プレス機は力ではなく温度によって密度を達成します。

構造仕様

ローラー列（ウェブ進行順）

独立した昇降機構

軽荷重下部ローラーは、軽荷重昇降フレームに溶接されており、軽荷重昇降シリンダーの延長ロッドによって駆動される。高荷重下部ローラーは、独自の高荷重昇降フレームと高荷重昇降シリンダーを備えている。2つの独立したアクチュエーターにより、2つの隙間は個別に設定および保持される。一方のステージが他方を拘束することはない。

ガイド付きローラー移動

左右のガイド溝が中間構造内で各加圧ローラーの両側に装着されたプーリーとかみ合います。溝が垂直方向の移動を単一軸に制限し、プーリーが摺動摩擦を低減するため、指令されたギャップの変化は、引っかかりやオーバーシュートを起こすことなく、毎回正確に実際のギャップ変化として反映されます。

インライン加熱ローラー

金属製加熱ローラー内部の加熱キャビティには、外部供給源に接続された加熱パイプが埋め込まれています。熱は別のオーブン工程ではなく、ローラー列内のウェブ自体に直接加えられます。

連続磁気デブリ捕捉

重量のある上部加圧ローラーの電磁石が、上部の横フレームに取り付けられています。これにより、製造中に残留する金属片や粉塵を継続的に吸着します。

この配置は意図的なものです。重量のある上部ローラーは電極が通過する最後のニップ位置にあるため、それ以前の段階で除去されなかった鉄粉は完成した電極に押し込まれてしまいます。そうなると、単なる外観上の傷ではなく、組み立てられたセル内で内部短絡を引き起こす潜在的な原因となります。

駆動装置

そのモーターフレームは4つのモーターを搭載しており、ローラー列を駆動します。

主張される利点

単圧ローラープレスとの比較

この仕様書は、当時使用されていたローラープレスの3つの欠点を特定しています。製造中に密度を調整できないこと、ロールに金属破片が蓄積すること、そして張力による変動が最終的な厚みに影響を与えることです。この特許は、これらすべてを1台の機械で解決します。

この技術の現在の用途

この特許は、TOBの製造用ローラープレスの機械的構造をカバーしています。この特許が保護する2段階の原理（最初に固め、次に寸法を決め、その間に加熱を行う）は、当社のカレンダー装置がフル生産ロール全体で電極の厚みを維持する方法です。

• 4680タブレスバッテリー用高精度電極ロールプレス機- タブレスセル製造に適用される2段階圧縮原理
• リチウムバッテリー用連続油圧ローラー熱プレス機- 連続ラインの最終ニップ前におけるインライン加熱
• バッテリー電極用油圧加熱カレンダー機- 電極カレンダー加工のための加熱ロールによる油圧プレス
• 電極準備- このプレス機が組み込まれている混合、コーティング、カレンダー加工ライン

関連機器のお問い合わせ：見積もりを依頼する

特許図面

よくある質問

完全な仕様書および図面：Google Patentsの CN215430810U