锂电池制造十大关键设备(上)

锂电十大关键设备之一：制浆设备

浆是将活性物质，导电剂，分散剂，粘结剂，添加剂等组分按照一定比例和顺序加入搅拌机中，在搅拌桨和分散盘的翻动，揉捏，剪切等机械作用下混合在一期，形成均匀稳定的固液悬浮体系。

01 制浆工艺介绍

1.1 制浆工艺的重要性

锂离子电池的性能上限是由所采用的化学体系（正极活性物质、负极活性物质、电解液）决定的，而实际的性能表现关键取决于极片的微观结构，而极片的微观结构主要是由浆料的微观结构和涂布过程决定的，这其中浆料的微观结构占主导。因此有个广泛认可的说法是在制造工艺对锂离子电池性能的影响中，前段工序的影响至少占70%，而前段工序中制浆工序的影响至少占70%，也就是说，制浆工序的影响约占一半。

1.2 浆料的组成及各组分的理想分散状态

锂离子电池的电极材料包括活性物质、导电剂和黏结剂三种主要成分，其中活性物质占总重的绝大部分，一般在90%～98%之间，导电剂和黏结剂的占比较小，一般在1%～5%之间。这几种主要成分的物理性质和尺寸相差很大，其中活性物质的颗粒一般在1～20μm之间，而导电剂绝大部分是纳米碳材料，如常用的炭黑的一次粒子直径只有几十纳米，碳纳米管的直径一般在30nm以下，黏结剂则是高分子材料，有溶于溶剂的，也有在溶剂中形成微乳液的。

锂离子电池的电极需要实现良好的电子传输和离子传输，从而要求电极中活性物质、导电剂和黏结剂的分布状态满足一定的要求。电极中各材料的理想分布状态如图1所示，即活性物质充分分散，导电剂充分分散并与活性物质充分接触，形成良好的电子导电网络，黏结剂均匀分布在电极中并将活性物质和导电剂粘接起来使电极成为整体。



图1 锂离子电池电极中各材料的理想分布状态

为了得到符合上述要求的极片微观结构，需要在制浆工序中得到具有相应微观结构的浆料。也就是说，浆料中活性物质、导电剂和黏结剂都必须充分分散，且导电剂与活性物质之间、黏结剂与导电剂／活性物质之间需要形成良好的结合，而且浆料中各组分的分散状态必须是稳定的。

浆料实际上是固体颗粒悬浮在液体中形成的悬浮液，悬浮液中颗粒之间存在着多种作用力，其中由范德华力形成的颗粒之间的吸引力是颗粒团聚的主要原因，要防止这种团聚，需要使颗粒之间具有一定的斥力。常见的斥力包括静电斥力和高分子链形成的空间位阻。描述胶体分散液稳定性的一个经典理论是DLVO理论(Deryaguin-Landau-Verwey-overbeek theory)，它考虑了双电层静电斥力和范德华引力的综合作用（见图2），由图2可见在一定距离上由静电斥力和范德华力构成的总能量会达到一个极大值Gmax，这个极大值形成了一个能垒，能够防止颗粒之间进一步接近形成硬团聚(gprimary)。



图2 DLVO理论中由双电层斥力和范德华引力构成的颗粒间相互作用能随颗粒间距离的变化情况

在锂离子电池浆料中，黏结剂的分子链吸附在颗粒表面所形成的空间位阻对于浆料的稳定性有非常重要的作用。当黏结剂分子吸附在颗粒表面上形成吸附层后，两个颗粒表面的吸附层相互靠近时，由于空间位阻会产生相互作用能，空间位阻作用力与双电层斥力以及范德华引力一起构成了颗粒之间总的相互作用能，如图3所示。



图3 颗粒表面吸附有高分子链后的颗粒间相互作用能随颗粒间距离的变化情况

因此，要防止浆料中的颗粒出现团聚，就需要让黏结剂的高分子链吸附到颗粒表面，形成一定的空间位阻，使得浆料的分散状态能够长时间保持稳定。

1.3 制浆的微观过程

锂离子电池的制浆过程就是将活性物质和导电剂均匀分散到溶剂中，并且在黏结剂分子链的作用下形成稳定的浆料，从微观上看，其过程通常包括润湿、分散和稳定化三个主要阶段（如图4所示）。



图4 微观上看制浆的三个主要阶段

润湿阶段是使溶剂与粒子表面充分接触的过程，也是将粒子团聚体中的空气排出，并由溶剂来取代的过程，这个过程的快慢和效果一方面取决于粒子表面与溶剂的亲和性，另一方面与制浆设备及工艺密切相关。

分散阶段则是将粒子团聚体打开的过程，这个过程的快慢和效果一方面与粒子的粒径、比表面积、粒子之间的相互作用力等材料特性有关，另一方面与分散强度及分散工艺密切相关。

稳定化阶段是高分子链吸附到粒子表面上，防止粒子之间再次发生团聚的过程，这个过程的快慢和效果一方面取决于材料特性和配方，另一方面与制浆设备及工艺密切相关。

需要特别指出的是，在整个制浆过程中，并非所有物料都是按上述三个阶段同步进行的，而是会有浆料的不同部分处于不同阶段的情况，比如一部分浆料已经进入稳定化阶段，另一部分浆料还处于润湿阶段，这种情况实际上是普遍存在的，这也是造成制浆过程复杂性高、不易控制的原因之一。

1.4 浆料的分散设备和工艺

用于浆料分散的设备主要包括两大类，一类是利用流体运动产生的剪切力对颗粒团聚体进行分散的设备，包括采用各种类型搅拌桨的搅拌机、捏合机，还包括三轴研磨机和盘式研磨机等，另一类是利用研磨珠对颗粒团聚体进行冲击从而达到分散效果的设备，主要包括搅拌磨等。当然还有一些比较特殊的分散设备，比如超声波分散机是利用超声波产生的空化和瞬间的微射流来对颗粒团聚体进行分散的。这些不同类型的分散设备如图5所示。



图5 不同类型的分散设备

以上这些分散设备并非都适用于锂离子电池的制浆，比如采用研磨珠的搅拌磨由于研磨珠产生的冲击力很大，容易破坏一些正负极活性物质表面的包覆层，甚至有可能将活性物质打碎，因而很少被用于锂离子电池的制浆；超声波分散设备并不适用于高固含量、高黏度的浆料，而锂离子电池的浆料恰恰是高固含量（正极浆料可达60%～80%，负极浆料可达40%～60%）和高黏度(20～200Pa·s)的，并不适合用超声波分散机来进行分散。因此，实际上用于锂离子电池制浆的设备都属于用流体运动产生的剪切力来进行分散的类型，包括搅拌机、捏合机等，其中最典型的设备就是双行星搅拌机，其构造和原理将在第2小节详细介绍。

制浆工艺对于锂离子电池浆料的性能影响也很大，最典型的是采用不同的加料顺序所得到的浆料性能可以有很大不同。如有文献报道采用两种不同的加料顺序来制备镍-钴-锰三元正极材料的浆料，所得到的浆料特性和电极性能相差很大，如图6所示。第二种加料顺序所得到的浆料固含量更高，且电极的剥离强度和电导率都要高很多，其原因在于导电剂与主材先进行干混能够让导电剂包覆在主材表面，减少了游离的导电剂，结果是一方面降低了浆料的黏度，另一方面减少了干燥后导电剂的团聚，有利于形成良好的导电网络。



图6 不同加料顺序制浆方法

目前锂电行业常用的制浆工艺有两大类，分别称为湿法工艺和干法工艺，其区别主要在于制浆前期浆料固含量的高低，湿法工艺前期的浆料固含量较低，而干法工艺前期的浆料固含量较高。这两类制浆工艺的典型工艺流程如图7所示。



图7 锂离子电池制浆的湿法工艺和干法工艺

湿法制浆的工艺流程是先将导电剂和黏结剂进行混合搅拌，充分分散后再加入活性物质进行充分的搅拌分散，最后加入适量溶剂进行黏度的调整以适合涂布。黏结剂的状态主要有粉末状和溶液状，先将黏结剂制成胶液有利于黏结剂的作用发挥，但也有公司直接采用粉末状的黏结剂。需要指出的是当黏结剂的分子量大且颗粒较大时，黏结剂的溶解需要较长的时间，先将黏结剂制成胶液是必要的。
干法制浆的工艺流程是先将活物质、导电剂等粉末物质进行预混合，之后加入部分黏结剂溶液或溶剂，进行高固含量高黏度状态下的搅拌（捏合），然后逐步加入剩余的黏结剂溶液或溶剂进行稀释和分散，最后加入适量溶剂进行黏度的调整以适合涂布。干法制浆工艺的特点是制浆前期要在高固含量、高黏度状态下进行混合分散（捏合），此时物料处于黏稠的泥浆状，搅拌桨施加的机械力很强，同时颗粒之间也会有很强的内摩擦力，能够显著促进颗粒的润湿和分散，达到较高的分散程度。因此，干法制浆工艺能够缩短制浆时间，且得到的浆料黏度较低，与湿法制浆工艺相比可以得到更高固含量的浆料。但干法制浆工艺中物料的最佳状态较难把控，当原材料的粒径、比表面积等物性发生变化时，需要调整中间过程的固含量等工艺参数才能达到最佳的分散状态，会影响到生产效率和批次间的一致性。02 制浆设备现状
2.1 传统制浆设备——双行星搅拌机

目前国内外在锂离子电池的制浆上普遍采用的还是传统的搅拌工艺，通常采用双行星搅拌机。双行星搅拌机的工作原理是使用2～3个慢速搅拌桨做公转和自传相结合的运动，使得桨叶的运动轨迹能够覆盖整个搅拌桶内的空间，如图8所示。



图8 双行星搅拌机的慢速桨做公转和自转相结合的运动时的轨迹

随着技术的进步，在原有的慢速桨的基础上又增加了高速分散桨，利用齿盘的高速旋转形成强的剪切作用，可以对已经初步混合好的浆料进行进一步的分散，如图9所示。



图9 带高速分散桨的双行星搅拌机

双行星搅拌机的突出优势是能够方便地调整加料顺序、转速和时间等工艺参数来适应不同的材料特性，并且在浆料特性不满足要求时可以很容易地进行返工，适应性和灵活性很强。此外，在品种切换时，双行星搅拌机尤其是小型搅拌机的清洗较为简单。

在双行星搅拌机中，物料被搅拌桨作用的时间存在概率分布，要保证所有物料充分混合和分散需要很长的搅拌时间。早期一批浆料的制备需要10多个小时，后来通过工艺的不断改进，尤其是引入干法制浆工艺后，制浆时间可以缩短到3～4h。但由于原理上的限制，双行星搅拌机的制浆时间难以进一步缩短，其制浆的效率比较低，单位能耗偏高。

由于搅拌桶的体积越大，越难达到均匀分散的效果，目前用于锂离子电池制浆的双行星搅拌机的最大容积不超过2000L，一批最多能够生产1200L左右的浆料。

目前双行星搅拌机的主要厂商有：美国罗斯，日本浅田铁工、井上制作所，国内红运机械等。双行星搅拌机的技术已经非常成熟。

2.2 新型浆料分散设备——薄膜式高速分散机

由于双行星搅拌机的分散能力有限，用于一些难分散的物料如小粒径的磷酸铁锂材料、比表面积很大的导电炭黑时，难以达到良好的分散效果，因此需要配合使用一些更高效的分散设备。日本的PRIMIX公司推出的薄膜式高速分散机就是一种性能优良的浆料分散设备。

它的工作原理是：浆料从下部进入分散桶后，随分散轮一起高速旋转，浆料在离心力作用下被甩到分散桶的内壁上形成浆料环，而且浆料在离心力作用下会高速脱离分散轮外壁撞击分散桶壁，同时在轮壁表面瞬间形成真空，促使浆料穿过分散轮上的分散孔，形成如图10所示的运行轨迹。



图10 浆料在薄膜式高速分散机中的运行轨迹

同时，由于分散轮与桶壁之间的间隙只有2mm，当分散轮高速旋转（线速度可达30～50m/s）时，浆料在这个小间隙里会受到均匀且强烈的剪切作用。浆料在分散桶内的滞留时间约30s，在此期间，浆料在分散机中不断循环运动并被剪切分散，因此能够达到理想的分散效果。图11是通过仿真计算得到的双行星搅拌机和薄膜式高速分散机中浆料所受到剪切作用的强度和频率的对比，从图中可以明显地看到，双行星搅拌机中只有在搅拌桨的端部区域浆料才会受到强的剪切作用，导致浆料受到高剪切作用的频率很低，而薄膜式高速分散机中浆料在整个区域内都能受到强的剪切作用，使得浆料受到高剪切作用的频率很高，从而大幅度提高了浆料的分散效果和效率。



图11 浆料在薄膜式高速分散机和双行星搅拌机中所受到剪切作用的强度和频率的对比

这种薄膜式高速分散机是日本PRIMIX公司首创，已被韩国及中国的一些锂离子电池厂采用。尚水智能首先将其引入国内，并且其产品性能达到了PRIMIX产品的同等水平。需要指出的是，这种薄膜式高速分散机不能单独用来制浆，需要先用双行星搅拌机等设备对粉体和液体原料进行预混得到浆料之后才能用它来进一步分散，因此这种设备的应用有一定的局限性，通常与双行星搅拌机配合应用于难分散材料的制浆。

2.3 新型制浆设备——双螺杆制浆机

针对双行星搅拌机效率不高的问题，一些厂家推出了新型的制浆工艺和设备，其中德国布勒推出的以双螺杆挤出机为核心设备的连续式制浆系统引起了广泛关注。双螺杆挤出机原本被广泛应用于塑料加工等行业，适用于高黏度物料的混合和分散。布勒将这种设备引入到了锂离子电池的制浆领域，通过在螺杆的不同部位投入粉体和液体来连续地制备出浆料。

具体过程是：先将活性物质和导电剂的粉体投入螺杆的最前端，然后在螺杆的输送作用下向后端移动，然后在螺杆的后续部位分多次投入溶剂或者胶液，并在各种不同的螺杆元件的作用下实现捏合、稀释、分散、脱气等工艺过程，到了螺杆的最末端，输出的就是成品浆料，整个过程如图12所示。



图12 双螺杆制浆机的制浆过程示意图

在双螺杆制浆机中，浆料的分散主要是在捏合阶段完成的，这一阶段浆料的黏度高，在螺杆元件的作用下产生强烈的剪切作用，从而实现浆料的高效分散。浆料在捏合元件的作用下的运动情况及受到的剪切作用如图13所示。



图13 浆料在双螺杆中的运动及受到的剪切作用

常用的捏合元件包括有传输作用和无传输作用两种类型，见表1。
表1 捏合元件的示意图及其混合、剪切及传输效果


由于双螺杆机的制浆过程是将粉体和液体原料在连续投料的过程中进行混合，大大提高了宏观混合的效率，加上捏合元件对高固含量、高黏度浆料进行高强度的剪切分散，大幅度提高了分散效率，因此双螺杆制浆机具有效率高、能耗低的显著优势。

但是双螺杆制浆机用于锂离子电池的制浆也有一些明显的短板。首先，由于双螺杆制浆机的螺杆很长，并且需要减小磨损和延长停留时间，转速就不能太快，通常螺杆元件端部的线速度在2～3m/s之间。在这种较低的线速度下要产生很强的剪切作用，同时也为了减少残留，就需要把螺杆元件之间以及螺杆元件与筒壁之间的最小间隙控制得很小，目前双螺杆制浆机中这个最小间隙在0.2～0.3mm。这么小的间隙对于加工和安装的精度要求很高，也容易造成螺杆元件的磨损，而磨损下来的金属异物可能会对锂离子电池产品造成严重安全隐患。其次，双螺杆制浆机的连续制浆模式要求粉体和液体原料必须精准地进行动态计量，保证所有粉体和液体的给料流量准确且稳定，一旦某种原料的给料流量出现波动，就会导致浆料中的原料配比出现波动，这种波动一旦超出范围，就会造成一部分浆料的报废，甚至给后续工序造成不可预料的损失。因此，这种连续式制浆系统必须配备高精度的原材料动态计量和给料系统，这导致整套系统的成本显著升高。在实际生产中，为了防止瞬间的给料流量出现波动导致异常，通常会在双螺杆挤出机的后面配备一个大的带搅拌的缓存罐，用于将双螺杆挤出机制备出来的浆料进行一定程度的均匀化，消除给料流量的瞬间波动造成的影响，但这种做法某种程度上使得整套系统接近批次式制浆系统。此外，双螺杆制浆机对原材料的品质波动敏感，一旦由于原材料的品质波动导致浆料参数不合格时，无法进行返工处理。而且在品种切换时，可能需要改变一部分螺杆元件来适应新的材料和配方，导致适应性较差。

目前，双螺杆制浆机的供应商主要是德国布勒，国内一些厂家也能提供类似的设备。这种连续式制浆系统已有国内的动力电池厂采用。

2.4 新型制浆设备——循环式制浆机

鉴于连续式制浆机的长处和短板，一些厂家推出了半连续式制浆系统，其中尚水智能推出的循环式高效制浆机结合了连续式制浆系统和批次式制浆系统的优势，采用批次计量、连续投料制浆、循环分散的方式来实现浆料的高效制备和整批浆料的均匀分散，已经被国内高端动力电池厂所采用。

尚水智能循环式制浆机的基本结构如图14所示。其基本工作原理是先将粉体混合好后通过粉体加料模块按设定的流量连续投入制浆机中，粉体在制浆机排料形成的负压条件下脱出部分气体，并且被高速旋转的粉体打散装置打散成烟雾状，然后被吸入快速流动的液体中，被浸润并分散到液体中。浆料在向下流动进入叶轮下部的分散模块时，受到高速旋转的叶轮与固定在腔体上的定子构成的定转子结构的强烈剪切作用，达到良好的分散状态，并被叶轮加速后通过设置在切向方向的出料口排出。



图14 尚水智能循环式制浆机的基本结构

尚水智能循环式制浆机的制浆流程简述如下：

①将活性物质、导电剂等粉体在粉体混合机中进行预混合，同时将液体投入循环罐A中搅拌均匀。

②通过浆料输送泵将循环罐A中的液体输送到循环式制浆机，从循环式制浆机排出的液体再回到循环罐A，如此，液体在循环罐与循环式制浆机之间不断循环。与此同时，粉体通过给料装置连续输送到循环式制浆机，与快速流动的液体混合并被分散到液体中，形成的浆料被排出到循环罐A。随着粉体的不断投入，循环罐A中浆料的固含量不断提高，直至所有粉体都投入液体中，此时浆料的固含量达到最大值，此过程如图15所示。



图15 尚水智能循环制浆系统的粉液混合阶段示意图

③通过浆料输送泵将循环罐A中的浆料输送到循环式制浆机，分散后的浆料排出到循环罐B，当循环罐A中的浆料排空后，再将循环罐B中的浆料输送到循环式制浆机，然后排出到循环罐A，如此浆料在循环罐A和循环罐B之间来回循环，每次循环都让全部浆料依次通过循环式制浆机，直至浆料充分分散且黏度满足要求，此过程如图16所示。



图16 尚水智能循环制浆系统的循环分散阶段示意图

尚水智能循环式制浆机通过将粉体打散后与快速流动的液体相混合的方式大幅度提高了粉液接触面积，从而显著提高了粉体的润湿速度，同时通过采用高剪切强度的定转子分散模块大幅度提高了分散效果和效率，使得循环式制浆机的效率显著高于传统的双行星搅拌机。而且，循环式制浆机的分散效果与薄膜式高速分散机相当，能够取代双行星搅拌机加薄膜式高速分散机的组合。与此同时，循环式制浆机采用批次计量的方式，浆料组成和品质容易控制，并且能够通过改变转速、流量和循环次数等工艺参数的方式来适应各种材料和配方，其适应性与双行星搅拌机相当，显著优于双螺杆制浆机。此外，循环式制浆机本身的结构简单，配套的计量和给料系统也很简单，整套系统的成本较双螺杆制浆机有明显优势。循环式制浆机与双行星搅拌机以及双螺杆制浆机的比较见表2。
表2 循环式制浆机与双行星搅拌机及双螺杆制浆机的比较


03 制浆设备未来发展趋势

传统的搅拌机到目前为止仍然是制浆设备的主流，它的优势在于很强的适应性，特别适用于品种切换频繁且批量不大的锂离子电池的生产。但是在品种切换不那么频繁且批量大的动力电池制造领域，搅拌机的单机产能低、能耗高的劣势使得它将被新的分散效率更高的制浆设备逐步取代，例如，国内尚水智能的循环式制浆机就逐渐被高端动力电池厂商接受并采用。另外，研究新型分散剂，减少对强力分散设备的依赖也是行业未来发展的方向之一。

锂电十大关键设备之二：涂布设备

涂布工艺是一种基于对流体物性的研究，将一层或者多层液体涂覆在一种基材上的工艺，基材通常为柔性薄膜或者衬纸，然后涂覆的液体涂层经过烘箱干燥或者固化方式使之形成一层具有特殊功能的膜层。锂离子电池极片涂覆的方式目前主要有逗号辊转移涂布和狭缝挤压涂布。

01 涂布机设备原理及分类

极片涂布设备的原理：将正极或负极等配方所需的材料均匀混合好后涂覆或复合在铝箔或铜箔的正反面，如果需要可以通过能量传导的方式将浆料中的溶剂挥发后达到客户的技术要求的机电一体化设备。

逗号刮刀逆向转移涂布原理如图1所示。



图1 逗号刮刀逆向转移涂布原理

通过调整涂布辊与逗号刮刀之间的间隙大小将浆料计量在涂布辊上，再通过调节背辊和涂布辊的间隙大小实现计量在涂布辊上的浆料全部转移到箔材上。

狭缝模头涂布原理如图2所示。



图2 狭缝模头涂布原理

这是一种高精度的预计量涂布方式，将牛顿或非牛顿流体浆料用计量泵供给狭缝模头后均匀地涂覆在基材表面的一种装置，其中涂布厚度大小计算公式如下：



另外，模头是这个狭缝涂布方式的重要部件，是决定涂布精度的关键因素之一。由于涂布的速度越来越快，现在有客户开始使用真空腔机构来保证在高速涂布过程中涂布质量，通常涂布速度≥30m/min的时候要考虑这个负压腔的结构。

狭缝模头原理如图3所示。



图3 狭缝模头原理

模头的设计要考虑以下几个方面的因素：

①根据浆料的流变参数进行流道型腔计算和仿真；

②上下模唇的平面度和直线度要求；

③模头的材料选择，尽可能选用不锈钢材料；

④使用过程中防止金属异物的产生，如果不可避免一定要做好防护，使异物不能进入浆料中；

⑤方便拆卸和清洗。

干法极片制备原理如图4所示。



图4 干法极片制备原理

涂布技术有可能成为颠覆性的创新，如果和固态电池技术结合后可以满足未来新型锂电池的需要，例如硫化物固态电解质和干法极片技术是一个很好的期待，这个技术的优势如下：

①可以满足欧洲苛刻的环保要求，生产过程绿色环保；

②生产过程中安全，传统锂电池正极涂布浆料使用的溶剂是NMP溶液，安全性不好；

③设备投入成本低，占地面积小，环境湿度要求降低；

④可以制备厚极片，这样相同的体积比容量可以节约箔材和隔膜，有很好的BOM成本优势。

02 设备组成及关键结构

设备共由五大部分组成：放卷单元、涂布单元（含供料系统）、干燥单元、出料单元、收卷单元。涂布机单元构成如图5所示。



图5 涂布机单元构成

2.1 放卷单元

放卷方式有自动接带方式和手动接带方式两种。手动接带放卷单元如图6所示。



图6 手动接带放卷单元

待生产的成卷材料安装于放卷轴上，经过纠偏及张力控制后，导入涂工部分。该装置的主要控制点为放卷纠偏及张力。

纠偏由专用的EPC控制单元实现，超声波位置检测传感器（可实现对透明箔材的检测）实时检测材料边缘的位置，通过电机驱动放卷装置左右移动，以适合材料的边缘与纠偏传感器的相对位置恒定。

纠偏模式分为三种：全自动，控制系统通电后即进入自动纠偏状态（根据纠偏传感器决定驱动电机的运动）；半自动，系统在自动运行时（涂布、牵引）进入自动纠偏状态，而处于停止状态时则进入手动纠偏状态；手动，无论系统处于何种状态，纠偏机构仅可以手动点动操作。

张力控制分为浮辊位置控制及实际检测张力控制两部分。浮辊位置控制原理为：当系统自动运行时，PLC控制器根据电位器反馈的实时浮辊位置信号(0%~100%)，以PID算法调节放卷轴电机的转速，以达到浮辊位置恒定（默认设定位置为50%）。

实际检测张力控制可分为三种调节模式，即手动设置电空变换阀的输出比例、开环给定电空变换阀、闭环给定电空变换阀。其中，系统自动运行后，会清除手动状态，切换到自动调节模式。闭环给定模式下，控制系统会根据实测的张力值及设定的张力值进行PID调节，直到实测值与设定值一致。需要注意的是，仅当浮辊实际位置与设定位置的偏差在±20%以内，闭环给定模式才起作用。

2.2 涂布单元及供料和间歇阀系统

(1)涂布单元

涂布单元如图7所示。



图7 涂布单元

由放卷导入的材料进入涂布辊后，经过入料压辊进行张力隔离（放卷张力与出料张力隔离），再由涂布辊，最后导出到干燥炉内。该装置的主要控制点为整机速度的稳定性、模头与背辊之间的缝隙值。

整机的线速度由背辊提供，速度由HMI设定，可分为涂布速度、倒带速度、点动速度。涂布速度即为系统涂布或者牵引时箔材的速度，倒带速度为整机自动反转运行时的速度，点动速度为手动点动某一个部件时的速度，比如点动背辊、点动放卷轴。

模头与背辊之间的位移由两部分驱动。大范围移动通过气缸实现（前进、后退），精确定位由左右两侧的伺服马达驱动（高精度光栅尺检测实际的位移，分辨率0.1μm）。

(2)供料系统

供料系统包含储料罐、计量泵、除铁器、过滤器及连接的管道。

首先将浆料加到储料罐中，在涂布开始后，储料罐里的浆料在计量泵的作用下，经过连接的管道，除铁器及过滤器进入到SLOT DIE进行涂布。在液位传感器检测到储料罐的浆料达到规定液位时，开始对储料罐进行加料。当浆料达到规定的液位时，液位传感器给出指令停止对储料罐进行供料。

图8是供料系统。



图8 供料系统

(3)间歇阀系统

通过进料阀及回料阀实现对SLOT DIE的涂布供料，并监控涂布压力及回流压力，回流压力用于间歇涂布。间歇阀系统如图9所示。



图9 间歇阀系统

2.3 干燥单元

干燥原理示意图如图10所示。



图10 干燥原理示意图

由涂布单元生产的含有液态溶剂成分的浆料和箔材一起进入干燥炉内，为了安全有效地蒸发掉溶剂，需要控制各段干燥炉的温度、送风量、排风量等。单节温控系统由加热和循环风机组成。风机由变频电机驱动，可通过频率的设定改变风量及风速（与频率成正比），通过传感器检测控温点温度变化实现加热温度的恒定控制从而保证干燥的质量；有时为了提高干燥的效率会使用辅助加热系统，例如红外或者激光加热，前提是要保证安全的条件下，特别是有机溶剂的使用更要按国家安规要求来设计和使用。

2.4 出料单元

出料单元如图11所示。



图11 出料单元

干燥后的箔材进入出料装置。由出料装置控制干燥炉内的张力及箔材边缘位置。该装置的主要控制点为干燥区域纠偏及张力。

纠偏与放卷单元（2.1部分）相同。

出料张力控制为电机转速控制，根据目标张力和实测张力进行PID运算，并调节出料电机的转速，以此达到张力恒定的效果。

2.5 收卷单元

收卷方式有自动接带方式和手动接带方式两种，图12所示是手动接带收卷单元。



图12 手动接带收卷单元

生产完成的卷材经过纠偏及张力控制后，导入收卷轴。该装置的主要控制点为收卷纠偏及张力。纠偏与张力控制与放卷单元（2.1部分）相同。
在收卷过程中，为了使箔材层与层之间不打滑，防止材料收卷时过紧或者出现抽芯现象，需要对收卷张力进行锥度调节。关于收卷锥度张力的使用方法，参见“收卷设置及锥度计算说明”部分。
03 设备选择

3.1 设备选择原则

(1)安全第一

由于我们涂布机正极有NMP有机溶剂，所以防爆要求很严格，要符合行业标准《锂离子电池工厂设计标准》(GB 51377—2019)。

(2)保证电池的安全性能，防止金属异物产生

由于锂电池生产过程中最怕金属异物混入，所以和浆料及极片接触或近距离的部分不能使用铜、锌、锡；如果需要金属表面防护，优先选择顺序是：烤漆、镀镍、镀铬。这里推荐烤漆是最好的防护，和浆料近距离接触的部件可以使用镜面级不锈钢板来做表面的防护，另外还要做好除去金属磁性物的措施，例如浆料和烘箱及基材的除磁处理。

3.2 部分设备及参数的选择

(1)涂布方法

目前主要是使用狭缝模头涂布方法。

(2)涂布模头的选择

①由于电池浆料是非牛顿流体，所以首先需要对浆料做流变参数测试，通常使用专用的流变仪来完成，根据流变参数计算和仿真结果来设计模头的流道形状保证涂布的精度。

②推荐模头安装角度为向上25°仰角安装，这样可以在清洗模头后使用时快速将管道及模腔内空气排出，不能使用模头回流管道替代排气功能。

涂布机如图13所示。



图13 涂布机示意图

(3)上料泵的选择

通常是使用计量精度高的螺杆泵，根据流量的大小来选择泵的规格和型号，为了提高泵送精度推荐使用双泵结构，这样脉动小且精度高。

(4)烘箱的选择

①烘箱总长度及单节烘箱长度

通常先确定烘箱单节长度，推荐烘箱单节长度不要低于4m，干燥速度越快单节长度就越长，但是要考虑运输和装配的科学性，推荐单节烘箱长度最大不要超过5m，烘箱总长度的确认是要根据使用方的干燥工艺和涂布速度等一系列的参数经过验证后来确认，通常是使用方给出这个指标，设备制造厂家来满足工艺参数。

②烘箱干燥的温度范围。推荐温度为室温至140℃之间，如果工艺有特殊要求可以定制，一般最高温度不超过160℃。

③烘箱的干燥风速范围。推荐使用5～20m/s，全部喷嘴精度在±20%以内。

(5)基材在烘箱中的传输方式

①铜箔／铝箔基材的厚度大于6～10μm时，推荐使用主动导辊和悬浮烘箱相结合方式。

②铜箔／铝箔基材的厚度小于6～10μm时，由于抗拉强度的下降推荐使用主动导辊。

(6)干燥加热方式的选择

①如果是NMP作为溶剂，优先选择饱和蒸汽作为热源，其次是热油，不推荐电加热，如果使用电加热建议全补全排方式。

②如果是水做溶剂，以上三种都可以，推荐不分先后。

(7)收卷直径的选择

由于放卷直径是根据来料的直径来匹配的，所以这里不做详细说明，但是收卷直径的选择还是有技巧的，推荐根据分切或模切电池单个极片长度累计对应的小卷的长度来决定大卷长度再换算成卷径，计算公式如下：



式中，D为卷料直径；D0为底筒直径；T为极片厚度；L为极片长度。

这样才能增加材料的利用率，减少浪费，降低成本，由于自动化程度的提高，根据公式可以看出增加底筒直径可以更好地增加整卷极片长度，同时也能减小底部极片压力，提高收卷质量。

(8)控制系统的选择
通常涂布机是采用PLC作为控制系统的主要器件，推荐使用有工业以太网总线控制为主的器件，数字控制为主，这样为今后的智能制造打下坚实的基础。
04 设备使用说明

在使用涂布机前做好系统参数的设定（以西门子PLC举例说明）。

4.1 浮辊（跳舞辊）位置标定方法（以放卷为例）

浮辊（跳舞辊）位置标定如图14所示。



图14 浮辊（跳舞辊）位置标定示意图

①关闭放卷浮辊的气源。

②触摸屏按钮“系统参数”→“放卷参数”。

③将浮辊手动抬到最低限位，并保持不动；按下浮辊标定一列的“下限标定”。

④将浮辊手动抬到最高限位，并保持不动；按下浮辊标定一列的“上限标定”。

⑤缓慢放下浮辊，观察实测位置是否从100%逐渐递减，若不是，需要重新标定。

注意事项：浮辊角度传感器在一圈之内分成四个区域，0°～90°电流从4mA到20mA递增；90°～180°电流保持20mA不变（定义为盲区）；180°～270°电流从20mA到4mA递减；270°～360°电流保持4mA不变（定义为盲区）。由于浮辊摆动的角度在30°左右，一定要确定浮辊摆动时，角度传感器的输出电流是有变化的，不可以处于盲区之内。

4.2 张力传感器标定（以出料为例，放卷和收卷类似）

张力传感器标定如图15所示。



图15 张力传感器标定示意图

①触摸屏按钮“系统参数”→“出料参数”，确认张力传感器上无任何物体，按下张力传感器一列的“零张力标定”。

②将扁平纺织带按照穿带路径放好，并放置于辊面的正中间位置。一端固定，另一端挂最大质量砝码（最大张力×1.2为最合适的值，可以适当调整但不可低于最大张力值）。保持砝码处于自由状态且不动。触摸屏按钮“系统参数”→“放卷参数”，输入标定质量为砝码质量×9.8（为了方便计算，一般直接乘以10），按下张力标定的“满张力标定”。

注意事项：张力传感器根据所受的压力成比例地输出电信号，而这个压力为张力传感器辊及前后两根过辊形成的两个力的矢量合成力。故张力标定时，所挂砝码的路径一定要按照实际的穿带路径经过张力传感器辊及前后两根过辊，其他的过辊不需要按实际路径穿过。

4.3 卷径测量传感器标定（以放卷为例，收卷类似）

卷径测量传感器标定如图16所示。



图16 卷径测量传感器标定示意图

①触摸屏按钮“系统参数”→“放卷参数”，输入卷径传感器距离A（输入卷径传感器距离B）参数，该参数定义了卷径传感器的端面至卷轴圆心的距离。

②设定好该参数后，将一未使用的卷筒安装于放卷轴上，再观察“操作监控”内实测的卷径数据，根据实测的卷径数据和工人测量的卷径数据对比，可以微调修正“输入卷径传感器距离”参数。

假设，输入卷径传感器距离A=520.0，将一卷人工测量出来的卷径为300mm的卷筒放置于放卷A轴上，然后在“操作监控”页面观察到放卷A轴的实测卷径为297mm，那么应该将输入卷径传感器距离A修正为520.0+(300-297)/2=521.5mm。

4.4 模头与背辊间隙标定（简称GAP值设定）

模头与背辊间隙标定如图17所示。



图17 模头与背辊间隙标定示意图

①触摸屏按钮“模头参数”，进入模头设置画面。

②选择手动模式。

③准备好塞尺，并选择200μm的量程片。

④点动进退模头，并用塞尺片去检测模头左右两侧的缝隙，感觉有一定的阻力时表明当前模头缝隙为200μm。

⑤将触摸屏内的基准位置设置为200μm。

⑥按下“确认基准”。

完成基准设置后，再点动模头前进，并观察实际的模头位置值，当模头位置值不再变化时，说明模头已经落在了机械限位上。反过来再来确认当前的限位值是否理想（推荐的限位值为50μm左右），如果不在推荐范围之内，可以调节机械限位螺丝，并随时观察模头的实测位置，当实测位置达到了理想状态，即可以锁紧限位螺丝，同样的方法对模头两侧的机械限位进行调整并达到理想状态，按下“设置下限”，以后模头的设定位置就一定要大于或等于机械限位的值了。

4.5 自动换卷结构标定

自动换卷结构标定如图18所示。



图18 自动换卷结构标定示意图

以下是以自动收卷为例，自动放卷类似。

①在收卷触摸屏，触摸屏按钮“系统参数”，进入系统参数界面，点“收卷参数”后再点“下一页”。

②转塔角度采样：此参数显示了转塔角度编码器的当前值，按下“零标定”则表示操作者需要将当前位置设为转塔的零位。需要注意的是，标定零位的条件是A轴在里B轴在外，即A轴靠近换卷机构B轴操作，同时要求换卷机构平移的线路正好穿过A轴的圆心。

③胶带偏移角度：用以设定贴胶带的位置与卷轴圆心的连线和换卷机构平移的线条之间的夹角。此值为机械物理值，机械设计安装好以后，该值按照设计值设定后严禁更改。

④换卷贴合速差：此值用来设定换卷时两轴之间的给定速度差，一般设定为正数（如图4-34设定的2%），即待用轴的速度比工作轴的速度快2%，这样在压辊伸出时两轴之间的箔材才能张紧。

⑤压辊伸出时间：设定压辊从电磁阀通电到压辊压住卷轴所需要的时间。

⑥切刀伸出时间：设定切刀从电磁阀通电到切断箔材所需要的时间。

⑦压辊偏移位置：设定压辊伸出压卷轴的位置偏移量，设为正数则代表滞后压，负数则代表提前压。

⑧切刀偏移位置：设定切刀伸出切断箔材的位置偏移量，设为正数则代表滞后切，负数则代表提前切。

⑨切后同步长度：设定切刀切断后，压辊还继续压住的距离，图示设定值为300mm则表示切刀切断后压辊继续压辊卷轴，箔材经过300mm后压辊才缩回。

⑩收卷接头长度：设定切刀切断后，下料轴继续运行的距离，以此将切断后剩余的箔材全部收集到卷轴上。

⑪寻贴胶位转速：设定手动点动寻贴胶位时的卷轴转速。

⑫换卷伸出速度：设定换卷机构伸出时的速度。

⑬换卷缩回速度：设定换卷机构缩回时的速度。

⑭换卷原点至中心距：设定换卷机构缩回到后退原点且压辊缩回，此时压辊的前端面至待用轴圆心之间的距离。

4.6 操作监控界面的说明

操作监控界面如图19所示。



图19操作监控界面示意图

本界面主要做过程监控用。

①定长牵引长度：当“定长牵引”允许时，按下牵引按钮，系统会走一段定长牵引长度后自动停止，该功能主要为方便首检试片用。

②累计基材长度：显示收卷的基材长度（倒带时递减）。

③放卷部分：纠偏状态显示了当前纠偏开关的选择状态（全自动、半自动、手动）；300mm显示了当前放卷直径；80N表示当前实测的左右张力和；50%显示了当前浮辊的相对高度。

在“当前机器速度”字体上按一下，可以切换显示各段张力的左右测量值，N(+)表示当前实测的左右张力和；N(-)表示当前实测的左右张力差；N(L)表示当前实测的左侧张力；N(R)表示当前实测的右侧张力。此功能对放卷、出料及收卷均适用。

④出料部分：EPC状态显示了当前纠偏开关的选择状态（全自动、半自动、手动）；100N表示当前实测的左右张力和。

⑤收卷部分：纠偏状态显示了当前纠偏开关的选择状态（全自动、半自动、手动）；350mm显示了当前收卷直径；120N表示当前实测的左右张力和；50%显示了当前浮辊的相对高度。

⑥选择开关与按钮为各部件的手动操作，如涂辊正转按钮可点动正转涂布辊（非自动状态时）。

⑦预定片数是指客户预约间歇涂布时的产量片数，预定长度是指客户预约连续涂布时的产量长度。产量完成动作可分为报警、停机，报警意味着当实际产量达到预定值时三色塔灯以声光报警通知操作员；停机意味着当实际产量达到预定值时，系统自动停机并且三色塔灯以声光报警通知操作员。注意，当预定的产量为零时，系统不会监控预定产量。

⑧实测产量显示了涂布生产的总长度与片数。可以通过清零按钮清除产量信息。

⑨在界面上按下放卷或者收卷，可切换收放卷路径（需要操作级权限）。按下放卷或者出料、收卷的张力显示处，可以调出收放卷及出料的张力纠偏参数设置。

⑩当前品种名称显示了当前正在使用的品种名称。

⑪0.0°显示了当前转塔实际的角度。一定要注意的是标定零位时A轴在里侧；即当A轴在里侧时应该显示0.0°左右即为正常，若显示为180°左右则表示标定错误（B轴在里侧时标定了零位）。

4.7 配方界面参数说明

配方界面参数如图20所示。



图20 配方界面参数示意图

本界面主要做配方参数用。

配方功能是为了让客户方便管理产品而设定的一个参数集合。针对某一个产品型号所对应的特定参数（比如涂布速度、涂布速比、留白速比、涂布长度、设定温度、刮刀高度等）统一起来，可以存储、调用、删除。在生产某一个新的品种时，操作人员需要进行一些参数的设置，当确定这些参数都符合工艺要求时，操作人员可以将所有的这些参数以品种名称作为索引号保存起来，当下次再生产相同的产品时，只要从配方表里选择该品种名称，并调用，则系统会自动将上次存储的参数恢复到PLC控制系统内，立即进行生产。

功能界面说明：

#1保存配方：按下该按钮后，系统将当前显示的各参数值以当前设置的“品种名称”保存至配方系统内。

#2删除配方：按下该按钮后，系统会将当前选择的品种名称所存储的参数全部删除。

#3上传配方：按下该按钮后，将PLC内的各数据上传到当前配方系统界面显示。

#4下载配方：按下该按钮后（需要按住1s以上，成功后显示绿色），将当前品种所存储的各参数值下载到PLC系统内。

#5品种名称：设定需要操作的品种名称，比如18650A、NCF6954102JK。

#6编号：配方系统内的编号，用户不可操作。

#7、#8数据名称和值：显示了当前相关参数的设定值。

4.8 首次穿带操作说明

首次穿带操作如图21所示。



图21 首次穿带操作示意图

本界面主要做穿带操作用。

①放卷与背辊联动：可以让放卷轴与背辊作为一个整体联动，背辊保持恒定的速度（手动速度），放卷轴通过浮辊进行PID调节并跟随背辊动作。

②出料与收卷联动：可以让收卷轴与出料辊作为一个整体联动，出料辊保持恒定的速度（手动速度），收卷轴通过浮辊进行PID调节并跟随出料辊动作。

③接头距离1：定义了从放卷接带平台处至放卷纠偏传感器之间的箔材走行距离，此参数在现场调机完成后设定，之后严禁更改，除非机器有挪动则需要重新标定。

④接头距离2：定义了从放卷接带平台处至入料纠偏传感器之间的箔材走行距离，此参数在现场调机完成后设定，之后严禁更改，除非机器有挪动则需要重新标定。

⑤接头距离3：定义了从放卷接带平台处至模唇吐料位置之间的箔材走行距离，此参数在现场调机完成后设定，之后严禁更改，除非机器有挪动则需要重新标定。

⑥接头距离4：定义了从放卷接带平台处至出料纠偏传感器之间的箔材走行距离，此参数在现场调机完成后设定，之后严禁更改，除非机器有挪动则需要重新标定。

⑦接头距离5：定义了从收卷接带平台处至出料纠偏传感器之间的箔材走行距离，此参数在现场调机完成后设定，之后严禁更改，除非机器有挪动则需要重新标定。

换卷过程如下：新箔材和旧箔材的中心对齐拼接；按下接头标识按钮；输入新的箔材宽度；启动牵引或涂布按钮。以上四个步骤必须要按顺序操作，否则纠偏传感器自动定位不能正常工作，当接头经过每一处纠偏传感器时，系统会根据箔材的宽窄自动调整纠偏传感器的位置；如果新箔材宽度大于旧箔材，则在每一个纠偏传感器处提前1m关闭纠偏动作，并调整传感器位置，滞后1m打开纠偏动作；如果新箔材宽度大于旧箔材，则在每一个纠偏传感器处提前1m关闭纠偏动作，滞后1m调整传感器位置并打开纠偏动作；如果新箔材宽度等于旧箔材，则在第一个纠偏传感器处提前1m关闭纠偏动作，滞后1m打开纠偏动作，接头经过模唇时提前1m将模头后退，如果当前处于涂布状态时，则系统关闭涂布功能，滞后1m停止走带；如果当前处于牵引状态，则系统仅将模头后退。

4.9 放卷设置

放卷设置如图22所示。



图22 放卷设置示意图

①放卷断带检测：设定为允许时，系统自动运行时检测到放卷浮辊处于最低位置，则判断为断带。

②放卷点动转速：设定放卷轴点动时的转速值（单位RPM，即r/min）。由于放卷卷径不确定，故放卷点动时采用固定的转速设置。

③放卷高速张力：设定自动运行且目标速度大于张力切换速度时放卷段的目标张力，机器停止时也是使用该值。

④放卷低速张力：设定自动运行且目标速度小于张力切换速度时放卷段的目标张力。

⑤卷径下限报警：设定放卷轴的下限报警直径，当系统检测到放卷直径小于该设定值时，系统以报警声音和信息提示操作者，但是该报警并不会影响机器的自动运行。

⑥纠偏传感器回零、纠偏传感器定位、纠偏传感器停止三个按钮允许在手动情况下操作纠偏传感器。

⑦纠偏操作：可手动点动纠偏机构移动（左移、居中、右移），可选择纠偏动作模式。

半自动：当系统正向运行（涂布或牵引）时，纠偏自动工作，当系统反向运行（倒带）或停止时，纠偏处于手动状态。

全自动：系统通电后，只要不是反向运行（倒带），则纠偏处于自动状态；若系统反向运行（倒带），则纠偏处于手动状态。

4.10 出料设置

出料设置如图23所示。



图23 出料设置示意图

①出料断带检测：设定为允许时，系统自动运行时检测到出料张力小于5N，则判断为断带。

②出料高速张力：设定自动运行且目标速度大于张力切换速度时出料段（烘箱段）的目标张力，机器停止时也是使用该值。

③出料低速张力：设定自动运行且目标速度小于张力切换速度时出料段（烘箱段）的目标张力。

④纠偏传感器回零、纠偏传感器定位、纠偏传感器停止三个按钮允许在手动情况下操作纠偏传感器。

⑤纠偏操作：可手动点动纠偏机构移动（左移、居中、右移），可选择纠偏动作模式。半自动：当系统正向运行（涂布或牵引）时，纠偏自动工作，当系统反向运行（倒带）或停止时，纠偏处于手动状态。

全自动：系统通电后，只要不是反向运行（倒带），则纠偏处于自动状态；若系统反向运行（倒带），则纠偏处于手动状态。

4.11 收卷设置及锥度计算说明

收卷设置如图24所示。



图24 收卷设置示意图

①收卷断带检测：设定为允许时，系统自动运行时检测到收卷浮辊处于最低位置，则判断为断带。

②收卷点动转速：设定收卷轴点动时的转速值（单位RPM，即r/min）。由于收卷卷径不确定，故收卷点动时采用固定的转速设置。

③收卷高速张力：设定自动运行且目标速度大于张力切换速度时收卷段的目标张力，机器停止时也是使用该值。

④收卷低速张力：设定自动运行且目标速度小于张力切换速度时收卷段的目标张力。

⑤卷径上限报警：设定收卷轴的上限报警直径，当系统检测到收卷直径大于该设定值时，系统以报警声音和信息提示操作者，但是该报警并不会影响机器的自动运行。

⑥纠偏传感器回零、纠偏传感器定位、纠偏传感器停止三个按钮允许在手动情况下操作纠偏传感器。

⑦纠偏操作：可手动点动纠偏机构移动（左移、居中、右移），可选择纠偏动作模式。半自动：当系统正向运行（涂布或牵引）时，纠偏自动工作，当系统反向运行（倒带）或停止时，纠偏处于手动状态。

全自动：系统上电后，只要不是反向运行（倒带），则纠偏处于自动状态；若系统反向运行（倒带），则纠偏处于手动状态。

⑧压辊模式：收卷压辊的动作模式。

禁用：自动换卷完成后压辊缩回且换卷机构缩回到后退零位。

非接触：自动换卷完成后压辊保持伸出状态，换卷机间歇后退，且始终保持压辊前端与收卷箔材端面距离在20mm左右，当收卷直径逐渐增大时，换卷机构会自动后退，始终保持这个间隙。

在收卷过程中，为了使箔材层与层之间不打滑，防止材料收卷时过紧或者出现抽芯现象，需要对收卷张力进行锥度调节。收卷张力有两种锥度张力模式：曲线锥度和直线锥度。

曲线锥度：锥度张力与收卷的卷径有关，F＝F0×[1-K×(1-D0/D)]。式中，F0为设定张力；K为锥度系数；D0为锥度起始直径；D为当前实际直径；F为目标张力。当实测卷径小于锥度起始直径时，张力为恒张力；当实测卷径大于锥度起始直径时，张力随着直径的增加逐渐减小。

直线锥度：锥度张力与收卷的卷径有关，F＝F0×[1-K×(D-D0)/(Dn-D0)]。式中，F0为设定张力；K为锥度系数；D0为锥度起始直径；D为当前实际直径；F为目标张力；Dn为锥度结束直径。直线锥度共有10个设定点。任意一设定点的直径为0则表示从该设定点后的数据不起作用，比如卷径5设为0，则表示直线锥度只使用前四点规划张力拆线；当实际卷径小于卷径1时，则张力恒定为张力1；当实际卷径大于卷径10时，则张力恒定为张力10。假设当前卷径=200mm，则目标张力=150+(200-160)×(140-150)/(240-160)=145N。

4.12 涂布参数

涂布参数设置如图25所示。



图25 涂布参数示意图

①涂布速度：设定涂布及牵引时整机的速度。

②牵引低速：设定低速牵引时整机的速度。

③倒带速度：设定倒带时整机的速度。

④点动速度：设定手动状态下点动各传动辊的速度。

⑤头部长度：设定由留白切换至涂布的位置点，当设置为负值时表示提前打开供料阀再延时该时间（绝对值）后关闭回流阀；当设置为正值时表示提前关闭回流阀再延时该时间（绝对值）后打开供料阀。

⑥尾部长度：设定由涂布切换至留白的位置点，当设置为负值时表示提前打开供料阀再延时该时间（绝对值）后关闭回流阀；当设置为正值时表示提前关闭回流阀再延时该时间（绝对值）后打开供料阀。

⑦停机补偿：间歇涂布时，当按下停止按钮，系统会自动将当前涂布长度完成后停止，由于停止时背辊的惯性导致极片仍有可能滑动，所以再开机时留白的长度会有偏差，操作人员可以将这个实际的偏差设置为停机补偿参数，则在下次停止状态后，系统自动补偿留白长度。

⑧箔材宽度：设定当前使用的基材的宽度。系统会自动调整纠偏传感器的位置以适应箔材处于辊面的中心。

⑨正面基材：设置为铜箔或者铝箔的厚度。间涂定位系统会根据此参数自动调整模头与基材表面之间的距离，以保证第二面和第一面涂布时，背辊与涂辊之间的距离相同。

⑩反面基材：设置为铜箔或者铝箔加上第一面涂层的总厚度。间涂定位系统会根据此参数自动调整模头与基材表面之间的距离，以保证第二面和第一面涂布时，模头与基材表面之间的距离相同。

⑪箔材位置：理论上，挤压模头和涂布背辊及机器各固定过辊的中心在一条线上（实际上可能有微小的偏差）。绝大部分要求涂层位于箔材的正中间部分（左右留边的宽度相等），当更换箔材的宽度时就需要调整纠偏传感器的位置（放卷和出料纠偏传感器在运行过程中是固定的，它们决定了整个箔材的边缘位置）。操作人员只需设定当前使用箔材的宽度，系统会自动调整放卷及出料纠偏传感器的位置，以使箔材居中。在实际使用过程中，可能需要微调纠偏传感器来适应生产。调整“箔材位置”参数即可满足要求，系统会自动判断，当处于非自动状态时，纠偏传感器的运行速度为50mm/s；当系统处于自动运行状态时纠偏传感器的运行速度为0.6mm/s（调整过程中纠偏正常工作，低速是为了保障箔材不折皱）。

⑫间歇／连续切换开关：用以设置是间歇涂布还是连续涂布。

⑬正面／反面切换开关：用以设置是正面涂布还是反面涂布。注意，即使是连续涂布时也应该选择正反面，因为这涉及涂反面时背辊与涂辊之间的距离多了一个单层的厚度。

⑭正一反一、正一反二、正二反二、正三反三：用来设置极片留白的段数。正一反一表示正面一段留白反面一段留白，其他类推。

⑮长度参数：用来设置极片各段涂布长度与留白长度。注意，一定要按照工艺规定设置工艺值，当实际涂布时发现实测的长度与设置值不符合时，应该通过补偿值来修正，比如设定涂布长度为500mm，而实测涂布长度为498mm，则应该将补偿值设置为+2mm，当极片规格为正二反二时，正面应该先涂留白有差异的一面，这样主要是为系统涂反面时可以自动通过留白长度来识别当前的段数。

头部延时、尾部延时之间的切换关系如下：

假设设置了涂布速度6m/min(0.1mm/ms)、正一反一规格、涂布长度为500mm、留白长度为20mm、头部长度5mm（对应的时间为50ms）、尾部长度2mm（对应的时间为20ms）。则当涂布完成时，完成涂布长度500mm后先关闭供料阀再延时20ms打开回流阀；完成留白长度20mm后先打开供料阀再延时50ms后关闭回流阀。

假设设置了涂布速度6m/min(0.1mm/ms)、正一反一规格、涂布长度为500mm、留白长度为20mm、头部长度8mm（对应的时间为80ms）、尾部长度3mm（对应的时间为30ms）。则当涂布完成时，完成涂布长度500mm后先打开回流阀再延时30ms关闭供料阀；完成留白长度20mm后先关闭回流阀再延时80ms后打开供料阀。

注意，头部开始的动作为供料阀打开、回流阀关闭（由头部时间值的正负决定哪个阀先动作）；尾部开始的动作为供料阀关闭、回流阀打开（由尾部时间值的正负决定哪个阀先动作）。

为方便圆柱动力电池的涂布（一般动力电池有两个以上的极耳），程序设置了三段不同的涂布与留白长度参数。特别情况：基于程序反面定位的原理，要求极片的长度大于光纤点到涂布点之间的距离。而对于正反面均为单留白规格的极片，程序内做了特殊处理，不受极片长度限制，当极片为多留白规格时，要求每段留白长度均小于色标传感器到涂布点之间的距离。

按照工艺规定设置好涂布长度和留白长度，若实测的涂布长度和设定工艺值不相符，请通过修改“补偿值”来修正；留白长度的设置同理。切记不要直接在涂布长度和留白长度工艺值参数栏内直接修正。

系统采用的涂布方式为：正面先涂布后留白，反面先留白后涂布。故在反面间涂时特别注意设置参数，正面第一段留白对应反面第一段留白，正面第二段留白对应反面第二段留白。

关于反面间涂时的定位对齐：观察留白边缘的“右”边缘线（一定要注意是右边缘线，即靠近烘箱的留白边缘），当正面（下面）边缘线处于反面（上面）边缘线的左边，则说明反面超前（图26）；当正面（下面）边缘线处于反面（上面）边缘线的右边，则说明反面滞后（图27）。通过修改“反尾正头补偿值”可以使反面的尾部与正面的头部位置对齐（或者人为地错位）。当反面超前时，增大此参数；当反面滞后时，减小此参数。总结如下方法：拿较细的针尖（防止损坏极片），以靠近烘箱的留白边缘为准，从上往下刺穿极片；如果穿孔扎在下层的涂层上，则表示反面超前，需要增大此参数；如果穿孔扎在下层的箔材上，则表示反面滞后，需要减小此参数。



图26 反面超前示意图



图27 反面滞后示意图

一句话总结：减小工艺值或补偿值，则边缘线向烘箱侧移动（假设操作者站在涂布位置），减小即超前动作；增大工艺值或补偿值，则边缘线向操作者侧移动（假设操作者站在涂布位置并面向收卷方向），增大则滞后动作。

4.13 烘箱加热参数

烘箱加热参数如图28所示。



图28 烘箱加热参数示意图

本界面主要设定加热参数用。

①设定温度：用来设定各段烘箱加热的目标温度。

②设定频率：用来设定各段烘箱风机的运转频率，以此来调节送风量，风量与频率成正比。

③手动操作：进入加热手动操作界面，可以针对某一段烘箱单独控制风机与加热器的启停。干燥的速度与风量及温度有关，温度越高则饱和浓度越大，风量越大则单位时间内由风蒸发的溶剂越多。所以风量越大、温度越高则干燥速度越快，但是过快的干燥速度有可能导致极片表面的龟裂，而且过高的温度会导致发热管长期处于工作状态，缩短寿命，浪费能源。故需要根据实际情况调节温度与频率。

4.14 模头参数

模头参数如图29所示。



图29 模头参数示意图

本界面主要设定模头间隙用。

①画面以左侧、右侧、共通三部分布局：左侧显示了对模头左侧部分的操作及参数设置与监控；右侧显示了对模头右侧部分的操作及参数设置与监控；共通显示了对模头整体的操作及参数设置与监控，如设定基准、定位速度、点动速度等。

②实际位置：显示了模头与背辊之间的位移。

③伺服信号：显示了模头精确定位用的伺服状态（绿色为正常，黑色为异常）。

④气缸信号：显示了模头大范围移动用的气缸伸出状态（绿色为伸出，黑色为非伸出）。

⑤前进限位：显示了模头定位伺服前进状态（绿色为正常，黑色为异常）。

⑥后退限位：显示了模头定位伺服后退状态（绿色为正常，黑色为异常）。

⑦光栅脉冲：显示了模头位置检测所用的光栅尺在零位所产生的脉冲数（1P=0.1μm）。

⑧设定位置：设置模头左右相对背辊之间的位置，仅当模头处于伸出位置时有效。

⑨点动前进、点动后退：点动模式下，对定位伺服的操作。

⑩基准位置：设置基准校正时的机械基准位移。

⑪定位速度：设置模头精确定位时伺服移动的速度。

⑫点动速度：设置点动模式下伺服移动的速度。

⑬控制模式：设置模头精确定位伺服的工作方式，手动模式下点动按钮才生效。

⑭模头前进、模头后退、模头定位：和实际的硬件按钮动作一致。

⑮关于模头与背辊之间的位置标定方法，请参考“系统设置”。

4.15 间歇涂布测长参数

间歇涂布测长参数如图30所示。



图30 间歇涂布测长参数示意图

测长显示可以选择图形显示或者数据显示，如图30(a)、(b)所示。当正二反二规格时建议选择数据显示，可以同时显示两段长度；正一反一规格时建议选择图形显示，可以看出涂布尺寸的变化趋势。

①正面涂长偏差：连续显示二十片正面涂布实测长度与工艺值之间的偏差图（单位为mm），底下实测值表示当时一片实测的正面涂布长度，偏差值为当前片的偏差数值。

②正面留白偏差：连续显示二十片正面留白实测长度与工艺值之间的偏差图（单位为mm），底下实测值表示当时一片实测的正面留白长度，偏差值为当前片的偏差数值。

③反面涂长偏差：连续显示二十片反面涂布实测长度与工艺值之间的偏差图（单位为mm），底下实测值表示当时一片实测的反面涂布长度，偏差值为当前片的偏差数值。

④反面留白偏差：连续显示二十片反面留白实测长度与工艺值之间的偏差图（单位为mm），底下实测值表示当时一片实测的反面留白长度，偏差值为当前片的偏差数值。

⑤反尾正头偏差：连续显示二十片反面尾与正面头对齐实测值与工艺值之间的偏差图（单位为mm），底下实测值表示当时一片实测的反尾正头的实测值，偏差值为当前片的偏差数值。

⑥反头正尾偏差：连续显示二十片反面头与正面尾对齐实测值与工艺值之间的偏差图（单位为mm），底下实测值表示当时一片实测的反头正尾的实测值，偏差值为当前片的偏差数值。

⑦涂长平均：显示当前连续三片的涂布长度的平均值。

⑧留白平均：显示当前连续三片的留白长度的平均值。

⑨强制测长功能：正常情况下只有在涂布状态时测长才会启动，如果需要在牵引时也使用测长，则可以启动强制测长功能。

⑩异常报警：当测长的实际数据超过上限或者下限，则系统会报警并产生报警信息。

⑪测长闭环修正系数：当测长闭环功能生效时，控制系统会根据当前实测值与工艺值之间的偏差乘上该系数再补偿到涂布参数的补偿值。假设当前涂布长度工艺值为598mm，补偿值为2.34mm，测长系统测量出来的涂布长度为599mm，那么偏差值为598-599=-1mm；当测长闭环修正系数为1.000时，则补偿量为-1×1.000=-1.000，修正后补偿值为2.34+(-1.000)=1.34mm；当测长闭环修正系数为0.600时，则补偿量为-1×0.600=-0.600，修正后补偿值为2.34+(-0.600)=1.74mm。

⑫闭环样本：假设闭环样本=10，则当测长闭环启用后，系统每测量10片极片进行一次闭环调节。

⑬偏差过滤：当测长闭环启用后，每片测量的偏差值小于偏差过滤值，则认为将该极片的偏差参与闭环计算；否则认为该极片长度异常，不参与闭环计算。

⑭闭环调节：当使用该功能时，正面涂布系统会自动调整正面涂长及留白的补偿值，以使实测值满足工艺要求，只有在正一反一模式时才生效，而且需要测长偏差值在偏差过滤范围内的前提下才会进行参数闭环计算。

⑮开始记录和停止记录：用来开始记录测长数据和停止记录测长数据。

⑯修正值用以补偿系统显示的测长值与操作员用其他工具测量值之间的偏差，比如系统显示测长为602mm，而操作员拿软尺测量的长度为601mm，那么可以将补偿值设为-1mm。

⑰上限和下限用于设置报警范围，超过该范围则报警（异常报警开关打开时）。

4.16 机器参数

机器参数示意图(1)如图31所示。



图31 机器参数示意图(1)

①最大涂布速度：设定允许的最大涂布速度，当技术人员需要严格管控机器的生产速度时，可以设定此值。比如设定为20m/min则在涂布参数内的涂布速度被限制在20m/min以内。

②主传动辊速比：设定烘箱主传动辊自动运行时与整机线速度的速比，一般略大于100%。

③箔材打滑判断值：当运行过程中检测到实际的箔材速度比设定速度低且持续2s以上，则系统报警箔材打滑。

④反面定位缓存：当实际的极片长度小于“反面定位色标传感器到涂布点之间的距离”时，控制系统以缓存的方式定位，这样保证了每一个留白都会对齐。而且在进行多个留白时也会一一对齐（比如正二反二或者正三反三）。

⑤反面定位色标距离：设定正反对齐色标传感器与涂布点之间的物理距离。

⑥张力切换速度：当该值设为0时，收放卷及出料只可设定一个目标张力；当设定值小于或大于0时，则可设定高速及低速张力，根据实际的运行速度，系统会自动切换目标张力。

⑦机器加速度：用来设定自动时的加速度，比如加速度为24m/(min·s)，涂布速度为36m/min，则意味着机器从0加速至正常的涂布速度需用时36/24=1.5s。

⑧机器减速度：用来设定自动时的减速度，比如减速度为24m/(min·s)，涂布速度为36m/min，则意味着机器从正常的涂布速度减速停止需用时36/24=1.5s。

⑨机器加加速度：用来设定加加速度，比如加速度为24m/(min·s)，加加速度为24m/(min·s2)，则意味着机器从0加速至最大加速度时需用时24/24=1s。

⑩机器加速类型：T型，表示加速过程是梯形加速（即加速度恒定）；S型，表示加速的起始和结束阶段为圆弧过渡，根据加加速度调节时间；E型和S型加速类似，但是整个过程中加速度均是变化的，以自然指数e为相关条件进行加速。

⑪温度阈值：高温，检测到的实际温度高于此值时系统报警高温故障；偏低，当按下涂布按钮时，系统检测到的烘箱实际温度与设定温度偏差大于该值时，会报警提示操作员；停机，当停止加热时所有烘箱温度均低于此值，系统才将风机停止；上限，允许操作员设定的温度最大值。

⑫加热步骤：可以设置加热系统分几次启动加热，每次启动加热之间设置延迟时间。假设总共有10节烘箱，如图所设置启动延时2.0min，分步次数为4，那么按下启动加热按钮后，首先第1、第5、第9节烘箱启动加热；2min后第2、第6、第10节烘箱启动加热；再2min后第3、第7节烘箱启动加热；再2min后第4、第8节烘箱启动加热。

机器参数示意图(2)如图32所示。



图32 机器参数示意图(2)

①机器编号：用来设定该机器的编号，当测长数据保存时会以此编号作为前缀名称，当有两台以上的机器使用测长数据记录功能时，此编号可以防止后续数据混乱。

②MES网络IP地址：用来设定MES系统以太网接口的IP地址（需要按住SET键2s以上生效）。

③MES网络子网掩码：用来设定MES系统以太网接口的子网掩码（需要按住SET键2s以上生效）。

④MES网络默认网关：用来设定MES系统以太网接口的默认网关（需要按住SET键2s以上生效）。

⑤MES网络通讯协议：根据所用的主控系统选择设置。

⑥模头定位增益：设置左右模头全闭环定位时的增益，出厂时默认为80，如果系统容易发生震动，则建议将此参数减小。

⑦露点仪量程：若该设备装备了露点仪，则可以设置露点仪输出的电流(4~20mA)所对应的露点温度值（默认对应0～100℃）。

⑧供料液位：设定供料罐液位值。分别设定满液位(100%)所对应的传感器到液面的距离及零液位(0%)所对应的传感器到液面的距离。

⑨涂布压力：设定供料管道上的涂布警告压力，当检测到某一段压力高于此值时系统会提示压力过高警告。

⑩回流压力：设定供料管道上的故障压力，当检测到某一段压力高于此值时系统会提示压力过高故障，此时系统会强制停止供料泵。

⑪过滤压力：浆料传输中过滤网堵塞引起的压力超标，该压力一般与涂布压力和回流压力联控，一般设置为禁用。

⑫DD编码器：方向整定及磁偏角整定。由于DD马达采用了独立的外置编码器，当编码器与背辊之间的相对位移发生变化时（比如，对背辊及编码器进行重新拆装），需要重新整定磁偏角（方向一般不需要重新整定），整定的方法是按住磁偏角整定5s以上，按钮变为绿色，听到背辊DD马达有节奏的叮叮声音，再按住3s以上即可结束。

机器参数示意图(3)如图33所示。



图33 机器参数示意图(3)

本界面参数定义了当前机器的实际参数，在出厂前已经设定好，客户不可更改，否则会导致机器运转不正常。

①背辊直径：背辊的真实直径在出厂时已经设定好，严禁更改。

②背辊最大转速：背辊的最大速度（电机的最大转速／减速比）在出厂时已经设定好，严禁更改。

③主传动辊直径：主传动辊真实直径在出厂时已经设定好，严禁更改。

④主传动辊最大转速：主传动辊的最大速度（电机的最大转速／减速比）在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑤主传动辊减速比例：主传动辊减速比例在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑥供料泵最大转速：供料泵的最大速度（电机的最大转速／减速比）在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑦供料泵减速比例：供料泵减速机减速比在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑧压力传感器量程：涂布、回流、过滤这三处压力传感器的量程在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑨定长辊直径：定长辊的直径在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑩定长辊每圈脉冲：定长辊每转动一圈编码器发出的脉冲数在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑪测长辊直径：测长辊的直径在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑫测长辊每圈脉冲：测长辊每转动一圈编码器发出的脉冲数在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑬烘箱节数：机器实际的烘箱节数在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑭排风台数：机器实际的排风台数在出厂时已经设定好，严禁更改

机器参数示意图(4)如图34所示。



图34 机器参数示意图(4)

本界面参数用来设置机器是否安装了浓度传感器（露点仪），或者烘箱升降的检测传感器。按下灰色的按钮块，则底色变为绿色，则表示该节烘箱的传感器被启用；再按一次，则底色又变为灰色，则表示该节烘箱的传感器被禁用，应该根据实际情况配置。另外，配有浓度传感器的场合，客户可以设定警告值和故障值。当NMP系统联动时且浓度超过了故障值，则系统会停止加热，并禁止涂布。

4.17 放卷参数

放卷参数如图35所示。



图35 放卷参数示意图

①放卷最大转速：放卷电机的最大速度除以放卷减速比例，出厂时已经设定好，严禁更改。

②放卷减速比例：放卷电机输出轴至卷轴之间的减速比，出厂时已经设定好，严禁更改。

③浮辊自重张力：放卷浮辊气压为零时的张力值，出厂时已经设定好，严禁更改。

④浮辊最大张力：放卷电气比例阀输入最大电压／电流时所产生的气压施加到浮辊上的张力，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑤浮辊传感器-P：放卷浮辊位置控制算法的比例系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑥浮辊传感器-I：放卷浮辊位置控制算法的积分系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑦张力传感器-P：放卷实测张力控制算法的比例系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑧张力传感器-I：放卷实测张力控制算法的积分系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑨纠偏传感器-S：放卷纠偏传感器处于零位时，纠偏刻线与放卷过辊中心之间的距离在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑩报警器频道选择，音频报警器总共内存了15个频道的音乐，用户可以根据需要设定不同场景下的声音，在试听一栏输入1～15则可分别试听1～15个频道的声音。

⑪卷径范围：设置放卷卷径的变化范围，根据实际的机械设计值设定好，严禁更改。

⑫卷径检测模式：有三种模式，即测量+计算，停止时采用传感器测量，运行时采用计算模式；测量，整个过程中由传感器测量卷径；计算，整个过程中都由PLC计算卷径，在停机状态下，可以人工初始化卷径。

⑬上／下卷径传感器距离：上／下卷径传感器端面至卷轴的圆中心距离在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑭张力预紧：始终代表张力预紧动作时放卷电机始终动作，区域则是在张力预紧动作时浮辊在47%～53%之间电机不动作，其余区域电机才动作。

⑮张力控制：选择闭环时系统会实时调节浮辊气压以此达到实际张力等于设定张力，若选择为开环则系统会根据设定的张力计算出一个理论气压给定，然后一直保持不变。

⑯放卷方向：放卷方向在出厂时已经设定好，严禁更改。

4.18 出料参数

出料参数如图36所示。



图36 出料参数示意图

①出料最大转速：出料电机的最大速度除以出料减速比例，出厂时已经设定好，严禁更改。

②出料减速比例：出料电机输出轴至卷轴之间的减速比，出厂时已经设定好，严禁更改。

③张力传感器-P：出料实测张力控制算法的比例系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

④张力传感器-I：出料实测张力控制算法的积分系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑤纠偏传感器-S：出料纠偏传感器处于零位时，纠偏刻线与放卷过辊中心之间的距离在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑥出料辊直径：出料辊的直径在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑦张力预紧：始终代表张力预紧动作时放卷电机始终动作，区域则是在张力预紧动作时实测张力和目标张力的偏差小于3N时电机不动作，其余区域电机才动作。

⑧张力控制：选择闭环时系统会实时调节浮辊气压以此达到实际张力等于设定张力，若选择为开环则系统会根据设定的张力计算出一个理论气压给定，然后一直保持不变。

⑨出料方向：出料方向在出厂时已经设定好，严禁更改。

4.19 收卷参数

收卷参数如图37所示。



图37 收卷参数示意图

①收卷最大转速：收卷电机的最大速度除以收卷减速比例，出厂时已经设定好，严禁更改。

②收卷减速比例：收卷电机输出轴至卷轴之间的减速比，出厂时已经设定好，严禁更改。

③浮辊自重张力：收卷浮辊气压为零时的张力值，出厂时已经设定好，严禁更改。

④浮辊最大张力：收卷电气比例阀输入最大电压／电流时所产生的气压施加到浮辊上的张力，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑤浮辊传感器-P：收卷浮辊位置控制算法的比例系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑥浮辊传感器-I：收卷浮辊位置控制算法的积分系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑦张力传感器-P：收卷实测张力控制算法的比例系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑧张力传感器-I：收卷实测张力控制算法的积分系数，出厂时已经设定好，严禁更改。

⑨报警器频道选择：音频报警器总共内存了15个频道的音乐，用户可以根据需要设定不同场景下的声音，在试听一栏输入1～15则可分别试听1～15个频道的声音。

⑩卷径范围：设置放卷卷径的变化范围，根据实际的机械设计值设定好，严禁更改。

⑪卷径检测模式：有三种模式，即测量+计算，停止时采用传感器测量，运行时采用计算模式；测量，整个过程中由传感器测量卷径；计算，整个过程中都由PLC计算卷径，在停机状态下，可以人工初始化卷径。

⑫卷径传感器距离-A/B：A/B轴卷径传感器端面至卷轴的圆中心距离在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑬张力预紧：始终代表张力预紧动作时放卷电机始终动作，区域则是在张力预紧动作时浮辊在47%～53%之间电机不动作，其余区域电机才动作。

⑭转塔角度：转塔角度在出厂时已经设定好，严禁更改。

⑮A/B轴方向：A轴和B轴方向在出厂时已经设定好，严禁更改。

4.20 报警信息

报警信息如图38所示。



图38 报警信息示意图

①实时报警信息列表：显示了当前系统正存在的故障，只要有故障存在，则“报警复位”按钮会闪烁，同时三色指示灯的红灯会亮起；若有新的故障发生，则收放卷的音频报警器会以铃声报警。

②历史报警信息列表：显示了系统发生过的故障记录。

4.21 诊断信息

诊断信息如图39所示。



图39 诊断信息示意图

本界面主要显示了控制系统的信号状态。设备维护人员可以很直观地了解到当前一些信号的变化。

间歇阀门累计使用次数一直累计，当更换了备件后，维修人员应该清零当前的使用次数，以便正确地了解每套间歇阀的实际使用寿命。

①正反对齐测长留白长度：显示了在反面间涂时系统测定对应的正面极片的留白长度。
②正反对齐测长留白补偿：用来补偿正反对齐测长留白长度。假设正面设定的工艺留白长度为10mm，而实际显示的正反对齐测长留白长度为8.9mm，那么通过将正反对齐测长留白补偿设定为1.1mm，即可将正反对齐测长留白长度人为地补偿为10mm，以此和正面设定的工艺长度吻合，这在正反面均为多个留白时必须设置。
锂电十大关键设备之三：辊压设备

辊压是将涂布完成的产品，经过一定间隙和一定压力下的两个钢辊，将极片压实到指定厚度的过程。


图1 辊压示意图

01 辊压设备的功能、原理、辊压质量影响因素

1.1 辊压设备的功能

辊压是指将涂布并烘干到一定程度的锂电池极片进行压实的工艺过程。极片辊压后能够增加锂电池的能量密度，并且能够使黏结剂把电极材料牢固地粘贴在极片的集流体上，从而防止因为电极材料在循环过程中从极片集流体上脱落而造成锂电池能量的损失。锂电池极片在辊压前，必须将涂布后的极片烘干到一定的程度，否则在辊压时会使极片的涂层从集流体上脱落。在辊压时还要控制极片的压实量，压实量过大的极片会对集流体附近的电极材料造成影响，使其不能正常的脱嵌锂离子，并且还会使活性物质互相紧密的粘接在一起，造成其从集流体上很容易脱落的现象。严重时，还会使极片的塑性过大，从而造成辊压后的极片不能进行卷绕，发生断裂现象。

辊压是锂电池极片制造过程中最关键的工艺之一，其辊压的精度在很大程度上影响着锂电池的性能。

辊压的目的有以下几点：辊压工艺能够使极片的表面保持光滑和平整，从而可以防止因极片表面的毛刺刺穿隔膜而引起的电池短路隐患，提高电池的能量密度。辊压工艺可对涂覆在极片集流体的电极材料进行压实，从而使极片的体积减小，提高电池的能量密度，提高锂电池的循环寿命和安全性能。

1.2 电池极片辊压的原理

辊压的目的在于使活性物质与箔片结合更加质密、厚度均匀。辊压工序在涂布完成且必须在极片烘干后进行，否则辊压过程中容易出现掉粉、膜层脱落等现象。电池极片为正反两面涂有电性浆料颗粒的铜箔（或铝箔）。电池极片带经过涂布和烘干两道工序后进行辊压。辊压之前，铜箔（或铝箔）上的电性浆料涂层是一种半流动、半固态的粒状介质，由不连接的或弱连接的一些单独颗粒或团粒所组成，具有一定的分散性和流动性。电性浆料颗粒之间存在空隙，这也就保证了在辊压过程中，电性浆料颗粒才能发生小位移运动填补其中的间隙使其在压实下进行相互定位。电池极片辊压可以把它堪称是一种在不封闭状态下的半固态电性浆料颗粒的连续辊压过程，电性浆料颗粒附着在铜箔（或铝箔）上，靠摩擦力不断被咬入辊缝之中，并被辊压压实成具有一定致密度的电池极片，辊压原理如图2所示。



图2 辊压原理示意图

电池极片的辊压与钢材的辊压有较大区别。轧钢时轧件受到外力作用后，先产生弹性变形。当外力增加到某一极限时，轧件开始产生塑性变形。外力增大，塑性变形增加。轧钢纵轧的目的是为了得到延伸。轧钢的过程中分子沿纵向延伸和横向宽展，轧件厚度变小，但密度不发生变化。电池极片是将化合物浆料涂在铝箔或铜箔等基材上，极片的辊压是将极片上的电性浆料颗粒压实，其目的是增加电池极片的压实密度，合适的压实密度可增加电池的放电容量，减小内阻，延长电池的循环寿命。电性浆料颗粒受压后产生位移和变形，极片密度随压力的变化有一定的规律，如图3所示。



图3 极片相对密度随接触压力变化示意图

在区域Ⅰ内，随着接触压力不断增大，电性浆料颗粒开始产生了小规模的位移，并且位移在逐渐增大，此时电性浆料颗粒之间的间隙逐渐被填充，此时具体表现为极片带的相对密度随接触压力的增大缓慢增加。

在区域Ⅱ内，电性浆料颗粒经过区域Ⅰ内的密度小规模提高后，随着接触压力的增大，电性浆料颗粒开始继续填充颗粒之间的间隙，经过区域Ⅱ内的辊压后，颗粒间的间隙已被挤压密实，此时具体表现为极片带的相对密度随接触压力的增大迅速增加，相对密度提高速度远远高于区域Ⅰ阶段，同时在区域Ⅱ内伴随着电性浆料颗粒的部分变形。

在区域Ⅲ内，经过区域Ⅱ内电性浆料颗粒之间空隙被填充满后，颗粒不会再产生位移，但是随着接触压力的增大，电性浆料颗粒开始产生大变形，此时，极片带的相对密度随接触压力的增大不会再迅速增加，极片带出现硬化现象，因此极片带相对密度变化变为平缓曲线。

辊压过程中电池极片上电性浆料颗粒的变化十分复杂。电性浆料颗粒相对密度的提高主要表现在颗粒的位移上，通过位移填充颗粒之间的孔隙，同时小部分颗粒发生变形，之后由于辊压力的提高，电性浆料颗粒在空隙被填充满之后主要发生大变形，此阶段也会发生小部分位移。

1.3 辊压质量影响因素

电池极片辊压设备造成的极片质量问题主要体现在辊压后极片厚度的不均匀性，厚度的不一致导致电池极片压实密度的不一致，压实密度是影响电池一致性能的关键因素。极片厚度均匀性包括横向厚度均匀性和纵向厚度均匀性，如图4所示，形成横向厚度不均匀性和纵向厚度不均匀性的原因不同。极片横向厚度不均匀性的主要影响因素为轧辊弯曲变形、机座的刚度、主要受力件的弹性变形、辊压力、极片宽度等，轧机工作时，由于辊压力的作用，使得轧辊和机座等受力件变形，最终表现为轧辊的挠度变形，使极片在横向出现中间厚两边薄的现象；极片纵向厚度不均匀性的主要影响因素为轧辊、轴承、轴承座等的加工精度以及安装精度，关键工件的加工误差会使轧辊转动时作用在极片上的辊压力出现周期性浮动，使极片纵向出现压实厚度不均匀现象。



图4 电池极片示意图
影响极片辊压质量的因素还有张力控制装置、纠偏装置、切片装置、除尘装置等。在辊压过程中，极片需要有一定的张紧力，张紧力过小，极片容易出现褶皱，张紧力过大，极片容易被拉断。除尘装置可以保证在辊压时，极片表面不会出现因杂质引起的表面缺陷。纠偏装置和切边装置主要是影响极片的切割尺寸精度。
02 辊压机结构组成及分类

2.1 辊压机基本结构

标准配置高精度辊压机为立式安装口字形机架、两辊上下水平布置、下置液压缸向上施压、伺服电机减速器调整辊缝、整体底座、双输出轴减速机分速器通过万向联轴器传动的高精度电池极片辊压机，标准机型辊压机结构示意图如图5所示。



图5 标准机型辊压机结构示意图

1—左机架；2—上辊系；3—右机架；4—万向联轴器；5—双输出轴减速机分速器；6—护罩；7—辊缝调整机构；8—下辊系；9—液压缸；10—底座

如图5所示，该辊压机主要由机架、轧辊、主传动等部分组成。机架为整个系统的基础，需要有足够的刚度和强度，以减小变形。液压装置通过轴承座将辊压力施加到轧辊上，电机和减速机使两轧辊实现同步转动，为轧辊提供扭矩，保证连续辊压过程的实现。辊缝调整机构由两个调隙斜铁组成，调整两轧辊之间的缝隙，满足不同极片的厚度要求。

2.2 辊压机组成

电池极片轧机主要包括机械主体、液压系统、电气控制系统等。下面对各个组成系统做一简单介绍。

机械主体是指轧机的主要机械部分，主要包括支架、轧辊、机座以及其他辅助元件。机械主体的弹性变形、相互运动部件之间的摩擦力等对控制精度有一定的影响。

液压系统主要是由冷却循环系统、阀控缸动力元件、伺服缸有杆腔油压控制阀组、平衡缸压力控制阀组、油箱及其他辅助元件组成。系统油源采用恒压变量泵，比采用定量泵加溢流阀的方式节能。伺服液压缸的无杆腔连接伺服阀，辊压过程中有杆腔通过减压阀、溢流阀和蓄能器的组合保持一个恒定低压。上下轴承座之间有四个柱塞缸，通过减压阀和溢流阀的组合保持恒压以平衡上辊系的重量。

电气控制系统主要由低压供电系统、信号测量反馈系统、信号处理显示控制系统和控制信号的转换放大系统组成。低压供电系统主要是一些直流电源，分别给位移传感器、液压伺服放大器、滤波器、液压阀电磁铁等供电。信号反馈系统主要是位移传感器和压力传感器，用于检测液压伺服缸的位置和系统中各个部分的油压。

信号处理显示控制系统主要是由PLC控制器和触摸屏组成。可以在触摸屏上组态一些控制按钮和显示功能，以控制轧机动作，实时显示轧机运行参数。PLC主要完成模数-数模转换、位移反馈信号的高速计数、压力闭环和位置闭环控制、泵站控制等。控制信号的转换和放大系统主要是指液压伺服放大器，用于将PLC输出的电压控制信号转换为直接控制伺服阀的电流信号。

2.3 辊压设备主机结构形式

①按轧辊形式划分。根据客户不同工艺要求，辊压机主机轧辊分为有弯辊和无弯辊两种形式，如图6所示。无弯辊（标准机型）结构轴承座内部设有消除主轴承径向游隙及轴向定位机构。有弯辊结构通过弯辊缸消除主轴承径向游隙及减小或消除辊面挠度变形。在辊压极片宽度尺寸相对较窄、辊压机辊面宽度与辊面直径比接近1:1、辊压极片时的挠度变形量可忽略不计的情况下，推荐使用不配弯辊的标准机型。在辊压极片宽度尺寸相对较宽、辊压机辊面宽度与辊面直径比大于1.2:1、辊压极片时的挠度变形量大于0.5μm的情况下，推荐使用配有弯辊的机型。



图6 按轧辊形式划分辊压机结构

②按驱动方式划分。按驱动方式划分可以分为单电机驱动结构和双电机驱动结构，如图7所示。单电机驱动结构采用驱动电机-减速机-分速箱-万向联轴器-轧辊传动形式，通过分速箱实现轧辊机械同步。双电机驱动结构采用驱动电机-减速机-万向联轴器-轧辊传动形式，采用同步电机通过电控实现轧辊机械同步。辊压机驱动转矩与辊压速度、辊面宽度、辊间压力成正比，在辊面宽度、使用压力变化不大的情况下使用速度越快，需要的驱动转矩越大，电机功率越大。辊压机在高速、需要电机功率较大时可采用2台同步电机驱动。



图7 按驱动方式划分辊压机结构

③按施压方式划分。按施压方式划分可以分为机械螺杆压紧结构和液压油缸压紧结构，如图8所示。机械螺杆压紧结构设备主要通过设定辊缝值使轧辊在极片上加载压力，没有额外的加压装置。因此一般实际压力比较小，辊压极片压实密度受到限制。液压油缸压紧结构液压缸安装于下辊系两端的轴承座下部，置于口字形机架内部下面，采用柱塞缸向上顶起施压，在柱塞缸的作用下，实现下辊系向上移动并施加辊压力。通过顶紧液压缸施压，压力稳定，可以施加较大的压力，是目前主流使用的施压方式。



图8 按施压方式划分辊压机结构

2.4 热辊压机

在国内，大多锂电池极片辊压机在常温下对极片进行辊压，在辊压的过程中，极片的反弹率大，可在对极片辊压前，先把极片加热至一定的温度，再进行辊压，这样做的目的在于：对极片进行干燥处理，减少里面的水分；降低极片在辊压后的反弹率；可消除极片经辊压后留存的一部分内应力；经过加热后，极片上的黏结剂受热软化或处于熔融状态，经过辊压后，可增强活性物质与集流体之间的黏合力，有利于提高活性物质吸液量。

为加热极片，锂电池轧机辊压前设一个加热箱对极片进行加热，先将加热箱内的空气加热，再通过热空气加热极片，加热效率低。由于加热箱距离轧辊还有一段距离，热量损失快，加热效果不明显。目前辊压机的辊压速度为15～60m/s，当提高生产速度时，为保证加热温度，需提高加温箱温度或者增加加温箱长度，从能耗和空间上考虑，利用加温箱加热不太合适。国内现在应用较广泛的是热辊压机，即先对热辊压机的轧辊进行加热，利用加热后的轧辊对锂电池极片进行辊压。

目前国内外加热轧辊主要采取的方式分为从轧辊外部加热和从轧辊内部加热两种，利用电磁感应、热辐射或者热传导加热轧辊辊面，并使其保持在一个恒定的温度范围，主要的几种加热方法如下所述。

①利用电磁感应从外部加热轧辊。在轧辊外部设有感应圈，当感应圈接通电源后，电磁感应会在轧辊内部产生涡流，由此加热轧辊。这种加热轧辊方式具有能耗低、热转换率高、在辊压过程中可以精确控制轧辊表面温度等特点。此加热方式存在若干不足，如造价高、在轧辊圆周不易布置电线路等。

②外设加热箱加热轧辊。加热箱布置在轧辊的上方或者下方，通过外部高温对轧辊进行烘烤，以空气作为传热介质，将热量传递到轧辊工作面上，达到加热轧辊的目的。但是这种加热方式存在比较严重的问题：轧辊工作面的温度不易控制；轧辊工作面的温度分布不均匀；局部高温对轧辊有伤害；耗能大，能量损失大。

③利用电阻丝等电子元件从内部加热轧辊。一般是采用管状电热元件或者电阻丝，插入工作辊或者支撑辊内部，通过轧辊的一端接通电源，加热轧辊。此种加热方式具有不损害轧辊外部结构、简单易行、设备简单等特点。其加热方式是先加热轧辊芯部，热量从芯部通过热传导传递至轧辊工作面，中间先热的方式，增加了加热过程中轧辊的热应力，对于直径较大的轧辊，热量传递时间长，轧辊工作面温度调整不灵敏，调整周期长，而且在轴承处形成局部高温，造成润滑困难。

④利用导热油加热轧辊。利用导热油加热轧辊是目前国内外采用比较多的一种加热方式。在轧辊内部开有导热油油道，通过旋转接头，将加热后的导热油通入轧辊内部，通过热传导加热轧辊。导热油可在200℃下稳定工作，此种方法安全、环保、噪声小，且导热油循环系统中工艺温度精度高，易于控制导热油的进口温度，再通过控制进口处导热油的流量，使得导热油与轧辊发生强制对流换热，增大导热油与轧辊之间的对流换热系数，增加两者之间的换热量，使轧辊表面保持在一个恒定的温度范围内，且具有较好的均匀性，可以满足大多数轧辊温度要求。

利用导热油热辊压原理是用导热油将轧辊加热以后，利用温度稳定的轧辊对锂电池极片进行热轧。轧辊加热过程示意图如图9所示。



图9 轧辊加热过程示意图

1—加热油箱；2—闸阀；3—泵；4—压力表；5—流量控制装置；6—热电偶Ⅰ；7—热轧辊；8—热电偶Ⅱ；9—配油管道

在轧辊的加热过程中，轧辊的表面温度与加热条件和导热油属性相关。加热过程所使用导热油的属性确定之后，轧辊辊面温度与轧辊流道内的导热油流速及温度紧密相关。

极片的种类不同，对轧辊的要求也不尽相同，极片的性质决定了轧辊辊面的最适宜温度。极片的热轧工艺并无统一加热标准，一般通过实际经验得出，各厂家根据自己的产品要求，对辊压系统进行设置。热轧辊辊面温度的设置，还需要考虑到轧辊材料物性与极片辊压工艺，温度既要满足极片质量的要求，也要考虑轧辊能够承受的应力及形变。

导热油加热轧辊系统具备扰动少和热惯性较大等特点，属于严重滞后系统，当改变导热油的油温和流量时，需要等待较长时间，轧辊辊面温度才会达到相对稳定。在生产过程中，不能直接准确地测量辊面的温度，只能测得导入和导出导热油的温度和流量，此系统为非线性系统，无法线性化，难以实现自动控制。因此，在实际应用中，由于设备使用的环境稳定，往往设定好输入后，便不再轻易更改，保证极片的质量和生产进度。

利用导热油加热的轧辊主要有两种油道结构：中通型和周边打孔型。中通型轧辊剖视图如图10所示。中通型结构是在轧辊的芯部加工一个通孔，将导热油从轧辊的一端导入，另一端导出，温度从轧辊的芯部传递至辊面。此结构具备结构简单、加工容易、成本低等特点，但能耗较大，需将整个轧辊加热，不易控制辊面温度。



图10 中通型轧辊剖视图

周边打孔型结构在轧辊的芯部加工有中心孔，在轧辊的四周加工有横向通孔，导热油从轧辊的从动端进入，也从轧辊的从动端流出。此结构能使导热油在轧辊内部保留时间较长，辊面温度分布均匀性较好，加工较为容易，由于横向油道距辊面距离较短，能快速调整辊面温度。图11为热辊压机周边打孔型轧辊剖视图。



图11 热辊压机周边打孔型轧辊剖视图

03 辊压机连轧生产线

3.1 辊压机连轧生产线的组成及各部分功能

电池极片辊压过程是锂电池生产的关键环节，电池极片的辊压过程就是将电池极片通过轧辊与电池极片之间产生的摩擦力拉进旋转的轧辊之间，极片受压变形的过程。

电池极片轧机系统包括放卷系统、辊压系统和收卷系统，电池极片轧机各系统组成部分：放卷张力系统，辊压速度系统，收卷张力系统，放卷纠偏系统，间隙调整系统，收卷纠偏系统，放卷气胀轴，辊压压力系统，收卷气胀轴，切刀平台，牌坊开合系统，收卷辅助穿带系统，放卷辅助穿带系统。

电池极片轧机系统作为一个复杂的系统，极片轧机设备的各部分系统实现不同的功能，以满足极片轧机的生产。

各部分系统的具体功能如下：

放卷张力系统的功能是在极片放卷过程中，利用磁粉制动器对极片的张力进行实时调节；

放卷纠偏系统的主要功能是通过U型传感器进行偏移量测量，调整极片的左右距离，防止出现跑偏的现象；

放卷气胀轴的作用是通过充气／放气实现极片卷料的缠绕及换料；

切刀平台的功能是在放卷处极片卷料即将用完时，切断卷料，实现换卷；

放卷辅助穿带系统的作用是在穿带过程中，对极片进行夹紧，以防止极片运动；

辊压速度系统的功能主要是通过变频器控制三相异步电机，实现对极片辊压速度的控制；

间隙调整系统实现的功能是通过伺服电机调整上、下轧辊间的缝隙，为极片辊压提供要求的厚度；

辊压压力系统的功能是通过控制气液增压泵调节压力，提供合适的辊压力将电池极片辊压成厚度均匀且密度高的极片；

牌坊开合系统仅应用于极片轧机设备装配过程，用于轧辊的拆卸和安装；

收卷张力系统主要应用于极片收卷过程中，利用变频器和收卷电机对极片张力进行实时调节；

收卷纠偏系统的功能类似于放卷纠偏系统，通过U型传感器进行偏移量测量，调整极片的左右距离，防止出现料卷错层、塔形现象；

收卷气胀轴的作用是通过充气／放气实现极片卷料的缠绕及换料；

收卷辅助穿带系统的功能与放卷辅助穿带系统相似，在生产初始化时对极片进行穿带，对极片进行夹紧，防止极片运动。

3.2 辊压机连轧生产线的工作过程

电池极片辊压过程的基本工作原理是：放卷气胀轴通过极片轧机的轧辊转动和收卷气胀轴的牵引将电池极片放出，同时放卷系统通过对张力进行实时调节，保证电池极片进入轧辊之前的张力稳定并维持在设定张力值范围内。由于现场环境因素、机械振动、张力波动等原因，造成电池极片出现跑偏的现象，因此在放卷系统中设置放卷纠偏系统，防止极片在辊压过程中出现损坏。电池正确进入极片辊压装置，通过极片轧机的上、下轧辊进行辊压，使极片厚度经辊压后符合标准参数要求。电池极片经过上、下轧辊之后，完成辊压后的极片通过收卷气胀轴进行收卷，同时收卷系统也要保证合理的张力，在收卷处对电池极片进行左右位置的调整，防止极片出现塔形卷现象。

3.3 辊压机连轧生产线生产过程控制

完整的电池极片轧机系统包括轧机轧辊的装卸过程和极片生产过程，在轧机轧辊装卸过程中更多的是需要工人的配合进行操作，涉及电气方面的控制较少。在极片生产辊压过程中，整个生产过程可以概括为正常生产过程初始化、手动穿带、预生产、连续生产、成品验收五个阶段。

正常生产过程初始化阶段，是指操作工人需要进行的操作，需要将收放卷气胀轴复位、夹紧装置气缸复位，通过对纠偏电机的控制对收放卷纠偏归中。

手动穿带阶段，确保收卷电机、轧辊电机、气液增压泵等执行元件处于断电状态，通过控制气胀轴及夹紧装置完成穿带，并进行极片的调整，预调张力，并根据要求对辊缝、辊压力进行初始化设置。

预生产阶段，设备以低速进行生产，若生产出的极片符合标准，则进入连续生产阶段，否则停止生产，重新调整进行初始化。

连续生产阶段，放卷系统、辊压系统、收卷系统三部分协调配合完成生产。放卷机构，通过张力传感器检测放卷处张力，控制器调节磁粉制动器的转矩，保证恒张力放卷。收卷机构，通过张力传感器检测收卷处张力，控制器调节变频器控制收卷电机的转速，保证张力在合理的范围内。辊压机构，极片轧机的辊压速度决定生产线的生产速度，正常运行状态下，辊压速度不需要实时改变，如果需要改变其生产速度，通过调节变频器改变主电机速度。辊缝调节系统，当辊缝不符合要求时，通过对伺服电机进行调节实现对辊缝的调节。辊压力是保证在辊压过程中，保证系统具有恒定的辊压力，通过压力传感器检测当前的辊压力，并由控制器控制气阀、油阀进行压力调节实时修正。

3.4 辊压机连轧生产线的性能指标

1）放卷机主要技术参数

①放卷轴：带控制阀气胀轴（3英寸，1英寸＝2.54cm）；

②最大承载能力：600kg；

③最大放卷直径：ϕ600mm；

④张力：10～200N（可调）；

⑤纠偏设备：光电纠偏。

2）除尘装置主要技术参数

除尘风斗气缸缸径ϕ25mm，行程80mm。

3）轧机主要技术参数

①设备整体尺寸：约3.6m×1.7m×2.6m（高度不含换辊支架尺寸0.4m）；

②机架：“口”字形刚性铸造结构；

③轧辊副工作尺寸：ϕ800mm×800mm（直径×长度）；

④轴承座：整体铸造45#钢刚性结构；

⑤主轴承：四列圆柱滚子轴承；

⑥减速机：螺旋锥齿轮减速机；

⑦主电机功率：55kW(380V,50Hz)；

⑧辊压线速度：5～60m/min（变频调速）；

⑨油缸：缸径ϕ250mm，行程25mm，2支。

4）机械式测厚装置主要技术参数

①测厚仪表：数显千分表（三丰）；

②测量精度：±0.001mm；

③厚度范围：0～5mm；

④测量宽度范围：最大值750mm。

5）收卷机主要技术参数

①收卷轴：带控制阀气胀轴3英寸；

②最大收卷直径：ϕ600mm；

③收卷电机功率：1.5kW；

④张力：10～200N（可调）；

⑤纠偏边缘控制：≤±0.1mm。

3.5 辊压机连轧生产线的应用案例

下面以某公司生产的ZY800-A800-F电池极片连轧生产线为例，详细介绍电池连轧生产线设备组成及主要功能，设备布置示意图如图12所示。



图12 ZY800-A800-F电池极片连轧生产线设备布置示意图

1）放卷机

本装置位于整条生产线的最前端工序，用来支承待辊压的卷料结构，并将其输送到轧机进行辊压。本装置采用伺服动力，主动送料。采用光电纠偏装置控制料带纠偏，张力控制采用SMC比例阀控制气缸输出设定的张力，加上三菱的张力检测器，形成张力闭环，张力大小可无级调整。放卷轴采用气胀轴。本装置由机架体、直线轴承、光电纠偏装置、气胀轴、伺服电机、气动比例阀、气缸及控制器、导辊等部分组成。

2）前接带装置

用于极片碾压过程中断裂或更换料卷时接片，减少极片的浪费。由接片平板、压杆、气缸、导辊等部分构成。手动操作，压杆气缸控制。

3）除尘装置

本装置由机架体、上毛刷、导向辊等部分组成。主要具有以下功能：通过毛刷清理料带上的粉尘；吸尘器吸走清理出的粉尘。

4）展平（拉伸除皱）装置

①功能：用于消除连续或连续分条涂布正极极片辊压过程中产生的波浪边。

②构成：包括张力隔断牵引部分、摆辊拉伸部分、张力检测部分、牵引穿带装置。

③牵引辊规格：直径ϕ200mm，表面镀硬铬。

④夹送辊规格：直径ϕ120mm，表面包三元乙丙橡胶。

⑤张力控制：PLC+低摩擦气缸+伺服电机闭环调节张力，数显表显示张力值。

⑥张力调节范围：10～1000N。

⑦张力波动：≤±3N。

5）辊压机

辊压机是连轧机生产线中的主要设备。其主要功能是使坯料在轧辊的碾压下，达到合适的厚度。本设备采用恒力结构，丝杠调整辊缝间隙，液压自动压紧，线速度通过无级变频调速来实现。辊压机主要由刚性机架、轧辊副、动力传动系统、液压控制系统、电气控制系统、间隙调整系统、送料板及辊面清洁机构等部分组成。

①轧机牌坊：采用优质碳素结构钢，“口”字形轧机牌坊，主要优点是整体刚性优秀，稳定性好。

②轧辊的技术参数：轧辊的材质为9Cr3Mo系列高合金冷轧辊钢，淬火硬度HRC≥66～68，辊面淬火层深度≥22mm，轧辊径向跳动≤±0.0015mm（在磨床上检测）。主要优点是：表面硬度高、淬硬层深、耐磨性好、加工精度高、光洁度高、防挠度变形。

③轧辊的质量：轧辊的质量是轧机整体性能好坏的关键。因此此次轧辊材料选用专业轧辊厂家生产的Cr3系列优质合金冷轧辊钢，其加工工序严格按照内控标准工艺执行。

④下辊上顶：碾压力控制油缸放置于下轴承座下方。

⑤数显恒隙系统：径向控制轴承游隙；空载时所有部件均受预拉力或预压力，轧机整体刚性优异；伺服电机带动丝杠拖动中间锲铁调整两辊间隙，辊缝调整精度0.001mm。

⑥动力传动系统：55kW电机驱动。

⑦液压系统：采用变频器加异步电动机带动液压泵，比例溢流阀控制输出压力，与压力传感器形成压力闭环保证输出压力精确与稳定。

⑧电气控制系统：PLC控制，触摸屏操作，操作准确、方便、直观。

⑨拆装辊装置：设备备有拆装辊装置，用于设备维修时拆装更换轧辊。

6）辊面清洁

①刮刀清洁：刮刀刮除辊面黏附物，刮刀通过气缸自动控制，并带有2个可调整收集料盒，配负压除尘，保证辊压加速不影响料盒对碎屑的收集。

②布卷清洁（仅负极配置）：由放卷轴、收卷轴、减速电机、压紧气缸、气缸固定板、压紧橡胶辊、擦辊布卷、喷液储存罐、喷液分流装置及蠕动泵等组成，喷液储存罐放置于设备外罩内部，方便更换；擦辊布卷直径最大200mm。

工作原理：减速电机通过收卷轴带动擦辊布从放卷轴低速擦过压紧橡胶辊与轧辊辊面贴合部位，压紧气缸带动橡胶辊将擦辊布压紧在辊面上，喷淋流量通过蠕动泵控制，可连续或者间歇地将液体喷淋到擦辊布上，随着轧辊的转动和擦辊布的低速反向移动，实现对整个辊面的清洁。

7）机械式测厚装置

用于手动对辊压后极片的厚度测量。通过手轮驱动滚珠丝杠拖动测量臂、数显千分表横向往复运动打点测量，测量数值可通过数据线输入电脑。

8）收卷机

收卷装置的作用是将经过辊压后的电极材料呈卷状地缠绕在一定尺寸的芯轴上。为保证料卷边缘齐整，本装置采用自动纠偏收卷方法，通过伺服电机减速机带动收卷轴、光电纠偏装置控制边缘齐整，保证收卷质量。

锂电十大关键设备之四：模切设备

极耳是锂电池内部将正负极集流体引出来的金属导电体。极耳成型是在正负极集流体上切出导电体的工艺，一般作为卷绕或者叠片的前工序，是动力电池和部分消费电子电池制造过程的关键工艺之一。传统上，极耳成型主要使用机械模切工艺。机械模切工艺有模具损耗快、换模时间长、灵活性差和生产效率低等局限性，已经越来越不能满足锂电池制造的发展要求。由于激光切割技术的诸多优点随着高功率、高光束质量纳秒激光器、单模连续光纤技术的成熟，激光极耳切割逐渐成为极耳成型技术的主流。


01 设备分类概述

1.1 极耳成型设备分类

目前市场主要使用的极片极耳成型包括激光极耳成型机、五金极耳成型机两种类型。激光极耳成型机采用连续或脉冲式的激光对极片和箔材进行切割，五金极耳成型机采用五金模具对极片和箔材进行冲切。

五金极耳成型机，其主要特点是用双模具切割集流体形成导电极耳，同时实现极耳的变间距，极片可以是连续行走或间隙行走，主要问题是集流体较薄，冲切毛刺很难控制，导致电池的自放电大，留下安全隐患，另外，受模具寿命的限制导致制造成本很高。

激光极耳成型机，具有设备运行效率高、毛刺小且能够稳定控制、激光编程灵活、产品兼容性强、使用成本低等优势，更适合于规模化制造，也是目前锂电制造厂的主流选择。基于安全可靠为基础的降本趋势下，新能源汽车行业对动力电池生产的精度和效率提出了更高的要求。

1.2 五金模切的缺陷

通常五金模具出现毛刺的原因有以下几种情况：

①冲裁间隙过大、过小或不均匀均会产生毛刺。

②刃口磨损变钝或啃伤均会产生毛刺。

③冲裁状态不当，如加工件与凸模或凹模接触不好，在定位相对高度不当的修边冲孔时，也会由于制件高度低于定位相对高度，在冲裁过程中制件形状与刃口形状不服帖而产生毛刺。

④模具在工作过程中升温，间隙变化导致裁切极片产生毛刺。

鉴于五金模切产生的毛刺对动力电池的安全性存在较大的隐患，未来主要采用激光模切方式。

1.3 激光切分类

激光器种类包括固体激光器、气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、液体激光器、自由电子激光器等。按工作方式分类，可分为连续激光器和脉冲激光器。连续激光器可以在较长一段时间内连续输出，工作稳定、热效应高。脉冲激光器以脉冲形式输出，主要特点是峰值功率高、热效应小；根据脉冲时间长度，脉冲激光器可进一步分为毫秒、微秒、纳秒、皮秒和飞秒，一般而言，脉冲时间越短，单一脉冲能量越高、脉冲宽度越窄、加工精度越高。

依据极片切割工艺需求，激光模切目前采用光纤激光器，通过振镜、场镜将光束按照设定轨迹进行极片切割。

1.4 激光模切发展趋势

激光模切将围绕着以下几点进行提升：

①切割效率：将从现有60～90m/min的水平继续提升，预计在3年内实现120～180m/min的水平。

②切割品质：目前三元正极材料的料区仍不能使用激光进行直接切割，未来通过新型激光器类型以及激光工艺的引入可以实现三元正极材料的激光切割。另外，热影响区、毛刺、熔珠等切割品质不良可通过机械稳定性和激光工艺的改良进行提升。

③设备稳定性：一方面是设备自身的稳定性，通过提升设备运行的稼动率水平，并且优化上下料辅助时间提升整机的OEE水平，同时提升设备的MTBF。另一方面是产品品质的一致性，提升产品的CPK。
④智能化：实现单机智能化再到整线智能化。将在线检测、PLC控制和上位机控制集成一体化，实现单机智能化。再通过接入工厂信息化系统，基于单机数据采集的优化，实现整线智能化水平。
02 设备原理、组成及关键结构

2.1 激光极耳成型机原理

目前业内经过多年的发展，激光模切技术已经较为成熟。下面的详细设备介绍将从激光极耳成型机展开。

激光切割是利用聚焦后的激光束作为主要热源的热切割方法，采用激光束照射到材料表面时释放能量来使之熔化并蒸发（图1）。



图1 激光切割原理示意图

激光切割的特点包括：

①切割缝隙比较狭窄；

②邻近切边热影响区较小；

③局部变形极小；

④非接触式切割，清洁、安全、无污染；

⑤与自动化设备结合方便，容易实现制成自动化；

⑥不存在割工件的限制，激光束具有仿形能力；

⑦与计算机结合，节省材料。

激光切割轨迹路径如图2所示。



图2 激光切割轨迹路径示意图

激光切割主要工艺参数包括：

①光束横模：光束的模式越低，聚焦后的光斑尺寸越小，功率密度和能量密度越大，切口越窄，切割效率和切割质量越高。

②激光束的偏振性：像任何类型电磁波传输一样，激光束也具有相互成90°并与光束运行方向垂直的电、磁分矢量，在光学领域把电矢量作为激光束的偏振方向。当切割方向与偏振方向平行时，切割前沿对激光的吸收最高，所以切缝窄，切口垂直度和粗糙度低，切割速度快。

③激光功率：激光切割时，要求激光器输出的光束经聚焦后的光斑直径最小，功率密度最高。激光切割所需要的激光功率主要取决于切割类型以及被切割材料的性质。气化切割所需要的激光功率最大，熔化切割次之，氧气助熔切割最小。

平均功率计算公式：平均功率=单脉冲能量×重复频率

峰值功率计算公式：峰值功率=单脉冲能量／脉宽

④焦点位置：焦平面位于工件上方为正离焦，位于工件下方为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与加工面距离相等时，所对应的平面上功率密度近似相同。

⑤激光焦深：当聚焦系统的焦深对激光切割质量有重要影响。如果聚焦光束的焦深短，聚焦角较大，光斑尺寸在焦点附近的变化比较大，不同的焦点位置将使用在材料表面的激光功率密度变化很大，对切割会产生很大的影响。进行激光切割时，焦点位置位于工件表面或略低于工件表面，可以获得最大的切割深度和较小的切割宽度。

当焦深聚焦深度大，光斑直径增大，功率密度随之减小。聚焦深度Δ可按下式估算：

Δ=±r2/λ

式中 r——光束的聚焦光斑半径；

λ——激光波长。

激光极耳成型制造过程列于表1。



2.2 设备主要组成

激光模切机布局如图3所示。



图3 激光模切机布局示意图

激光模切机主要包含放卷模块（含纠偏）、张力控制模块、模切前过程纠偏、激光切割、牵引主驱模块、风刀除尘、CCD检测、分切前过程纠偏、极片分切、极片除尘、不良贴标、收卷模块和废料收集机等。其动作流程如图4所示。



图4 激光模切机动作流程

关键结构如下：

①收放卷模块：由收放卷机构、接带平台和放卷纠偏等组成。主要参数包括最大卷径、最大承重、卷筒尺寸等。具备辅助上料、伺服放卷、放卷后展平、卷径检测等功能。

②张力控制模块：由张力检测传感器与张力摆杆组件等组成。主要参数包括张力控制精度等。具备放卷张力闭环控制、张力大小实时显示功能。

③过程纠偏模块：由传感器、执行机构和丝杆等组成。主要参数包括纠偏精度。纠偏自动调整与CCD检测反馈形成闭环控制。

④激光切割模块：由激光切割组件、除尘装置、位置调整组件等组成。主要参数包括激光器功率、激光器功率稳定性、极耳间距精度等。具备“一出一”和“一出二”两种工作方式（图5）。



图5 激光切割工艺

⑤牵引主驱模块：由主动辊、橡胶辊和伺服电机等组成。具备安全保护装置，同时完成料带驱动的功能。

⑥极片分切模块：由分切刀模、负压除尘等组成。具备刀片润滑、废料自动收集、分切刀负压抽尘功能。

⑦除尘系统：由激光切割处除尘、风刀除尘、毛刷除尘、磁棒除尘、防护挡板、风机过滤器(FFU)和除尘管道组成。主要参数包括风刀风速、导向环角度、负压大小等。具备对极耳、切割直边和极片表面进行粉尘清理的功能。

⑧视觉检测系统：由相机、光源、工控机、不良贴标等组成。主要参数包括成像效果、检测精度、不良贴标位置精度等。具备极片表面缺陷检测、切割与分切尺寸检测、极耳状态及尺寸检测的功能。

⑨控制系统：由电气控制系统和激光控制系统组成。具备可视化设计、参数化设计、分级权限管理，实现激光切割轨迹控制调整、整体功能控制。
⑩其他部分：包括润滑系统、安全功能、粉尘控制等。
03 设备的选择应用案例

3.1 明确来料工艺

在选择具体的激光模切设备之前，需要先对来料情况和制造工艺进行确认。

①确认来料的材质：三元材料、磷酸铁锂、钛酸锂等。

②来料尺寸规格：涂覆幅宽、留白宽度、箔材厚度、涂层厚度、单侧／双侧极耳等。

3.2 明确产品规格

①确认产品收集规格：卷料收料或片料收料。

②切割工艺：等间距切割、变间距切割、极耳变高度切割、是否需要切割V/R角。

③切割规格：模切宽度、极耳高度、极耳间距、极耳宽度、标记(mark)位置、分切宽度、热影响区、毛刺等。

3.3 明确设备配置

①功能配置：依据来料工艺及产品规格来确认设备整体配置要求，目前主流的收放卷配置包括单放单收、单放双收、双放双收或双放四收。再确认功能需求，功能需求包括标配功能和选配功能。

②制定机械、电气、信息系统通用规范，并执行。

锂电十大关键设备之五：分切设备

分切又称分条，指对涂布完成的较大幅宽的膜片进行纵向分切，将其一分为多，并收卷成一定宽度规格的上、下单卷的过程。分切产品主要受到切刀质量、切刀角度以及膜片张力的影响。

01 分切设备的指标

分切设备也称分条机或纵切机，指在恒定张力的情况下将锂离子电池极片、聚合物电池极片、镍氢电池极片及有色金属板材或卷材分切至所需要的尺寸规格，并保证一定工艺要求的生产设备。电池极片分切的尺寸精度高，同时极片边缘毛刺小，否则会产生枝晶刺穿隔膜，造成电池内部短路，其性能指标主要有分切精度、分切装机精度、刀模调整范围等。

(1)分切精度

分切后极片纵向毛刺≤7μm，横向毛刺≤12μm，极片切口处无分层、褶皱现象，几何尺寸线性公差满足电池工艺要求，主要指刀轴及分切刀片的尺寸公差及圆跳动、同轴度。

(2)分切装机精度

分切设备装配调试完成后空载检测的导辊和刀模精度，主要指导辊表面粗糙度Ra＝0.4，导辊圆柱度≤0.03mm，导辊安装后全跳动≤0.05mm和刀模组件装配后的跳动≤10μm。

(3)刀模调整范围
分切设备上下刀片之间在分切材料部位可调整距离的变化范围。
02 分切设备的组成及关键结构

2.1 分切设备的组成

分切设备主要由放卷装置、放卷张力控制、放卷纠偏控制、接带、CCD外观缺失检测系统、分切、分切后宽度检测系统、除尘、收卷张力检测、贴标装置、收卷装置及电气系统等构成。

标准配置全自动锂电分切设备为机架立式安装，采用上下双滑差轴同向中心收卷方式，收卷、放卷的夹紧及刀模、压辊的动作全为气动控制，操作简便快捷。单电机变频驱动，同步带传动，运行平稳可靠，噪声小；磁粉离合器制动器控制放卷，这样张力控制精度高、响应快、可调范围广，分切设备组成如图1所示。



图1 标准机型分切设备结构示意图

1—后墙板；2—前墙板；3—底座；4—电柜；5—放卷装置；6—纠偏装置；7—接带平台；8—刀模；9—刷粉装置；10—收卷压轮装置；11—收卷滑差轴装置

①机体。采用优质碳素结构钢焊接制作，用于支撑分切设备的机架和电柜，前后墙板用连接梁连接后，立式固定在底座上。

②放卷装置。放卷采用气胀轴方式，通过在放卷气胀轴端连接一个磁粉制动器，给放卷轴一个与牵引方向相反并且可以控制的阻力从而实现放卷张力。

③纠偏装置。采用单感应探头寻边纠偏，选用高精度纠偏系统，纠偏精度±0.1mm，纠偏行程≥120mm。传感器位置调节机构采用螺杆调节，并且配数显刻度尺以及手柄式锁紧机构。

④接带平台。接带平台缝隙宽度1mm，深度＞10mm，气动压杆压紧极片，接带平台增加5.0mm黑色赛钢，增加刻度标尺，基准0刻度与刀模基准隔套宽度对应，手工进行材料接合，需保证极片正常走带时距接带平台和压条距离为10mm，增加防呆措施，开机时如果压杆处于下压状态，须有报警并提示的功能，解除报警才可开机。

⑤刀模。上刀与下刀间隙方便固定，刀模采用单轴传动。两主轴材料40Cr，底板和支座S136钢，表面淬火硬度HRC50以上，刀模整体外观无锈渍，刀模入口调节辊刻度指示要求，入料辊的直径ϕ50mm，最下点与下刀片最高点在同一水平位置时，刻度指示为零，上调为正，下调为负，刀模调节辊刻度尺按±5mm制作，调节辊材料为铝合金，表面茶色阳极硬化处理，硬度不小于HRB300，两端支座采用螺杆结构，上下可调，刻度指示为零，分路辊相对零位调节采用正负角度表示，调节范围±3°。

⑥刷粉装置。采用可拆卸式毛刷辊，使用夹式安装，轴孔固定，拔销传动，拆装简单；毛刷刷毛采用软质尼龙毛，防止硬度过大而损伤极片；毛刷辊为盘绕式植毛，植毛密度大，保证除尘效果；毛刷转动方向为逆极片走带方向，以增强除尘效果；毛刷除尘装置工作时左右两毛刷相互嵌入，以保证刷毛有效接触极片并施加一定的压力，且有足够的弹力，确保极片除尘的有效性。两毛刷相互嵌入深度为2～3mm（通过调整除尘盒边缘密封材料厚度控制），两毛刷中心距需要用刻度（标识）进行表示，毛刷可上下移动50mm，利于穿带，有10mm位置精确调节有利于除尘效果调节。毛刷转速为0～300r/min可调。

⑦收卷压轮装置。上下收卷轴各一套压轮机构，压轮表面镀铬或喷陶瓷处理，避免极片分切后出现翻边现象。

⑧收卷滑差轴装置。上下两根收卷滑差轴，利于差速轴收卷，配隔层板，可进行张力×条数的量化设置，并根据不同分切宽度自动调整张力基数，能自行设定张力基数，持续保证张力恒定、稳定，连续分切不会造成断带。

2.2 分切设备的关键结构

分切设备关键机构主要有收放卷的恒张力控制机构、滑差轴机构和纠偏机构等。

1）恒张力控制结构

①恒张力控制原理。对于分切极片收放卷过程中，放卷卷径减小，收卷卷径增大，卷径的变化在电机恒转速控制条件下张力会不断变化，可能导致张力过小材料褶皱或者张力过大拉断。为避免这种问题，材料在收放过程中恒张力是必要的，恒张力控制的实质是在张力不变的情况下，调整电机的输出转矩随卷径变化而变化。电机转矩控制通过变频器和三相异步电机实现，台达V系列变频器提供了三路模拟量输进端口：AUI、AVI、ACI。这三路模拟量输进端口能够定义为多种功能，一路作为转矩给定，另外一路作为速度限制。0～10V对应变频器输出0至电机额定转矩，这样通过调整0～10V的电压就能够完成恒张力的控制。

②张力与转矩的计算。由图2动力学分析得：



图2 张力与转矩的计算

FD/2=Ti

式中 F——张力；D——卷径；T——电机转矩；i——减速比。

电机额定转矩表达式为：

T=9550P/n

式中 T——电机的额定转矩，N·m；P——电机的额定功率，kW；n——电机的额定转速，r/min。

③电机同步转速计算。由于已知变频器工作在低频时，分切机交流异步电机的特性不好，激活转矩低而且分线性，因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2Hz以下。因此收卷电机有个速度的限制。对于4级电机，其同步转速计算如下：

n=60f/p=60×2/2=60r/min

式中 f——电源频率，Hz；n——收卷电机转速，r/min；p——电机磁极对数。

④限速运行。系统采用张力控制时，分切机要对速度进行限制，否则会出现飞车，因此要限速运行。极片运行速度V的表达式为：

V=πDn/i

式中 D——收卷的最大卷径，m；n——转速，r/min；i——传动比。

⑤自动张力控制器。自动张力控制器，主要由张力检测器、高精度A/D和D/A转换器、高性能单片机等组成。该自动恒张力控制器是根据张力检测器测量到卷料的张力与设定的目标张力相比较后，经单片机PID运算自动调整D/A输出从而改变磁粉离合，制动器的励磁电流或伺服电机的转矩实现卷料的恒张力，可广泛用于各种需对张力进行精密测控的场合，具有使用灵活和适用范围广等特点。可以自动与手动自由切换，工作人员在使用过程中可根据实际需要进行自动或者手动的切换。

⑥收卷锥度张力。极片分切收放卷通常采用恒定张力卷取的控制方式，即放卷机在对极片开始缠绕、卷取进行以及结束卷取整个过程始终采用恒定张力运转；但由于卷取时一般都会在收卷装置安装套筒，而套筒对材料的卷取会有比较明显的反作用力，如果采用恒定张力卷取，则很容易造成极片缠绕中心突出现象，甚至损坏设备。如采取锥度张力控制方案，则可很大程度地解决上述问题，如图3所示锥度张力曲线呈现为1个尖顶锥状，能够在卷心形成较大张力，而随着材料卷直径变大，使外层张力逐渐减小，卷取时通过张力的控制对材料卷子进行“内紧外松”的卷取从而满足材料卷取的工艺要求。



图3 锥度张力示意图

张力锥度公式：

F=F0×[1-K(1-D0/D)]

其中 F——实际输出张力，N；F0——设定张力，N；K——张力锥度系数；D0——最小卷径，m；D——当前卷径，m。

2）纠偏控制结构

①“跑偏”现象。极片在收放卷时，由于极片涂布不均匀、极片纵向张力不均匀、极片边缘不整齐、输送辊与辊之间安装不平行、输送辊锥面极片与辊面摩擦力过大等原因，导致极片在输送过程中出现“跑偏”现象，为避免跑偏现象，在分切机收放卷装置上安装纠偏装置。

②纠偏方法。按纠偏设备安装位置不同，可以分为双边纠偏和单边纠偏两种。

双边纠偏：特别对边缘不整齐、有错层或塔形的极片，或者在放卷过程中极片不易对准机组中心线等放卷机多选用双边纠偏。双边纠偏一般有两种形式。一种方式是双检测光头系统，即对中系统，简称CPC(center position control)，如图4所示。两组检测光头，对称于机组中心线设置，通过一根正反扣螺杆由一台步进电机带动做反向运动，即同步向内或向外运动。当极片开始穿带进入机组后，光头向内移动，当其中只有一个光头检测到带边时，说明极片已偏向了此方向，同时发出信号，移动放卷机带动极片移动，直到两边光头都检测到极片两边输出相等时，光头停止移动，放卷机停止移动，极片已处于中心位置。这种方式的优点是放卷操作时不需要考虑带卷宽度系统可以做到自动对中心。另一种方式是通过检测极片的边部位置进行控制，使送入机组的极片边部位置固定，简称为EPC(edge position control)。光头架装在机组传动侧。首先根据来料的宽度，预先设置好检测光头的位置。当放卷极片送入机组后，检测光头根据被极片遮盖情况（全盖、全亮、半盖的程度）发出信号，移动放卷机使极片一边边部始终处在光头半遮盖位置。这种方式的优点是单光头，光头装置相对简单一些，但是在操作前必须根据不同的带宽，预先调节好光头的原始位置。



图4 双边纠偏系统

1—电控柜；2—位置控制检测器；3—C形架；4—发送光源；5—放卷机；6—中心位置检测器；7—移动液压缸；8—液压站／伺服阀；9—极片

单边纠偏：对于边缘比较整齐的极片多采用单边纠偏。边部平齐的极片在运输和处理过程中不容易受到损伤，为了达到卷齐都是采用一组光头检测边部。检测光头的设置位置可以在放卷机上伸出一个臂来安装光头，光头随收卷机一起移动（图5）；也可以在机组出口偏导辊附近单独地设置一个光头座。一组丝杆通过一个步进电机带动光头，或者移动整个光头支座，在移动座上带有位置传感器。这两种方式的工作过程如下：当极片送到卷筒轴上并咬住头之后，检测光头送进，直到检测到带卷边部遮住一半光源为止，同时自动投入闭环控制系统。当带边位置发生变化时，检测光头继续跟随，并随时将偏移值输入控制系统，使放卷机纠偏移动油缸也同方向移动相同距离，最后达到收卷齐的目的。



图5 单边纠偏装置

1—液压站／伺服阀；2—电控柜；3—位置控制检测器；4—极片；5—偏导辊；6—发送光源；7—收卷机；8—中心位置检测器；9—移动液压缸

3）滑差轴分切结构

滑差轴是利用轴上各个滑差环打滑的原理，使轴上多个卷筒料始终保持张力平衡，完成收放卷工作。滑差轴的主要用途是在收卷流程中对材料的拉力调整，通过在卷轴运行时保持所有料卷适当的张力，在电池极片应用方面，滑差轴收卷大大提高了良品率，降低了生产成本，是锂电池分切机（分条机）上的重要零部件。

①工作原理。中心气压滑差轴是张力调节式滑差轴，滑差环独立打滑。滑差轴以精密空芯通气主轴为核心，利用压缩空气推动腔体内的活塞，使轴芯通过摩擦件与滑差环之间产生摩擦转矩，进一步带动斜契底座上的斜胀片向外径方向扩张，挤压收卷筒，传递收卷筒的扭矩，从而达到恒张力卷取。

②主体结构。滑差轴结构特殊，由多个滑差环组成，工作时，滑差环受控以一定的滑转力矩值（扭矩）打滑，滑动量正好补偿产生的速度差，从而精确地控制每一卷材料的张力，得以恒张力卷取，保证了卷取质量。可应用于由极低到最高张力的范围，适用于高速、材料厚度误差大、多段张力控制、张力控制精度高、端面收卷整齐的要求。最适合双轴中心卷取式分切机使用。

③代表产品。日本东伸滑差轴、西村滑差轴。其控制精度高，成本相对较高。滑差轴的主要单元是气胀单元（由腔体、斜契底座、活塞、气封、轴承和弹簧及胀片组成），每组单元长度40mm，18组单元可任意位置互换和独立更换，从而提高了使用寿命和检修的方便性。

④材质工艺。产品本体由调质模具钢或铝合金硬质氧化制作，橡胶胀片用耐高温耐磨聚氨酯材料硫化制作，具体依据最大张力要求而定。可根据要求制定不同尺寸的滑差轴，包括主轴、气胀单元、胀片、弹簧、十字联轴器等零部件。
⑤使用说明。滑差轴有效提高了分切机的速度、收卷精度、自动化程度，准备时间减少，操作更人性化。应用滑差轴收卷更是大大提高正品率，降低生产成本。我们的滑差轴可以保证最高料卷质量，通过在卷轴运行时保持所有料卷适当的张力。
03 分切设备的选择与应用案例

(1)设备选择

分切机选用考虑分切精度、分切装机精度和刀模调整范围等。

(2)应用案例

以朝阳机械制造有限公司分切机
ZY750-C600-C50为例，其为极片来料宽度≤750mm，收放卷直径为ϕ600mm，最窄分切宽度30mm，带CCD检测系统设备运行速度50m/min的C型全自动锂电分切设备。CCD检测系统用于检测极片的破损、褶皱等问题。
04 分切设备使用与维护

(1)分切机的使用

以某公司65型分切机为例，介绍分切机的使用。图6为系统主界面，单击“进入系统”进入该系统，其操作按钮界面如图7所示，各功能按钮说明如下。



图6 分切机控制系统主界面



图7 操作按钮界面

计米测量：设备自动运行状态下生产的长度，此长度可清零。

生产总长度：设备自动运行状态下累计长度，不可清零。

设定线速度：用户通过HMI（或速度调节器）设定的当前运行速度。

实际线速度：设备当前运行的实时速度显示。

速度+：每按1次当前速度增加1m/min（增加值可设定）。

速度-：每按1次当前速度减小1m/min（减小值可设定）。

放卷张力：设备通过放卷张力传感器检测的放卷实时张力。

收卷直径：设备的实时收卷直径。

上收卷张力：设备上层收卷的实时张力。

下收卷张力：设备下层收卷的实时张力。

参数画面：进入参数画面，设置牵引速度、放卷张力和收卷张力值、牵引力矩等参数。

切刀画面：进入切刀画面，设置切刀使用长度，各长度值清零，确定是否启用该切刀等。

手动：进入手动调试操作画面，手动控制放卷、收卷、毛刷和刀模的启停等。

自动：选择自动模式。

启动：全线启动（自动模式下有效）。

停止：全线停止（自动模式下有效）。

高速：以高速运行设备。

低速：以低速运行设备。

(2)分切机的安装调试

分切机操作分为张力调节、EPC纠偏调节和收卷电气比例阀调试三个环节，其中电气比例阀调试较为关键，其操作步骤如下。

①按接线要求接通24V电源。

②给比例阀通压缩空气，进气压范围在0.5～0.65MPa。

③按“解锁(UNLOCK)”或“上锁(LOCK)”大于3s，指示灯闪烁。

④间断按SET键，分别显示GL.9/F01/F02（F01=下限，F02=上限）。

⑤当F01与数字闪烁显示时，按下降或上升键，数字下降或上升，一般F01=0.15～0.25。

⑥当F02与数字闪烁显示时，按下降或上升键，数字下降或上升，一般F02=0.45～0.50。

⑦调试完成后按SET键。

(3)分切机的操作注意事项和维护

①操作人员必须先培训再上岗，必须熟知分切机的使用方法、设备的性能及一般的维修方法。非本工种人员不得随意操作。

②做好开机前的劳动防护，备好操作的一些辅助工具和材料（调刀工具，作业要求的纸箱、纸管、裁纸刀、胶带等）并放在机台的合适位置。

③确保设备在安全状态下，打开电气开关，检查电路是否缺相以及气路是否畅通，试运行机器，查看电气、气动和机械设备是否运行正常。

④检查机械的防护设施是否完善。操作过程中要防止压伤、划伤或带进转动的齿轮、链条和滚筒等。

⑤调刀：根据作业要求调整准确的刀距，注意刀口的方向。必要时要把底刀取下重新排刀，刀有豁口或不锋利要及时修理更换。

⑥查看静电消除设施及机台地线的连接，保证操作时材料静电得到消除。把机台下铺好废纸，防止灰尘吸附。

⑦上料时注意安全。把材料推到合适位置进行充气，注意材料的转动方向，不可上反。

⑧穿带和对边：把材料按设备设定的方向从放卷穿到收卷，并调整纠偏位置进行对边，切边时要保证成品两边都有胶水，上料时要注意纠偏行程。要上到纠偏行程的中间，运行时要注意纠偏一边，超过行程时出现切不到边要立即处理。

⑨在收卷轴上穿上作业要求的纸管，对齐材料。需要贴双面胶的必须贴好双面胶，调整好合适的收卷张力和放卷张力，进行切边收卷。

⑩在收卷过程中要严格检验产品质量，不可把次品或废品和其他脏物或边条卷进产品，同时严格控制长度。

⑪停机后要关掉电源和气源，并对机器进行必要的清洗维护，过渡辊尽量不要用刀刮，设备上的胶水要用溶剂擦拭干净。

⑫作业中遇到问题，停机处理，无法停机处理的一定要减速谨慎处理。

（待续）