[发明专利]一种极片成型的挤出头及包括其的成型装置及其成型方法和制备方法

说明书

本发明提供了一种极片成型的挤出头及包括其的成型装置及其成型方法和制备方法，所述的挤出头包括挤出头壳体，所述的挤出头壳体内部沿挤出方向开设有贯通的挤出通道；所述的挤出通道沿挤出方向分为依次对接贯通的过渡腔和成型腔，沿挤出方向，所述的过渡腔的内壁环面的直径渐缩。混合好的极片混料采用螺杆挤出成一定厚度的极片，干燥后直接通过特定的裁切模具，即可完成不同型号的特型极片制作。相比较其他极片的制备方法，制作效率明显提升。

技术领域

本发明属于极片制备技术领域，涉及一种极片成型的挤出头及包括其的成型装置及其成型方法和制备方法，尤其涉及一种用于异型极片成型的挤出头及包括其的成型装置及其成型方法和制备方法。

背景技术

随着物联网建设的快速推进，智慧城市概念深入人心，电池的应用模式趋于多样化，同时越来越多的设计和产品开发在特殊形状的电池，用于智能监测，智能计量，智能追踪，智能磨损和医疗器械上。异型电池的电池形状可以呈现规则或者不规则的几何形状，包括币式电池，方型电池，六角电池，三角形电池，扇形电池等。与此同时，异型电池使用的碳正极结构与常见的圆柱形电芯不同，需求不同规格形状的电池极片。

比如，方形电池使用1-3mm厚度的长方形碳片，币式电池使用直径3-30mm，厚度1-4mm圆形碳片或者圆环型碳片，扇形电池则需要一定弧度、直径和厚度的碳片。此类碳片都有两个共同的要求，一就是对极片的厚度要求极高，如果极片的厚度超出标准，组装过程中就会压塌边膜造成短路，长期高温放电过程中会出现外壳臌胀的情况。如果极片的厚度低于标准，组装后正极、边膜和锂带之间接触不好，表现出差的集流效果。二就是正极碳片的截面需要平整无毛刺，并具有一定的强度，有利于极片的组装过程。

目前碳片主要有二种成型方式：

第一种成型方式为冲压成型，即先将正极材料，导电剂，粘合剂等混合，制粒成直径2-4nm的颗粒正极，平铺在模具内，压力直接压制成型。

例如：CN104201381B一种锂离子电池的制作方法，包括以下步骤：分别制作正极片和负极片：将粘合剂和导电剂粉料以及正极活性物质或负极活性物质粉料混合搅拌均匀后，加热到80～200℃，放入内置金属网的预制模具中，对模具中的粉料施加3～20MPa的压力，使之成型，分别得到正极成型体和负极成型体；所述金属网的一端形成有伸出于所述正极成型体或负极成型体侧边之外的导电极耳；将正极成型体和负极成型体浸入陶瓷溶液中，烘干后所述正极成型体和负极成型体表面包覆一层陶瓷层；再将正极成型体和负极成型体浸入高分子聚合物溶液中，烘干后在正极成型体和负极成型体表面形成高分子聚合物层，得到正极片和负极片。

这种冲压成型工艺制备得到的极片存在一定的结构不足，原因在于：成型后的正极颗粒仅靠物理作用挤压在一起，极片强度低，在模具中脱模时、物料搬移时、极片装配时，集流体安装时都存在极片散碎风险，不利于自动化组装。另外，在压制前，如果正极平铺在模具中不均匀时，成型后正极极片的厚度出现不均匀，甚至无法成型。

第二种成型方式为辊压成型，即先将正极材料，导电剂，粘合剂等混合均匀，烘干后将混合材料浸泡在乙醇溶液中，正极中因为粘合剂的存在，吸收乙醇溶液后表现出一定的强度，再经过辊压成一定厚度的极片，烘干后通过冲压裁切设备，得到不同形状的正极极片。

例如：CN110407300A公开了一种多孔碳混合炭黑辊压电极材料的制备方法，包括以下步骤；(1)将多孔碳、炭黑、聚四氟乙烯和乙醇组成的混合体系超声分散均匀，得到混合体系A，其中多孔碳的质量、炭黑的质量和乙醇的体积之比为(4～12)mg：(10～30)mg：(1～3)ml，将混合体系A搅拌至粘稠状，得到初步改性的辊压电极材料催化层；将炭黑、聚四氟乙烯和乙醇组成的混合体系超声分散均匀，得到混合体系B，将混合体系B搅拌至粘稠状，得到初步改性的辊压电极材料扩散层；(2)将初步改性的辊压电极材料催化层、初步改性的辊压电极材料扩散层分别辊压至金属网状物的上表面和下表面，得到初步改性的辊压电极材料；(3)将初步改性的辊压电极材料进行退火处理，之后冷却至室温得到多孔碳混合炭黑辊压电极材料。