负极卷的镀铜设备、负极片和锂离子电池的制作方法

1.本实用新型涉及一种负极片制造技术领域，具体涉及一种负极卷的镀铜设备、负极片和锂离子电池。


背景技术：

2.锂离子电池作为目前新能源汽车的最核心部件，其性能直接关乎于新能源汽车的续航里程和充电时间等消费者体验，在现有材料体系前提下能量密度的提升相对有限，而减少充电时间(快充)则是近两年电池性能差异化的突破点。
3.众所周知，锂离子动力电池充电过程是li
+
从正极脱出，经过电解液扩散到负极，而整个锂离子的传输过程包括：
①
li
+
在正极材料的扩散；
②
li
+
从正极材料中脱出；
③
li
+
在电解液中传递；
④
li
+
穿过负极表面sei膜；
⑤
li
+
在负极材料中的扩散。每个过程li
+
的扩散速率都会影响锂离子电池的快充性能，但由于负极石墨的li
+
扩散系数相对较低，带来了电池发热析锂等安全问题，因此提升负极的离子传导能力是解决电池快充性能的关键。
4.除了上述石墨负极问题外，硅基材料(sio、sic)是近几年业界公认的高能量密度负极材料，因为电子导电能力接近半导体，比石墨(碳基材料)导电能力能更差，目前只能与负极掺混适用，所以硅负极对提升导电能力需求更加迫切。
5.目前，为了解决负极离子传导能力需要对石墨以及硅基负极材料表面进行修饰，包括表面氧化处理、表面包覆炭、表面金属化等。其中，金属化处理后的石墨，li
+
扩散系数提升最为显著，被研究过的金属主要有镍、银、铜等，优势是石墨粉镀铜后，材料电阻和sei膜电阻显著降低，另外，铜对石墨的氧化具有催化作用，能使石墨结构更加稳定，改善了电极在充放电过程中石墨体积的变化，降低了电极膨胀，电极热稳定性和循环性以及大倍率充电性能均得到了提高。
6.虽然石墨镀铜对电池快充性能有很好的提升，但是，目前石墨镀铜的实现技术是对石墨粉末进行化学镀，由于该工艺复杂、效率低、成本较高，导致无法真正商业化。


技术实现要素：

7.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种负极卷的镀铜设备，该负极卷的镀铜设备可以通过真空蒸镀的方式实现负极卷的表面镀铜，效率高，速度快，成本低，同时可以实现连续生产。
8.本实用新型还旨在提出一种负极片，以应用上述的负极卷的镀铜设备。
9.本实用新型还旨在提出一种锂离子电池，以应用上述的负极片。
10.在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种负极卷的镀铜设备。
11.根据本实用新型的实施例，该负极卷的镀铜设备包括：真空室，所述真空室的内部形成有真空腔；抽真空部件，所述抽真空部件连通所述真空室，以对所述真空腔抽真空；负极卷输送装置，所述负极卷输送装置用于输送负极卷；蒸发源，所述蒸发源位于所述负极卷输送装置的输送方向的至少一侧，所述蒸发源内设有铜蒸发物，用于将铜蒸发物蒸镀到所
述负极卷上。
12.根据本实用新型实施例的负极卷的镀铜设备，通过将抽真空部件连通真空室内形成的真空腔，以对真空腔进行抽真空，负极卷输送装置将负极卷输送至蒸发源处，蒸发源内的铜蒸发物可以通过蒸发源蒸镀到负极卷上，蒸发源位于负极卷输送方向的至少一侧，从而可以通过真空蒸镀的方式实现负极卷的表面镀铜，效率高，速度快，成本低，同时可以实现连续生产。
13.另外，根据本实用新型上述实施例的负极卷的镀铜设备，还可以具有如下附加的技术特征：
14.在本实用新型的一些实施例中，所述蒸发源设在所述负极卷输送装置的输送方向的上下两侧，以对所述负极卷的两面进行蒸镀。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述负极卷输送装置包括：第一卷筒；第二卷筒，所述负极卷的一端收卷在所述第二卷筒上，另一端收卷在所述第一卷筒上，所述蒸发源位于所述第一卷筒和所述第二卷筒之间。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述负极卷输送装置还包括：第一压辊，所述第一压辊靠近所述第一卷筒设置，用于止抵在所述负极卷上；第二压辊，所述第二压辊靠近所述第二卷筒设置，用于止抵在所述负极卷上，所述蒸发源位于所述第一压辊和所述第二压辊之间。
17.在本实用新型的第二个方面，本实用新型提出了一种负极片。根据本实用新型的实施例，该负极片采用上述的负极卷的镀铜设备制备得到。
18.另外，根据本实用新型上述实施例的负极片，还可以具有如下附加的技术特征：
19.在本实用新型的一些实施例中，所述负极片包括：负极集流体；负极活性物质层，所述负极活性物质层涂布在所述负极集流体的相对两侧；镀铜层，每个所述负极活性物质层上设有所述镀铜层。
20.在本实用新型的一些实施例中，所述镀铜层的面积占所述负极活性物质层的面积的比值为0.5～5％，或0.1～5g/m2。
21.在本实用新型的一些实施例中，所述镀铜层的厚度为0.3～0.6nm。
22.在本实用新型的一些实施例中，所述负极活性物质层包括硅材料或石墨。
23.在本实用新型的第三个方面，本实用新型提出了一种锂离子电池。根据本实用新型的实施例，该锂离子电池包括上述的负极片。
24.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
25.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
26.图1是本实用新型一个实施例的负极卷的镀铜设备的示意图；
27.图2是本实用新型一个实施例的负极片的示意图。
28.附图标记：
29.100、负极卷的镀铜设备；
30.10、真空室；20、抽真空部件；301、第一卷筒；302、第二卷筒；303、第一压辊；
31.304、第二压辊；40、蒸发源；41、铜蒸发物；50、负极卷；
32.200、负极片；
33.210、负极集流体；220、负极活性物质层；230、镀铜层。
具体实施方式
34.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
37.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
39.下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
40.在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种负极卷50的镀铜设备100。
41.如图1所示，根据本实用新型的实施例的负极卷50的镀铜设备100，包括：真空室10、抽真空部件20、负极卷50输送装置和蒸发源40。
42.真空室10的内部形成有真空腔101；抽真空部件20连通真空室10，以对真空腔101抽真空；负极卷50输送装置用于输送负极卷50；蒸发源40位于负极卷50输送装置的输送方向的至少一侧，蒸发源40内设有铜蒸发物41，用于将铜蒸发物41蒸镀到负极卷50上。
43.可以理解为，用抽真空部件20将真空室10内的真空腔抽至真空的状态，抽真空部
件20的具体类型不受特别限制，例如可以是真空泵。负极卷50位于真空腔内，并由负极卷50输送装置输送至蒸发源40处，蒸发源40的电子束在电场的加速下获得能量，铜材料上的电子束的能量转化为热能，使铜材料加热气化，铜原子或分子从蒸发源40表面逸出，形成铜蒸汽，铜蒸气蒸镀到负极卷50的表面，凝结后形成铜薄膜，从而可以通过真空蒸镀的方式实现负极卷50的表面镀铜，效率高，速度快，成本低，同时可以实现连续生产。
44.需要说明的是，蒸发源40可以设在负极卷50输送装置输送方向(图1中的箭头方向)的一侧，也可以设在相对的两侧。当设在一侧时，对负极卷50的一面进行蒸镀，当设在相对的两侧时，可对负极卷50的两面同时蒸镀，进一步提高蒸镀效率。
45.根据本实用新型实施例的负极卷50的镀铜设备100，通过将抽真空部件20连通真空室10内形成的真空腔，以对真空腔进行抽真空，负极卷50输送装置将负极卷50输送至蒸发源40处，蒸发源40内的铜蒸发物41可以通过蒸发源40蒸镀到负极卷50上，蒸发源40位于负极卷50输送方向的至少一侧，从而可以通过真空蒸镀的方式实现负极卷50的表面镀铜，效率高，速度快，成本低，同时可以实现连续生产，且本实用新型通过这种物理镀铜的工艺相比于化学工艺，操作简单且稳定。
46.一些实施例中，蒸发源40设在负极卷50输送装置的输送方向的上下两侧，以对负极卷50的两面进行蒸镀，从而使得负极卷50的两侧均有镀铜层230。
47.一些实施例中，如图1所示，负极卷50输送装置包括第一卷筒301和第二卷筒302，负极卷50的一端收卷在第二卷筒302上，另一端收卷在第一卷筒301上，蒸发源40位于第一卷筒301和第二卷筒302之间。具体地，第一卷筒301将未镀铜前的负极卷50进行收卷，负极卷50经过蒸发源40蒸发镀铜，最终将形成镀铜层230后的负极卷50传送至第二卷筒302进行收取。
48.一些实施例中，如图1所示，负极卷50输送装置还包括第一压辊303和第二压辊304，第一压辊303靠近第一卷筒301设置，用于止抵在负极卷50上；第二压辊304靠近第二卷筒302设置，用于止抵在负极卷50上，蒸发源40位于第一压辊303和第二压辊304之间。具体地，在负极卷50输送装置将负极卷50从第一卷筒301送至第一压辊303上，第一压辊303用于将负极卷50引导至蒸发源40处进行蒸镀，然后负极卷50经由第二压辊304引导至第二卷筒302处进行收卷。
49.在本实用新型的第二个方面，本实用新型提出了一种负极片200。
50.如图2所示，根据本实用新型的实施例的负极片200，负极片200采用上述的负极卷50的镀铜设备100制备得到。
51.根据本实用新型实施例的负极片200，将负极卷50通过镀铜设备100进行真空蒸镀的方式镀铜，得到表面镀铜的负极卷50，然后将负极卷50进行裁切得到负极片200。由此，该负极片200的离子传导能力得以提高，充电能力也得以提升，同时改善了电芯大电流情况下因负极充电能力不足导致的温升大和析锂问题。
52.一些实施例中，如图2所示，负极片200包括负极集流体210、负极活性物质层220和镀铜层230，负极活性物质层220涂布在负极集流体210的相对两侧；每个负极活性物质层220上设有镀铜层230。具体地，首先将负极活性物质和粘结剂混合，然后涂布在负极集流体210的相对两侧形成负极活性物质层220，然后使用上述负极卷50的镀铜设备100在负极活性物质层220上分别蒸镀铜材料，形成镀铜层230。需要说明的是，负极集流体210可以是常
用的铜箔，镀铜层230中的铜材料不受特别限制，例如铜材料为金属铜。粘结剂的具体类型也不受特别限制，例如选用聚偏氟乙烯和丁苯橡胶。
53.一些实施例中，通过采用镀铜设备100进行真空蒸镀的方式镀铜，负极片200上镀铜层230的面积占负极活性物质层220的面积的比值为0.5～5％，或0.1～5g/m2。镀铜层230的面积要控制在0.5～5％，或0.1～5g/m2范围内，例如镀铜层230的面积占比可以是0.5％、2％、5％或0.1g/m2、3g/m2、5g/m2内的任一值，从而使得电子的导电能力提升的同时，也不妨碍锂离子的迁移。
54.一些实施例中，镀铜层230的厚度为0.3～0.6nm。也就是说，在真空蒸镀的过程中，要控制所镀的镀铜层230的厚度，使得电子的导电能力和锂离子的迁移达到较好地平衡状态。
55.一些实施例中，负极活性物质层220包括硅材料或石墨。具体地，负极活性物质层220是由负极活性物质和粘结剂所组成，负极活性物质可以是硅材料，也可以是石墨。需要说明的是，粘结剂的具体类型同于上文描述，此处不再赘述。
56.在本实用新型的第三个方面，本实用新型提出了一种锂离子电池。根据本实用新型的实施例，该锂离子电池包括上述的负极片200。由此，该锂离子电池的稳定性、循环性能以及大倍率充电性能等均得到提高。
57.下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
58.实施例
59.参考图1，描述本实用新型负极卷50的镀铜设备100的具体实施例。
60.负极卷50的镀铜设备100包括：真空室10、抽真空部件20、第一卷筒301、第二卷筒302、第一压辊303、第二压辊304和蒸发源40。
61.真空室10的内部形成有真空腔101。
62.抽真空部件20为真空泵，并连通真空室10，以对真空腔101抽真空。
63.负极卷50输送装置用于输送负极卷50，负极卷50输送装置包括：第一卷筒301、第二卷筒302、第一压辊303和第二压辊304。
64.负极片200的一端收卷在第二卷筒302上，另一端收卷在第一卷筒301上，蒸发源40位于第一卷筒301和第二卷筒302之间。第一压辊303靠近第一卷筒301设置，用于止抵在负极片200上；第二压辊304靠近第二卷筒302设置，用于止抵在负极片200上，蒸发源40位于第一压辊303和第二压辊304之间。
65.蒸发源40位于负极卷50输送装置的输送方向的下侧，蒸发源40内设有铜蒸发物41，用于将铜蒸发物41蒸镀到负极卷50上。
66.包含镀铜层230的负极卷50的制备：使用真空泵将真空室10内的空气抽至真空，将未镀铜的负极卷50卷绕在第一卷筒301上，然后将负极卷50运送至蒸发源40处对其两侧蒸发镀铜。将镀铜后的负极卷50进行裁切，得到的负极片200中，沉积的镀铜层230的面积占负极活性物质层220面积的比值为3.5％，镀铜层230的厚度为0.5nm。
67.锂电池的制备：将双面镀有镀铜层230的负极片200、正极以及隔膜组装成锂电池。
68.对比例
69.本对比例中的负极片为实施例中未镀铜的负极片。锂电池的制备方法同于实施
例。
70.将实施例和对比例中得到的负极片和锂离子电池进行测试，结果见表1。
71.表1对比例和实施例得到的负极片和锂离子电池的性能测试结果
[0072][0073]
从表1中的数据结果可知，实施例中负极片相较于对比例中的负极片，电阻率和膨胀率下降，实施例中锂离子电池相较于对比例中的锂离子电池，膨胀率下降，循环寿命增加，充电温升和充电dcir下降，由此可见，本技术中的负极卷的镀铜设备可以实现对负极卷表面镀铜，同时镀铜的效果好。
[0074]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0075]
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。