锂离子电池负极极片处理装置制造方法

锂离子电池负极极片处理装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种锂离子电池负极极片处理装置，其包括：辊压机构，包括压辊和背辊，用于辊压待处理的负极极片，负极极片的表面为含有负极活性材料的负极膜片；加热机构，包括加热室，加热室密封容置辊压机构，用于加热负极极片；抽真空机构，密封连通于加热机构的加热室，用于对加热机构的加热室抽真空；金属锂处理机构，位于加热室内且位于辊压机构的压辊和背辊组成的辊压对的上游，包括金属锂喷头，面向待处理的负极极片的负极膜片的表面，用于将液态的锂喷涂在负极极片的负极膜片的该表面上，以在辊压机构的压辊和背辊辊压负极极片前对负极极片进行富锂。由此，能提高富锂的均匀性及富锂量要求，成本低、工艺简单且易实现工业化批量生产。
【专利说明】锂离子电池负极极片处理装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池负极极片处理装置。【背景技术】
[0002]自日本索尼公司对于锂离子电池材料实现商品化以来，随着锂离子电池的应用领域不断扩大，如微型化便携式电子产品及锂离子电池的超长使用时间等，对锂离子电池的能量密度的提出了越来越高的要求。对于现有的碳负极材料而言，在首次充电过程中不仅会因形成固体电解质膜(SEI膜)消耗一部分来自正极材料中的锂离子，而且还因一部分锂离子电池在负极材料中的不可逆脱出，使得锂离子电芯的首次库伦效率不能达到100%，例如石墨材料的首次库伦效率在90%左右，其它的负极材料如硅负极材料，其首次库伦效率在65%-85%之间。因此如果能将负极材料损耗的正极材料中的锂离子抵消就能够大幅度提高锂离子电池的能量密度。
[0003]提高锂离子电池的首次库伦效率一种方法是在制备电芯前提前将一部分金属锂加入到负极中去，为此一些方法被应用并取得了一些进展。于2012年11月14日公布的中国专利CN102779975A公开了一种向锂离子电池负极片补充锂粉的方法，该专利中通过机械振动及给锂粉加电压的装置来实现富锂，因为机械振动锂粉的装置本身的精度问题，比较难保证均匀性。富锂量也很监控，同时用该方法中的装置，会需要增加额外的收集锂粉飞散的装置，而且效率低。
[0004]因为在目前的技术条件下较难制得连续的薄的金属锂带，同时因为金属锂的机械性能较差也很难实现薄的金属锂附于极片上，如果采用真空蒸镀的装置将金属锂附于极片上，真空蒸镀设备生产效率很低难满足大生产的要求，同时蒸镀的设备要求很高的控制精度而且对金属锂的浪费比较严重。
实用新型内容
[0005]鉴于【背景技术】中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池负极极片处理装置，其能提高负极极片富锂的均匀性。
[0006]本实用新型的另一目的在于提供一种锂离子电池负极极片处理装置，其能满足负极极片不同的富锂量要求。
[0007]本实用新型的另一目的在于提供一种锂离子电池负极极片处理装置，其成本低、工艺简单且易实现工业化批量生产。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种锂离子电池负极极片处理装置，其包括:辊压机构，包括压辊和背辊，用于辊压待处理的负极极片，负极极片的表面为含有负极活性材料的负极膜片；加热机构，包括加热室，加热室密封容置辊压机构，用于加热负极极片；抽真空机构，密封连通于加热机构的加热室，用于对加热机构的加热室抽真空；以及金属锂处理机构，位于加热室内且位于辊压机构的压辊和背辊组成的辊压对的上游，包括金属锂喷头，面向待处理的负极极片的负极膜片的表面，用于将液态的锂喷涂在负极极片的负极膜片的该表面上，以在辊压机构的压辊和背辊辊压负极极片前对负极极片进行富锂。
[0009]本实用新型的有益效果如下:
[0010]由于加热室和抽真空装置的采用，实现抽真空环境，在这种环境下将金属锂融化，
能避免水分及空气中的氧化性气体与金属锂反应，融化的金属锂通过金属锂喷头喷出再经
过冷压覆于在抽真空的加热室中烘烤过的负极极片的负极膜片上，由于金属锂是融化状
态，所以很容易经喷头喷出落在负极膜片上，由此提高负极极片富锂的均匀性；
[0011]可以根据工艺的要求选择喷头的形状、喷头的锂喷出速度以及负极极片的走带速
度，满足不同的富锂需求；
[0012]所使用的锂为金属锂锭，成本低廉；
[0013]工艺简单，易实现工业化批量生产。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为根据本实用新 型的锂离子电池负极极片处理装置的示意图；
[0015]图2为根据本实用新型的金属锂喷头一实施例的示意图；
[0016]图3为根据本实用新型的金属锂喷头一实施例的示意图；
[0017]图4为根据本实用新型的金属锂喷头一实施例的示意图。
[0018]其中，附图标记说明如下:
[0019]
I辊压机构3抽真空机构
11压辊31抽寅.空机滅泵
12背辊32第.管道
13放卷卷轴33抽真空分了-泵
14放卷传动辊34第.....::管道
15收卷传动辊35单向阀
16收卷卷轴4金属锂处理机构
17放卷张力调节辊41金屈锂啧头
18收卷张力调节辊42金屈锂加热容器
19收卷纠偏控制感测机构43液态锂传输竹路
2加热机构44液态裡出料控制阀
21加热室45金屈锂液位传感器
22加热室真空度传感器46金屈锂温度传感器
23加热室温度传感器P负极极片
【具体实施方式】
[0020]下面参照附图来详细说明根据本实用新型的锂离子电池负极极片处理装置。[0021]参照图1，根据本实用新型的锂离子电池负极极片处理装置包括:辊压机构1，包括压辊11和背辊12，用于辊压待处理的负极极片P，负极极片P的表面为含有负极活性材料的负极膜片；加热机构2，包括加热室21，加热室21密封容置辊压机构1，用于加热负极极片P ;抽真空机构3，密封连通于加热机构2的加热室21，用于对加热机构2的加热室21抽真空；以及金属锂处理机构4，位于加热室21内且位于辊压机构I的压辊11和背辊12组成的辊压对的上游，包括金属锂喷头41，面向待处理的负极极片P的负极膜片的表面，用于将液态的锂喷涂在负极极片的负极膜片的该表面上，以在辊压机构I的压辊11和背辊12辊压负极极片P前对负极极片P进行富锂。
[0022]本实用新型的锂离子电池负极极片处理装置首先通过金属锂喷头41将液态的锂喷涂在负极极片P上，然后通过辊压机构I将喷涂有液态的锂的负极极片P进行辊压，以实现负极极片P的富锂过程。抽真空的加热室21可以对负极极片P进行烘烤并将负极极片P的负极膜片的水分除掉，避免水分与金属锂反应，同时金属锂质软，覆于负极膜片后，经过辊压，很容易实现与负极极片P的负极膜片粘接，这样制得的负极膜片富锂均匀，且工艺简单。此外，由于加热室21密封容置辊压机构1，加热室21加热负极极片P的同时也加热了辊压机构I的压辊11和背辊12，使得在压辊11和背辊12辊压富锂后的负极极片P时，压辊11和背辊12与富锂后的负极极片P (尤其是与喷涂的液态的锂)之间的辊压接触部位处的温差减小，可降低它们之间在辊压接触时形成的温度梯度以及热应力。
[0023]在压辊11和背辊12的一实施例中，压辊11和背辊12之一可以为主动辊，而压辊11和背辊12中的另一个可以为从动辊。
[0024]在辊压机构I的一实施例中，参照图1，辊压机构I还可包括:放卷卷轴13，其上卷绕有待处理的负极极片P ;放卷传动辊14，用于导引并输送从放卷卷轴13上放出的待处理的负极极片P至压辊11和背辊12处进行辊压；收卷传动辊15，用于导引并输送辊压后的负极极片P ;以及收卷卷轴16，将辊压后的且收卷传动辊15输送的负极极片P进行收卷。通过收放卷速度的调节可以实现富锂量的控制。在一实施例中，参照图1，放卷传动辊14为多个。在图1中，收卷传动辊15示出为上下辊对，当然其可以仅取下方的一个辊；当采用上下辊对时，收卷传动辊15不仅可以实现收卷传送，而且可以实现对压辊11和背辊12对负极极片P辊压后的再次辊压。
[0025]在辊压机构I的另一实施例中，参照图1，辊压机构I还可包括:放卷张力调节辊17，设置于放卷卷轴13和放卷传动辊14之间，用于调节从放卷卷轴13上放出的待处理的负极极片P在输送过程中的平整度。在一实施例中，辊压机构I还可包括:收卷张力调节辊18，设置于辊压后的负极极片P的一侧，用于调节辊压后的负极极片P在输送过程中的平整度。在一实施例中，辊压机构I还可包括:收卷纠偏控制感测机构19，设置在收卷传动辊15侧方并与收卷卷轴16的控制机构(未示出)通信，以对输送的负极极片P的位置进行感测并将感测到的位置信号传送给收卷卷轴16的所述控制机构，以使收卷卷轴16的所述控制机构调整收卷卷轴16 (即调节收卷卷轴16的轴向移动)来进行收卷纠偏。在一实施例中，收卷纠偏控制感测机构19可为红外探测光发射器。所述通信可以通过有线通信连接或无线通信连接来实现。
[0026]在加热机构2的一实施例中，参照图1，加热机构2还可包括:加热室真空度传感器22，设置在加热室21内，以感测加热室21内的真空度；以及加热室温度传感器23，设置在加热室21内，以感测加热室21内的温度。
[0027]在抽真空机构3的一实施例中，参照图1，抽真空机构3可包括:抽真空机械泵31，对加热机构2的加热室21抽真空；第一管道32，一端密封连通于抽真空机械泵31而另一端密封连通于加热机构2的加热室21 ;抽真空分子泵33，设置在第一管道32和抽真空机械泵31之间并与抽真空机械泵31通过第二管道34连接，当加热机构2的加热室21的真空度达到设定值时开启，对加热机构2的加热室21抽真空；以及单向阀35，设置在第二管道34上，以控制抽真空分子泵33的开启。
[0028]在金属锂处理机构4的一实施例中，参照图1，金属锂处理机构4还可包括:金属锂加热容器42，容置并加热金属锂；以及液态锂传输管路43，一端连接金属锂加热容器42而一端连接金属锂喷头41，以将金属锂加热容器42中的液态锂传输至金属锂喷头41。加热后的液态锂很容易经金属锂喷头41喷出，喷出的锂冷却后变为固态，落在匀速走带的负极膜片上，然后通过辊压机构I进行冷辊压(此处的冷辊压是相对于液态锂在金属锂加热容器42中所处的高温环境来说)，更有利于金属锂与负极膜片的粘接。
[0029]在根据本实用新型的锂离子电池负极极片处理装置的一实施例中，金属锂为金属锂锭。金属锂锭成本低廉，处理过程中只需要将金属锂熔融，工艺非常简单，因此极易实现工业化批量生产。
[0030]在金属锂加热容器42的一实施例中，金属锂加热容器42可为电阻加热或红外线加热室。
[0031]在金属锂处理机构4的一实施例中，参照图1，金属锂处理机构4还可包括:液态锂出料控制阀44，设置于液态锂传输管路43上，以控制液态锂的传输。
[0032]在一实施例中，金属锂喷头41的形状为喷头的孔沿负极极片P的行进方向(在图2中为从左向右)和与行进方向垂直的方向(在图2中为纸面的竖直方向)上分布，参照图2，此时喷出的锂为颗粒状。在一实施例中，喷头的孔沿与负极极片P的行进方向(在图3中为从左向右)垂直的方向单排排列，参照图3，此时喷出的锂为线状。在一实施例中，喷头的孔包括沿与负极极片P的行进方向(在图4中为从左向右)垂直的方向单排排列孔以及沿与负极极片P的行进方向(在图4中为从左向右)垂直的方向的矩形孔，参照图4，此时负极极片P形成的锂为网状(即控制图4中的单排孔和单个矩形孔的交错排锂且之后冷压而形成，至于交错排锂可以采用在金属锂喷头41内设置受控的挡板来进行，当然不限于此，本领域技术人员可以采用任何合适的技术来实现)。通过不同形状的金属锂喷头41的设置，可以根据负极极片P的不同富锂要求，选择不同的金属锂喷头41的形状、喷头的锂喷出速度以及负极极片P的走带速度，从而达到负极极片P的不同富锂量要求。在这里补充说明的是，图2至图4是从喷头41内部向外看到的平面图。
[0033]在金属锂处理机构4的一实施例中，参照图1，金属锂处理机构4还可包括:金属锂液位传感器45，设置于金属锂加热容器42内，以感测金属锂加热容器42内的金属锂的液位；以及金属锂温度传感器46，设置于金属锂加热容器42内，以感测金属锂加热容器42内的金属锂的温度。
[0034]下面简单介绍根据本实用新型的锂离子电池负极极片处理装置的操作。参照图2，以金属锂喷头41的形状为喷头的孔沿负极极片P的行进方向和与行进方向垂直的方向上分布为例，此时由喷头喷出的锂为颗粒状。[0035]参照图1，将待补锂的负极极片P放置于放卷卷轴13，依次穿过放卷张力调节辊17、放卷传动辊13，压辊11与背辊12、收卷纠偏控制感测机构19、收卷张力调节辊18、收卷传动辊15、以及收卷卷轴16。负极极片P如上固定好后打开加热室21开始加热以对负极极片P进行烘烤，烘烤加热到预先设定的温度后加热室温度传感器23将信号发送至抽真空机械泵31，抽真空机械泵31开始通过与之相连的第一管道32将加热室21抽真空、真空值达到抽真空分子泵33开启要求后单向阀35与抽真空分子泵33同时打开对加热室21抽真空，当加热室真空度传感器22感测到的加热室21内的真空度达到设定值时即负极极片P的烘烤已达要求时，开启金属锂加热容器42红外加热金属锂，金属锂温度传感器46达到预先设定的温度要求后，金属锂通过金属锂加热容器42、液态锂传输管路43、液态锂出料控制阀44及金属锂喷头41喷出，此时辊压机构I开始工作，颗粒状的金属锂覆于走带的负极极片P的负极膜片，经过压辊11与背辊12辊压，实现负极膜片富锂。
【权利要求】
1.一种锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，包括:辊压机构(1)，包括压辊(11)和背辊(12)，用于辊压待处理的负极极片(P)，负极极片(P)的表面为含有负极活性材料的负极膜片；加热机构(2)，包括加热室(21 )，加热室(21)密封容置辊压机构(I )，用于加热负极极片(P);抽真空机构(3)，密封连通于加热机构(2)的加热室(21)，用于对加热机构(2)的加热室(21)抽真空；以及金属锂处理机构(4 )，位于加热室(21)内且位于辊压机构(I)的压辊(11)和背辊(12 )组成的辊压对的上游，包括金属锂喷头(41)，面向待处理的负极极片(P)的负极膜片的表面，用于将液态的锂喷涂在负极极片(P)的负极膜片的该表面上，以在辊压机构(I)的压辊(11)和背辊(12)辊压负极极片(P)前对负极极片(P)进行富锂。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，辊压机构(I)还包括:放卷卷轴(13)，其上卷绕有待处理的负极极片(P );放卷传动辊(14)，用于导引并输送从放卷卷轴(13)上放出的待处理的负极极片(P)至压辊(11)和背辊(12)处进行辊压；收卷传动辊(15)，用于导引并输送辊压后的负极极片(P);以及收卷卷轴(16)，将辊压后 的且收卷传动辊(15)输送的负极极片(P)进行收卷。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，辊压机构(I)还包括:放卷张力调节辊(17)，设置于放卷卷轴(13)和放卷传动辊(14)之间，用于调节从放卷卷轴(13)上放出的待处理的负极极片(P)在输送过程中的平整度；收卷张力调节辊(18)，设置于辊压后的负极极片(P)的一侧，用于调节辊压后的负极极片(P )在输送过程中的平整度。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，辊压机构(I)还包括:收卷纠偏感测机构(19)，设置在收卷传动辊(15)侧方并与收卷卷轴(16)的控制机构通信，以对输送的负极极片(P)的位置进行感测并将感测到的信号传送给收卷卷轴(16)的控制机构，以使收卷卷轴(16)的控制机构调整收卷卷轴(16)来进行收卷纠偏。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，加热机构(2)还包括:加热室真空度传感器(22)，设置在加热室(21)内，以感测加热室(21)内的真空度；以及加热室温度传感器(23)，设置在加热室(21)内，以感测加热室(21)内的温度。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，抽真空机构(3)包括:抽真空机械泵(31)，对加热机构(2)的加热室(21)抽真空；第一管道(32), —端密封连通于抽真空机械泵(31)而另一端密封连通于加热机构(2)的加热室(21)；抽真空分子泵(33)，设置在第一管道(32)和抽真空机械泵(31)之间并与抽真空机械泵(31)通过第二管道(34)连接，当加热机构(2)的加热室(21)的真空度达到设定值时开启，对加热机构(2)的加热室(21)抽真空；以及单向阀(35)，设置在第二管道(34)上，以控制抽真空分子泵(33)的开启。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，金属锂处理机构(4)还包括:金属锂加热容器(42)，容置并加热金属锂；以及液态锂传输管路(43)，一端连接金属锂加热容器(42)而一端连接金属锂喷头(41)，以将金属锂加热容器(42)中的液态锂传输至金属锂喷头(41)。
8.根据权利要求6所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，金属锂处理机构(4)还包括:液态锂出料控制阀(44)，设置于液态锂传输管路(43)上，以控制液态锂的传输。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，金属锂喷头(41)的形状为喷头的孔沿负极极片(P)的行进方向和与行进方向垂直的方向上分布、喷头的孔沿与负极极片(P)的行进方向垂直的方向单排排列，或者喷头的孔包括沿与负极极片(P)的行进方向垂直的方向单排排列孔以及沿与负极极片(P)的行进方向垂直的方向的矩形孔。
10.根据权利要求6 所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，金属锂处理机构(4)还包括:金属锂液位传感器(45)，设置于金属锂加热容器(42)内，以感测金属锂加热容器(42)内的金属锂的液位；以及金属锂温度传感器(46)，设置于金属锂加热室(21)内，以感测金属锂加热容器(42)内的金属锂的温度。
【文档编号】H01M4/139GK203415654SQ201320547863
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】曹福彪, 方宏新, 游从辉, 徐延杰, 张柏清 申请人:东莞新能源科技有限公司