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，辊压待处理的负极极片，负极极片的正反表面为含有负极活性材料的负极膜片；工作室，密封容置辊压机构；液态锂挤压机构，位于工作室内，面向未进行辊压的待处理的负极极片的负极膜片的表面且位于压辊和背辊组成的辊压对的上游，以提供液态锂并将液态锂挤压涂覆在负极膜片的该表面上而在辊压负极极片前对负极极片进行富锂；抽真空机构，位于工作室外且密封连通于工作室，以在液态锂挤压机构提供并挤压涂覆液态锂之前对工作室抽真空；惰性气体供给机构，位于工作室外且密封连通于工作室，以在液态锂挤压机构提供并挤压涂覆液态锂时向工作室内注入惰性气体。
【专利说明】锂离子电池负极极片处理装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种处理装置，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，锂离子电池因其质量轻、电压高、体积小、无记忆效应、比能量高、循环寿命长、环境友好等诸多优点，锂离子电池技术迅速在便携式移动电源、移动电话、便携式电脑、照相机、摄像机等便携式电子产品领域中推广应用，并在能源领域中占据重要位置。
[0003]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在负极材料中不可逆脱出，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，虽然比容量较高，但其首次库伦效率在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。
[0004]提高锂离子电池的首次库伦效率的一种方法是在制备电芯前提前将一部分金属锂加入到极片中去，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，其将价格昂贵的金属锂粉通过加电压及震动来使金属锂粉附于极片上，然后通过冷压制得富锂的极片，该方法中的金属锂粉附于极片上的富锂过程需要高精度的设备，该方法主要是通过静电震动来实现，比较难保证均匀性，富锂量监测困难，同时该方法对于环境的要求极高，需要将飞散的金属锂粉通过特殊设备处理装置，而且效率较低。
[0005]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，如果采用通过真空蒸镀的方法将金属锂附于极片上，该机构设备生产效率很低比较难满足大生产的要求，同时蒸镀的方法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
[0006]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。
[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，其能满足负极极片不同的富锂量要求。
[0008]本实用新型的再一目的在于提供一种锂离子电池负极极片处理装置，其能实现负极极片双面富锂。
[0009]本实用新型的又一目的在于提供一种锂离子电池负极极片处理装置，其能防止高温的锂破坏负极极片的结构。[0010]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，负极极片的正反表面为含有负极活性材料的负极膜片；工作室，密封容置辊压机构；液态锂挤压机构，位于工作室内，面向未进行辊压的待处理的负极极片的负极膜片的表面且位于辊压机构的压辊和背辊组成的辊压对的上游，以提供液态锂并将液态锂挤压涂覆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；抽真空机构，位于工作室外且密封连通于工作室，以在液态锂挤压机构提供并挤压涂覆液态锂之前对工作室抽真空；以及惰性气体供给机构，位于工作室外且密封连通于工作室，以在液态锂挤压机构提供并挤压涂覆液态锂时向工作室内注入惰性气体。
[0011]本实用新型的有益效果如下:
[0012]高真空的工作室去除了与金属锂反应的气体与水分，可以保证富锂的纯度与安全，在高真空环境中融化的金属锂通过液态锂挤压机构挤压涂覆在负极极片上，由于金属锂是融化状态，所以很容易经液态锂挤压机构挤压涂覆在负极膜片上，由此提高负极极片富锂的均匀性；
[0013]挤压涂覆在负极极片上的金属锂在高压低温的惰性气体中快速冷却，可以防止高温的锂破坏负极极片的结构；
[0014]采用两个液态锂挤压机构同时富锂，保证了负极极片双面富锂的一致性，提高了生产效率；
[0015]通过设置挤压控制夹片，可以达到负极极片不同的富锂量要求，尤其可以实现较薄的负极极片的富锂；
[0016]所使用的锂为金属锂锭，成本低廉；
[0017]工艺简单，易实现工业化批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]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；
[0019]图2为液态锂挤压机构的一实施例的示意图；
[0020]图3为图2的挤压控制夹片的示意图；
[0021]图4为液态锂挤压机构的一实施例的示意图；
[0022]图5为图4的挤压控制夹片的示意图。
[0023]其中，附图标记说明如下:
[0024]1辊压机构41抽真空机械泵
[0025]11压辊42第一管道
[0026]12背辊43抽真空分子泵
[0027]13放卷卷轴44第二管道
[0028]14放卷传动辊45单向阀
[0029]15收卷传动辊5惰性气体供给机构
[0030]16收卷卷轴51惰性气体源
[0031]17放卷张力调节辊 52循环泵
[0032]18收卷张力调节辊 53缓冲容器[0033]19收卷纠偏控制感测机构54气体出口
[0034]2工作室55气体入口
[0035]3液态锂挤压机构6压力传感器
[0036]31挤压头上腔7金属锂提供机构
[0037]32挤压头下腔71金属锂加热容器
[0038]33挤压控制夹片72传输泵
[0039]331开口73金属锂温度传感器
[0040]S隔板P负极极片
[0041]4抽真空机构
【具体实施方式】
[0042]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。
[0043]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的正反表面为含有负极活性材料的负极膜片；工作室2，密封容置辊压机构I ;液态锂挤压机构3，位于工作室2内，面向未进行辊压的待处理的负极极片P的负极膜片的表面且位于辊压机构I的压辊11和背辊12组成的辊压对的上游，以提供液态锂并将液态锂挤压涂覆在负极极片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；抽真空机构4，位于工作室2外且密封连通于工作室2，以在液态锂挤压机构3提供并挤压涂覆液态锂之前对工作室2抽真空；以及惰性气体供给机构5，位于工作室2外且密封连通于工作室2，以在液态锂挤压机构3提供并挤压涂覆液态锂时向工作室2内注入惰性气体。本实用新型的锂离子电池负极极片处理装置首先通过液态锂挤压机构3将液态的锂挤压涂覆在负极极片P上，然后通过辊压机构I将涂覆有液态锂的负极极片P进行辊压，以实现负极极片P的富锂过程。高真空的工作室2去除了与挤出的金属锂反应的气体，可以保证富锂的纯度与安全，在惰性环境中融化的金属锂通过液态锂挤压机构3挤压涂覆在负极极片P上，挤出的金属锂在高压惰性气体中快速冷却再经过冷压，由此实现金属锂与负极极片P的粘接，这样制得的负极极片P富锂均匀，且工艺简单。
[0044]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。
[0045]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。
[0046]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，参照图1，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。在另一实施例中，参照图1，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。
[0047]在工作室2的一实施例中，工作室2的材质为金属或特种陶瓷。
[0048]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，参照图1，所述锂离子电池负极极片处理装置还可包括:压力传感器6，设置在工作室2内，以感测工作室2内的压力。
[0049]在液态锂挤压机构3的一实施例中，参照图1、图2至图5，液态锂挤压机构3可包括:挤压头上腔31 ;挤压头下腔32 ;以及挤压控制夹片33，夹设于挤压头上腔31和挤压头下腔32的相对面之间，以使挤压头上腔31和挤压头下腔32面向未进行辊压的待处理的负极极片P的负极膜片的表面的部分具有缝隙，以将挤压头上腔31和挤压头下腔32内的液态锂经由该缝隙挤出。挤压控制夹片33的厚度决定了挤出金属锂的厚度，因而可以根据补锂量选择挤压控制夹片33，富锂量多时需要厚的挤压控制夹片33，富锂量少时需要薄的挤压控制夹片33。在一实施例中，参照图2和图3 (并对照图1)，挤压控制夹片33的形状为面向未进行辊压的待处理的负极极片P的负极膜片的表面方向的一侧具有开口 331，此时挤出的锂为片状。在另一实施例中，参照图4和图5 (并对照图1)，挤压控制夹片33的形状为面向未进行辊压的待处理的负极极片P的负极膜片的表面方向的一侧具有开口 331且开口 331内设置有隔板S，此时挤出的锂为条状。
[0050]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，参照图1，液态锂挤压机构3为两个，以分别提供液态锂并将液态锂挤压涂覆在负极极片P的负极膜片的正反表面上。两个液态锂挤压机构3可以实现负极极片P的负极膜片的正反表面双面富锂，提高生产效率，同时双面富锂可以保证两面的金属锂与负极极片P粘接的均匀性，避免一个液态锂挤压机构3造成单面金属锂重复冷压造成过压。
[0051]在抽真空机构4的一实施例中，参照图1，抽真空机构4可包括:抽真空机械泵41，对工作室2抽真空；以及第一管道42，一端密封连通于抽真空机械泵41而另一端密封连通于工作室2 ;在另一实施例中，参照图1，抽真空机构4还可包括:抽真空分子泵43，设置在第一管道42和抽真空机械泵41之间并与抽真空机械泵41通过第二管道44连接，当工作室2的真空度达到设定值时开启，对工作室2抽真空；以及单向阀45，密封设置在第二管道44上，以控制抽真空分子泵43的开启。
[0052]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，惰性气体可为氩气。在一实施例中，惰性气体供给机构5与工作室2之间的密封连通形成一循环。在另一实施例中，参照图1，惰性气体供给机构5可包括:惰性气体源51，提供惰性气体；循环泵52，受控连接于惰性气体源51，以从惰性气体源51抽吸惰性气体并向外泵送；气体入口 55，一端连通于循环泵52而另一端连通于工作室2 ;气体出口 54，一端连通于工作室2 ;缓冲容器53，一侧连通于气体出口 54的另一端而另一侧受控连通于循环泵52，以存储从工作室2内排出的惰性气体并受控向循环泵52输送；其中，循环泵52、气体入口 55、工作室2、气体出口 54以及缓冲容器53形成惰性气体循环的线路。通过惰性气体循环,可以将高温的熔融的锂快速冷却，防止高温熔融的锂破坏负极极片P的结构。其中，上述受控连通可以提供本领域公知的阀门来实现。
[0053]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，参照图1，所述锂离子电池负极极片处理装置还可包括:金属锂提供机构7，用于向液态锂挤压机构3提供液态锂。
[0054]在金属锂提供机构7的一实施例中，参照图1，金属锂提供机构7可包括:金属锂加热容器71，提供并加热金属锂；以及传输泵72，设置于金属锂加热容器71和液态锂挤压机构3之间并使金属锂加热容器71和液态锂挤压机构3之间连通，以将金属锂加热容器71中的液态锂泵送到液态锂挤压机构3。加热后的液态锂很容易经液态锂挤压机构3挤出，挤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71中所处的高温环境来说)，更有利于金属锂与负极极片P的粘接。
[0055]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挤出，工艺简单，易实现工业化
批量生产。
[0056]在金属锂加热容器71的一实施例中，金属锂加热容器71为电阻加热或红外线加热容器。
[0057]在金属锂提供机构7的一实施例中，参照图1，金属锂提供机构7还可包括:金属锂温度传感器73，设置于金属锂加热容器71内，感测金属锂加热容器71内的金属锂的温度。
[0058]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和图3，以挤压控制夹片33的形状为仅一侧具有开口 331为例，此时挤出的锂为片状。
[0059]参照图1，将待补锂负极极片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14、压辊11、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如上述固定在工作室2中，打开抽真空机械泵41开始抽真空，待压力传感器6达到预先设定值后将依次开启单向阀45、抽真空分子泵43，抽真空分子泵43将工作室2内的气体抽至含量最低，此时工作室2内与金属锂反应的气体含量已经很少，从而可以保证富锂的纯度与安全，当达到预设的真空度时，抽真空机构4关闭，然后金属锂加热容器71采用红外快速加热金属锂，当金属锂温度传感器73反馈的温度在金属锂熔化的温度范围内时，传输泵72将液态金属锂泵送到由挤压头上腔31、挤压头下腔32、挤压控制夹片33组成的液态锂挤压机构3内。辊压机构I开始工作，同时开启惰性气体供给机构5、高压低温惰性气体从惰性气体源51内出来经过循环泵52、及高压气体入口 55进入工作室2内并冷却液态锂挤压机构3挤出的金属锂，之后惰性气体被高压气体出口 54吸入缓冲容器53进行冷却，然后再从缓冲容器53内被循环泵52抽吸，如此进行循环，此时液态锂挤压机构3将熔融的金属锂挤出，熔融的金属锂附着在走动的连续的负极极片P上，经过工作室2内的低温的高压惰性气体快速冷却形成固体，再经过压辊11和背辊12的辊 压使得金属锂均匀地粘接在负极极片P上，最后收卷得到双面富锂的连续的负极极片P。
【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)的正反表面为含有负极活性材料的负极膜片； 工作室(2)，密封容置辊压机构(I)； 液态锂挤压机构(3)，位于工作室(2)内，面向未进行辊压的待处理的负极极片(P)的负极膜片的表面且位于辊压机构(I)的压辊(11)和背辊(12)组成的辊压对的上游，以提供液态锂并将液态锂挤压涂覆在负极极片(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； 抽真空机构(4)，位于工作室(2)外且密封连通于工作室(2)，以在液态锂挤压机构(3)提供并挤压涂覆液态锂之前对工作室(2)抽真空；以及 惰性气体供给机构(5)，位于工作室(2)外且密封连通于工作室(2)，以在液态锂挤压机构(3)提供并挤压涂覆液态锂时向工作室(2)内注入惰性气体。
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；以及 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。
4.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，所述锂离子电池负极极片处理装置还包括: 压力传感器(6)，设置在工作室(2)内，以感测工作室(2)内的压力。
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，液态锂挤压机构(3)包括: 挤压头上腔(31); 挤压头下腔(32);以及 挤压控制夹片(33)，夹设于挤压头上腔(31)和挤压头下腔(32)的相对面之间，以使挤压头上腔(31)和挤压头下腔(32)面向未进行辊压的待处理的负极极片(P)的负极膜片的表面的部分具有缝隙，以将挤压头上腔(31)和挤压头下腔(32)内的液态锂经由该缝隙挤出。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极极片处理装置，其特征在于，挤压控制夹片(33)的形状为面向未进行辊压的待处理的负极极片(P)的负极膜片的表面方向的一侧具有开口(331)或者在面向未进行辊压的待处理的负极极片(P)的负极膜片的表面方向的一侧具有开口(331)且开口(331)内设置有隔板(S)。
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，液态锂挤压机构(3)为两个，以分别提供液态锂并将液态锂挤压涂覆在负极极片(P)的负极膜片的正反表面上。
8.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(4)包括: 抽真空机械泵(41)，对工作室(2)抽真空；以及 第一管道(42)，一端密封连通于抽真空机械泵(41)而另一端密封连通于工作室(2)； 抽真空分子泵(43)，设置在第一管道(42)和抽真空机械泵(41)之间并与抽真空机械泵(41)通过第二管道(44)连接，当工作室(2)的真空度达到设定值时开启，对工作室(2)抽真空；以及 单向阀(45)，密封设置在第二管道(44)上，以控制抽真空分子泵(43)的开启。
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，惰性气体供给机构(5)与工作室(2)之间的密封连通形成一循环；惰性气体供给机构(5)包括: 惰性气体源(51)，提供惰性气体； 循环泵(52)，受控连接于惰性气体源(51)，以从惰性气体源(51)抽吸惰性气体并向外泵送； 气体入口(55)，一端连通 于循环泵(52)而另一端连通于工作室(2)； 气体出口(54)，一端连通于工作室(2)； 缓冲容器(53)，一侧连通于气体出口(54)的另一端而另一侧受控连通于循环泵(52)，以接收并存储从工作室(2)内排出的惰性气体并受控向循环泵(52)输送；其中循环泵(52)、气体入口(55)、工作室(2)、气体出口(54)以及缓冲容器(53)形成惰性气体循环的线路。
10.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，所述锂离子电池负极极片处理装置还包括: 金属锂提供机构(7)，用于向液态锂挤压机构(3)提供液态锂； 金属锂提供机构(7)包括: 金属锂加热容器(71)，提供并加热金属锂； 传输泵(72 )，设置于金属锂加热容器(71)和液态锂挤压机构(3 )之间并使金属锂加热容器(71)和液态锂挤压机构(3)之间连通，以将金属锂加热容器(71)中的液态锂泵送到液态锂挤压机构(3);以及 金属锂温度传感器(73)，设置于金属锂加热容器(71)内，感测金属锂加热容器(71)内的金属锂的温度。
【文档编号】H01M4/139GK203466256SQ201320548943
【公开日】2014年3月5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