一种碱金属复合负极的制作设备的制作方法

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，涉及一种碱金属复合负极的制作设备。

背景技术：

目前，各类碳材料已被广泛应用于各类锂电池的负极材料，其有着嵌锂电位低、导电性好、循环稳定、库伦效率高和成本低廉等优点，但其理论比容量较低，为372mah/g，限制了锂电池能量密度的进一步提高。碱金属还原电位低，理论比容量高，是作为锂电池高比容量负极的理想材料。以锂为例，锂是最轻的金属元素，其还原电位最低(-3.040v)，理论比容量最高(1860mah/g)，是锂电池负极的“终极材料”。然而，作为负极的碱金属在充电过程中，有着其特有问题，以锂为例，电池循环过程中，锂离子沉积不均匀造成锂枝晶生长，导致电极表面出现缺陷而增大极化，同时破坏了表面固体电解质界面(sei)，造成了电解液的消耗，枝晶脱除后形成“死锂”，缩短了电池循环寿命，更为严重的是，枝晶一旦刺穿隔膜，就可能造成电池内部短路而导致电池热失控，造成安全事故。

目前对于碱金属负极改性的方法主要包括：表面涂层、原位形成稳定的sei膜、改变电解液配方以及改性集流体或隔膜等等，通过这些方法能够抑制枝晶的生长，提高电池的库伦效率，但是这些方法也有各自的缺点。近期研究表明，通过构建碱金属复合负极可减小负极电流密度，提供额外的碱金属沉积位点，有效提高碱金属作为负极的性能。如申请号为201711377711.0的专利公开了一种复合金属锂负极结构及其制备方法，使用冷压复合的方法将集流体与金属锂片相复合，但不适用于连续生产。如用辊压方法生产碱金属复合负极，易实现连续化生产，但是使用现有的锂离子电池极片辊压设备并不适用，目前的辊压设备大多为单一辊系，进行极片的压实，材料厚度变化较小，但碱金属质地较柔软，在辊压过程中厚度变化大，导致延展量大，内应力不均匀，因此容易出现翘曲、褶皱等不规则形变和碱金属与工作辊粘连等问题，这就降低了产品的良品率和生产效率。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种碱金属复合负极的制作设备，能够保证负极材料整体平整，消除不规则翘曲，提高碱金属复合负极的制作效率，并提高良品率。

本实用新型提供的一种碱金属复合负极的制作设备，包括放卷部件和收卷部件，二者之间设置有至少两组压辊对，每组所述压辊对包括上压辊和下压辊，从所述放卷部件指向所述收卷部件的方向上的上压辊与下压辊的间距递减，每个所述下压辊连接有刮刀部件，每一组所述压辊对均连接至各自的速度控制部件，所述速度控制部件用于控制从所述放卷部件指向所述收卷部件的方向上的压辊对的运行速度递增。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述速度控制部件为伺服电机。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述压辊对的数量为3个至8个。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，每个所述上压辊的上方还设置有润滑剂涂布部件，且在最右侧的压辊对与所述收卷部件之间设置有干燥部件。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述上压辊为加热辊。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述放卷部件的远离所述收卷部件的一侧还设置有箔材打孔部件。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述润滑剂涂布部件为nmp涂布部件。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述干燥部件为强制冷却风扇。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述箔材打孔部件为激光打孔部件。

优选的，在上述碱金属复合负极的制作设备中，所述刮刀部件位于所述下压辊的上方靠近所述收卷部件的位置。

从上述技术方案可以看出，本实用新型所提供的上述碱金属复合负极的制作设备，由于每一组压辊对均连接至各自的速度控制部件，这些速度控制部件用于控制从放卷部件指向收卷部件的方向上的压辊对的运行速度递增，因此压辊对依次递增的速度可以适应材料因辊压造成的延伸，向材料施加一个水平方向上的力，抑制材料在离开压辊后出现的回弹，从而能够保证负极材料整体平整，消除不规则翘曲，提高碱金属复合负极的制作效率，并提高良品率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种碱金属复合负极的制作设备的示意图；

图2为本申请提供的碱金属复合负极的制作设备的另一个例子的示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种碱金属复合负极的制作设备，能够保证负极材料整体平整，消除不规则翘曲，提高碱金属复合负极的制作效率，并提高良品率。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请提供的一种碱金属复合负极的制作设备的实施例如图1所示，图1为本申请提供的一种碱金属复合负极的制作设备的示意图，该碱金属复合负极制作设备包括放卷部件1和收卷部件2，顾名思义，放卷部件1就是用来将箔材和基体放入压辊对之间，而收卷部件2就是将压合好之后得到的碱金属复合负极收起来成卷，这二者之间设置有至少两组压辊对3，这种压辊对3就是用来将多层材料压合成一体，图1中展示出的是三组压辊对，而且每组压辊3对均包括上压辊31和下压辊32，从放卷部件1指向收卷部件2的方向上的上压辊31与下压辊32的间距递减，具体在图1中，就是从左至右的方向上的上压辊31和下压辊32的间距越来越小，逐渐减小至所需的碱金属复合负极的厚度，这样才能将两层压辊之间的两层箔材逐渐压合在一起，这种多级辊压的设计能够减小箔材的单次下压量，从而减小材料辊压过程中的自身应力，防止箔材出现不规则变形甚至压溃现象，而且每个下压辊32均连接有各自的刮刀部件4，这种刮刀部件4可引导其下层的材料与下压辊32及时分离，以避免与下压辊32产生粘连，本实施例的重点在于，每一组压辊对3均连接至各自的速度控制部件5，这些速度控制部件5用于控制从放卷部件1指向收卷部件2的方向上的压辊对3的运行速度递增，而且这些速度控制部件可以是同一种类型，也可以是不同类型，此处并不限制，只要每一组压辊对3对应着一个速度控制部件5即可，不像现有技术那样所有的压辊对都连接至同一个速度控制部件，具体到图1中，就是左侧的速度控制部件控制其对应的压辊对低速运转，中间的速度控制部件控制其对应的压辊对中速运转，右侧的速度控制部件用于控制其对应的压辊对高速运转，也就是从左至右的压辊对不再像现有技术那样以同样的速度运转，而是速度依次加快，以向箔材施加水平方向上的拉力，这样能够抵消材料在辊压后因厚度降低而导致的越来越大的水平延展量，从而抑制回弹的出现，减小材料的不规则形变，这样得到的复合负极就更加平整，良品率就会更高。

从上述技术方案可以看出，本申请所提供的上述碱金属复合负极的制作设备的实施例中，由于每一组压辊对均连接至各自的速度控制部件，这些速度控制部件用于控制从放卷部件指向收卷部件的方向上的压辊对的运行速度递增，因此压辊对依次递增的速度可以适应材料因辊压造成的延伸，向材料施加一个水平方向上的力，抑制材料在离开压辊对后出现的回弹，从而能够保证复合负极材料整体平整，消除不规则翘曲，提高碱金属复合负极的制作效率，并提高良品率。

在上述碱金属复合负极的制作设备的一个具体实施例中，速度控制部件5可以优选为伺服电机，这种伺服电机可使控制速度和位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

在上述碱金属复合负极的制作设备的另一个具体实施例中，压辊对3的数量可以优选为3个至8个，其数量越多则对于应力的控制效果更好，压出的复合负极产品会更加平整，当然这仅是一个优选方案，实际上并不限于此，其实至少有两个压辊对就可以实现目的，只是3个及以上会更好。

继续参考图1，在上述碱金属复合负极的制作设备的有一个具体实施例中，每个上压辊31的上方还设置有润滑剂涂布部件6，且在最右侧的压辊对3与收卷部件2之间设置有干燥部件7，这种干燥部件7是与润滑剂涂布部件6配合使用的，利用润滑剂涂布部件6来涂布润滑剂来防止碱金属带(包括但不限于锂带)与上压辊粘连，这种干燥部件7就用来去除复合负极辊压完成后残留的润滑剂，并最终由收卷部件2收卷成型。

在上述碱金属复合负极的制作设备的一个优选实施例中，上压辊31为加热辊，以加工锂带为例，这种加热辊可加热软化锂带，减小复合负极辊压后的挠度，当然这仅是一个优选方案，上压辊31能够加热会更好，但是不能加热也可以，此处并不构成限制。

在一个可选方案中，放卷部件1的远离收卷部件2的一侧还设置有箔材打孔部件，也就是放卷之前还可以对箔材进行打孔，目的是更好的适应锂金属在辊压过程中的体积变化，减小锂金属因体积变化产生褶皱等不规则形变，降低辊压时的应力，具体的打孔孔径可以为1um至100um，孔间距可以为0.1mm至10mm。在这种情况下，继续参考图1，具体操作如下：多孔碱金属箔材8和基底9由放卷部件1放卷，进入多对辊压对3逐级辊压，辊压过程中因碱金属箔材厚度的减小产生延伸，孔隙闭合，辊系依次递增的速度可以适应材料因辊压造成的延伸，在刮刀和润滑剂作用下材料离开压辊，由收卷部件2收卷成型。

更进一步的，上面提到的润滑剂涂布部件6可以优选为nmp涂布部件，这种nmp即n-甲基吡咯烷酮，这种物质能够更好的避免碱金属复合负极与压辊对之间的粘连，从而能够进一步提高碱金属复合负极的辊压效率。

另一个可选方案中，上述干燥部件7可以具体为强制冷却风扇，在这种情况下，就还能冷却复合负极，增强其机械强度，避免了收卷时易出现的拉伸断裂或变形现象，可见这样得到的产品性能更佳。

另外的实施例中，箔材打孔部件可以优选为激光打孔部件，这样效率更高，当然还可以是机械打孔部件等形式，此处并不限制。

在又一个可选实施例中，刮刀部件4可以位于下压辊的上方靠近收卷部件的位置，也就是图1中的下压辊的右上方，这样刮起来效果更好，效率更高，当然这是一个优选方案，还可以根据实际需要将其设置在其他位置，此处并不限制。

下面以两个例子对上述设备的运行方式说明：

第一个例子：

继续参考图1，压辊对3与放卷部件1衔接，压辊对3与干燥部件7和收卷部件2连接，压辊对3的辊间距逐级减小至所需负极的厚度，其运行速度逐级递增以向箔材施加水平方向上的力；厚度为100um的锂带进行预先打孔，打孔方式为激光打孔，孔径50um，孔间距1mm，多孔的锂带8和厚度为300um的泡沫镍9从放卷部件1放出进入压辊对3，经过左侧的压辊对3的压制后，锂带8与泡沫镍9部分压合，厚度为350um；再通过中间的压辊对3，锂带8与泡沫镍9完全压合，厚度为300um；通过右侧的压辊对3后，复合负极辊压至200um，在此过程中锂带延展，锂带中的孔被填满；在上述运行过程中，润滑剂涂布部件6在各压辊对3上涂布nmp以防止锂带8与上压辊31粘连，刮刀部件4可引导下层的泡沫镍9与下压辊32及时分离，复合负极在离开压辊对3后进入干燥部件7，这样使nmp快速挥发后由收卷部件2收卷成型。

第二个例子：

在该例子中，采用隔离层实现与压辊之间的分离，这样就无需涂布润滑剂也无需干燥部件了，具体的，参考图2，图2为本申请提供的碱金属复合负极的制作设备的另一个例子的示意图，左边的压辊对3与放卷部件1衔接，右边的压辊对3同时与收卷部件2和14连接，从左至右的辊间距逐级减小至所需负极厚度，其运行速度逐级递增以向箔材施加水平方向上的力；厚度为300um的锂带进行预先打孔，打孔方式可以为机械打孔，孔径100um，孔间距5mm，多孔锂带11、厚度为500um的铜网10和隔离层12从放卷部件1放出进入压辊对3中的上压辊31和下压辊32之间，经过左侧的压辊对的压制后，锂带11与铜网基19底部分压合，厚度为600um；再通过中间的压辊对之后，锂带11与铜网10完全压合，厚度为500um；通过右边的压辊对后，复合负极辊压至250um，在此过程中锂带延展，锂带中的孔被填满；在上述运行过程中，刮刀部件4可引导下层的铜网10与下压辊32及时的分离，复合负极在离开右边的压辊对后经由刮刀部件13，复合负极与隔离层12分离，隔离层12由收卷部件14收卷，进行回收，复合负极由收卷部件2收卷成型。本例子采用的上述隔离层可以是聚乙烯纸、硅油膜、硅油纸、pet膜中的一种或几种，此处并不限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。