CN103545486B - 锂离子电池极片补锂装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于极片处理装置技术领域，尤其涉及一种锂离子电池极片补锂装置，包括极片放卷装置、极片收卷装置、金属锂冷压装置和金属锂供应装置，金属锂供锂装置设置于极片放卷装置和极片收卷装置之间，金属锂冷压装置设置于金属锂供应装置和极片收卷装置之间，金属锂供应装置设置为挤压式金属锂供应装置。本发明能够高效、定量、均匀的对极片进行处理，而且结构简单，成本低廉，对环境要求相对较低，实现工业化批量生产供应。

Description

锂离子电池极片补锂装置

技术领域

本发明属于极片处理装置技术领域，尤其涉及一种锂离子电池极片补锂装置。

背景技术

自日本索尼公司对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，而迅速在便携式移动电源、移动电话、便携式电脑、照相机和摄像机等便携式电子产品领域推广应用，并在能源领域占据重要位置。

随着锂离子电池的应用领域不断扩大，各种产品对锂离子电池的性能要求越来越高。如微型化便携式电子产品要求锂离子电池具有较长的使用时间，因此就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）而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的不可逆脱出，使得锂离子电池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，但其首次库伦效率仅在65-85%之间。因此如果能额外补充在负极材料中损耗的正极材料中的锂离子，就能够大幅度提高锂离子电池的能量密度。

额外补锂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，例如申请号为201210237240的中国专利申请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，然后通过冷压制得补锂的极片。该申请中将金属锂粉附于极片上的补锂过程需要高精度的设备，而且，该方法主要是通过静电震动来实现的，比较难保证均匀性，补锂量监测困难，同时该方法对于环境的要求极高，需要将飞散的金属锂粉置于特殊设备中进行处理，而且效率较低。

因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将薄的金属锂附于极片上，如果采用真空蒸镀的方法将金属锂附于极片上，则该机构设备生产效率很低比较难满足大量生产的要求，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。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池极片补锂装置，该装置能够快速、高效、均匀、定量的给锂离子电池的极片附上金属锂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：锂离子电池极片补锂装置，包括极片放卷装置、极片收卷装置、金属锂冷压装置和金属锂供应装置，所述金属锂供应装置设置于所述极片放卷装置和极片收卷装置之间，所述金属锂冷压装置设置于所述金属锂供应装置和所述极片收卷装置之间，所述金属锂供应装置设置为挤压式金属锂供应装置。

所述挤压式金属锂供应装置包括增压机构、压力传动机构、金属锂丝挤压头和金属锂丝挤压壳，所述金属锂丝挤压头设置于所述金属锂丝挤压壳内，并且所述金属锂丝挤压头通过所述压力传动机构与所述增压机构连接，所述金属锂丝挤压壳的底部设置有挤出嘴。

所述挤压式金属锂供应装置还包括金属锂冷却机构，所述金属锂丝挤压壳设置于所述金属锂冷却机构内。

所述金属锂冷却机构为气冷式金属锂冷却机构或液冷式金属锂冷却机构。

所述金属锂丝挤压头通过所述压力传动机构与所述增压机构密封连接。

所述增压机构设置为气动式增压机构、液压式增压机构或电动式增压机构。

所述极片放卷装置包括依次设置的放料辊、放卷张力调节辊、定位辊和第一传动辊，所述挤出嘴与所述第一传动辊对应设置。

所述极片收卷装置包括保护挡板、固定架、纠偏探测器、第二传动辊、收卷张力调节辊和收卷辊，所述纠偏探测器设置于所述固定架，所述保护挡板设置于所述固定架的顶部，所述第二传动辊设置于所述固定架的底部，所述收卷张力调节辊位于所述第二传动辊和所述收卷辊之间。

所述金属锂冷压装置包括冷压主动辊及与所述冷压主动辊并排设置的冷压从动辊，所述冷压主动辊与所述冷压从动辊之间设置有间隙。

相对于现有技术，本发明至少具有以下优点：1）本发明将电芯所需金属锂的制备与补锂过程合二为一，其中补锂过程将金属锂丝挤压于干燥处理的极片上，经过冷压后实现锂离子电池极片补锂过程。该补锂装置可以在低湿度的常温环境中完成补锂，大大降低了补锂过程对于环境的要求。2）本发明可以根据工艺的要求调换挤压头，实现补锂量可控，如果采用双挤压头还可实现双面补锂同时进行；而且本发明结构简单，生产效率高。3）本发明所使用的锂为金属锂锭，成本低廉；只需将该锂锭常温下就可以挤出，工艺非常简单；因此极易实现工业化批量生产。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2 为图1的A处的放大图。

其中，1——极片放卷装置、2——极片收卷装置、3——金属锂冷压装置、4——金属锂供应装置、11——放料辊、12——放卷张力调节辊、13——定位辊、14——第一传动辊、21——保护挡板、22——固定架、23——纠偏探测器、24——第二传动辊、25——收卷张力调节辊、26——收卷辊、31——冷压主动辊、32——冷压从动辊、41——增压机构、42——压力传动机构、43——金属锂丝挤压头、44——金属锂丝挤压壳、45—金属锂冷却机构、46——挤出嘴。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

具体实施方式1，如图1所示，锂离子电池极片补锂装置，包括极片放卷装置1、极片收卷装置2、金属锂冷压装置3和金属锂供应装置4，金属锂供应装置4设置于极片放卷装置1和极片收卷装置2之间，金属锂冷压装置3设置于金属锂供应装置4和极片收卷装置2之间，金属锂供应装置4设置为挤压式金属锂供应装置，挤压式金属锂供应装置包括增压机构41、压力传动机构42、金属锂丝挤压头43和金属锂丝挤压壳44，金属锂丝挤压头43设置于金属锂丝挤压壳44内，并且金属锂丝挤压头43通过压力传动机构42与增压机构41连接，金属锂丝挤压头43为耐高压的金属材质，并且经表面处理与金属锂的粘结性较低，这样就比较容易挤出金属锂，增压机构41设置为气动式增压机构，金属锂丝挤压壳44的底部设置有挤出嘴46，挤出嘴46的截面形状为方形、椭圆形、圆形或梯形，挤出嘴46的大小可根据需要而设定。本发明对极片进行补锂是通过压力传动机构42施加一定力使得挤出嘴46将金属锂定量和均匀的附着于经干燥处理的极片上。

挤压式金属锂供应装置还包括金属锂冷却机构45，金属锂丝挤压壳44设置于金属锂冷却机构45内，一般的，金属锂冷却机构45为气冷式金属锂冷却机构，气冷式金属锂冷却机构在挤压过程中对金属锂起到冷却作用，降低金属锂与金属锂丝挤压头45之间的粘结带来的阻力。

优选的，金属锂丝挤压头43通过压力传动机构42与增压机构41密封连接，保证了金属锂丝挤压过程中力的均匀性。

极片放卷装置1包括依次设置的放料辊11、放卷张力调节辊12、定位辊13和第一传动辊14，挤出嘴46与第一传动辊14对应设置，挤出嘴46挤出的金属锂通过第一传动辊14的带动附着于第一传动辊14上的极片上。

极片收卷装置2包括保护挡板21、固定架22、纠偏探测器23、第二传动辊24、收卷张力调节辊25和收卷辊26，纠偏探测器23设置于固定架22，保护挡板21设置于固定架22的顶部，起到保护的作用，第二传动辊24设置于固定架22的底部，收卷张力调节辊25位于第二传动辊24和收卷辊26之间，可以根据需要及时调整收卷的张力，纠偏探测器23探测到极片收卷发生偏移时，收卷辊26接收到信号就会进行纠偏，实现很好的收卷效果。

金属锂冷压装置3包括冷压主动辊31及与冷压主动辊31并排设置的冷压从动辊32，当然冷压主动辊31和冷压从动辊32可以互换的，不一定在上方的就是冷压主动辊31，下方的就一定是冷压从动辊32，冷压主动辊31和冷压从动辊32均经过表面处理降低了与金属锂的粘结性，冷压主动辊31与冷压从动辊32之间设置有间隙，通过间隙大小来实现金属锂与极片的接触面积大小，间隙越小，相应的金属锂与极片的粘结性越好，反之粘结性越差。

在干燥房中，将已经烘烤过的待补锂极片卷芯放置于放料辊11依次穿过放卷张力调节辊12、定位辊13、第一传动辊14、金属锂冷压装置3（即冷压主动辊31和冷压从动辊32）、第二传动辊24、收卷张力调节辊25和收卷辊26，其中放料辊11、放卷张力调节辊12、定位辊13、第一传动辊14、保护挡板21、纠偏探测器23、第二传动辊24、收卷张力调节辊25和收卷辊26共同作用实现极片补锂的连续性，大大提高工作效率，并且控制补锂膜卷的平整与整齐堆叠。极片如上述固定好后，增压机构41开始工作，压力增大后压力传动机构42开始工作将固态的金属锂在金属锂丝挤压头43内进行挤压，受压后的金属锂开始从挤出嘴46中挤出，此时极片放卷装置1、极片收卷装置2和金属锂冷压装置3开始工作，金属锂丝从金属锂丝挤压头43内出来后附着于连续走动的极片上，当附着有金属锂丝的极片经过冷压主动辊31与冷压从动辊32之间的间隙后金属锂丝被压平，实现了补锂面积的增大，同时实现金属锂与极片的很好的粘结性。当压力传动机构42开始工作时，金属锂会与金属锂丝挤压头43摩擦产生大量的热，该热不仅会增加金属锂与金属锂丝挤压头43的粘结力，而且热的变化会导致金属的流动性增加与反应活性增加，导致补锂量发生改变，此时开启金属锂冷却机构45对内部的金属锂进行冷却，使得补锂过程可控。通过控制金属锂丝挤压头43的形状得到不同粗细及形状的金属锂，调节补锂量。

具体实施方式2，与具体实施方式1不同的是：本实施方式的金属锂冷却机构45为液冷式金属锂冷却机构，采用液冷式金属锂冷却机构对金属锂起到冷却作用更为明显，增压机构41设置为液压式增压机构，跟金属锂冷却机构45配套设置，使得本发明结构更简单。

其它结构与具体实施方式1的结构相同，这里不再赘述。

具体实施方式3，与具体实施方式2不同的是：本实施方式的增压机构41设置为电动式增压机构，符合现代化的设置要求，电动式增压机构的动力效果更好。

其它结构与具体实施方式2的结构相同，这里不再赘述。

综上所述：采用该锂离子电池极片补锂装置，可以非常有效的实现对极片均匀、定量、高效的处理；同时本发明通过将金属锂丝制备与极片补锂两个过程合二为一，所用金属锂为金属锂锭，极片为涂覆后烘烤处理后的极片，因此该装置结构简单，成本低廉，极易实现工业化批量生产。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.锂离子电池极片补锂装置，包括极片放卷装置、极片收卷装置、金属锂冷压装置和金属锂供应装置，所述金属锂供应装置设置于所述极片放卷装置和极片收卷装置之间，所述金属锂冷压装置设置于所述金属锂供应装置和所述极片收卷装置之间，其特征在于：所述金属锂供应装置设置为挤压式金属锂供应装置，所述挤压式金属锂供应装置包括金属锂丝挤压头、金属锂丝挤压壳以及金属锂冷却机构，所述金属锂丝挤压头设置于所述金属锂丝挤压壳内，所述金属锂丝挤压壳设置于所述金属锂冷却机构内。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述挤压式金属锂供应装置还包括增压机构和压力传动机构，所述金属锂丝挤压头通过所述压力传动机构与所述增压机构连接，所述金属锂丝挤压壳的底部设置有挤出嘴。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述金属锂冷却机构为气冷式金属锂冷却机构或液冷式金属锂冷却机构。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池极片补锂装置，其特征在于 ：所述金属锂丝挤压头通过所述压力传动机构与所述增压机构密封连接。

5.根据权利要求 2 所述的锂离子电池极片补锂装置，其特征在于 ：所述增压机构设置为气动式增压机构、液压式增压机构或电动式增压机构。

6.根据权利要求2所述的锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述极片放卷装置包括依次设置的放料辊、放卷张力调节辊、定位辊和第一传动辊，所述挤出嘴与所述第一传动辊对应设置。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述极片收卷装置包括保护挡板、固定架、纠偏探测器、第二传动辊、收卷张力调节辊和收卷辊，所述纠偏探测器设置于所述固定架，所述保护挡板设置于所述固定架的顶部，所述第二传动辊设置于所述固定架的底部，所述收卷张力调节辊位于所述第二传动辊和所述收卷辊之间。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述金属锂冷压装置包括冷压主动辊及与所述冷压主动辊并排设置的冷压从动辊，所述冷压主动辊与所述冷压从动辊之间设置有间隙。