CN105226238B - 极片锂粉辊压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池制造技术领域，具体涉及极片锂粉辊压装置，包括放卷机构、收卷机构、压辊机构以及包角辊，压辊机构设置于放卷机构和收卷机构之间，包角辊设置于放卷机构和收卷机构之间，压辊机构包括上压辊以及与上压辊配合的下压辊，放卷机构包括放卷辊，包角辊的上边沿高于放卷辊上边沿与上压辊下边沿的公切线。包角辊能够将极片托起，增大极片对上压辊的包角，即增大极片与上压辊的接触面积，以给极片一个预压力，从而可以使用辊径较小的上压辊和下压辊的同时，也能保证辊压的效果，使得装置更加紧凑，而且极片与上压辊之间的接触面增大后，极片不易褶皱和卷曲，因此提高压辊机构辊压速度，从而提高产能。本发明还提供极片锂粉辊压的方法。

Description

极片锂粉辊压装置及方法

技术领域

本发明属于电池制造技术领域，具体涉及极片锂粉辊压装置及方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高电压、高能量密度和长循环寿命的优势，成为应用范围最广的二次电池之一。但随着便携式电子设备微型化、长待机的不断发展，以及电动自行车、电动汽车等大功率、高能量设备的启用，都对作为储能电源的锂离子电池的能量密度的提出了越来越高的要求。

对于负极片来说，在电池的首次充电过程中都会由于固体电解质膜（SEI膜）的形成而消耗部分锂，由此而造成正极材料锂的损失，从而降低了电池的容量，造成首次效率的降低。这在以合金材料（如硅合金和锡合金等）为活性物质的负极片中表现得尤为明显。

为了减少由于电池在首次充放电过程中的不可逆容量带来的电池容量的降低，申请号为201210237241.9、201220331908.7、201210237240.4的三个中国专利申请文件提到了一种向锂电池负极片内添加金属锂粉的方法和装置。即，将锂粉均匀的洒在锂电池负极片上，通过辊压将锂粉压实贴覆到负极片表面，以提高电池首次充电的效率。利用辊压的方法将锂粉压实贴覆到锂电池负极片上时，使用的压辊辊径不同，其辊压效果也不一样，小辊径的压辊能够辊压得更加精细，但是由于其与极片的接触面积小，因此辊压时线速度不能过快，否则容易造成极片褶皱，但是线速度过慢则会影响产能。为了提高压辊与极片的接触面积，将压辊的辊径做大，形成大包角结构，但大辊径的压辊会使得整个装置变得庞大，增加了设备成本，使设备变得不够紧凑。另外，由于金属锂粉较软，直接辊压会造成锂粉粘辊，所以，上述的三个中国专利申请文件均使用保护膜隔离辊压，且保护膜为一次性，还需为保护膜增加收放卷机构。虽然解决辊压粘辊的问题，但同时增加了成本，为企业带来负担。

有鉴于此，确有必要提供一种能够保证辊压质量和产能的极片锂粉辊压装置及方法。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供极片锂粉辊压装置，使得能够通过辊压有效地将锂粉压实贴覆到极片上。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

极片锂粉辊压装置，包括放卷机构、收卷机构、压辊机构以及包角辊，所述压辊机构设置于所述放卷机构和收卷机构之间，所述包角辊设置于所述放卷机构和所述收卷机构之间，所述压辊机构包括上压辊以及与所述上压辊配合的下压辊，所述上压辊与所述下压辊之间存在间隙，所述放卷机构包括放卷辊，所述包角辊的上边沿高于所述放卷辊上边沿与上压辊下边沿的公切线。所述包角辊能够将极片托起，增大极片对所述上压辊的包角，即增大了极片与上压辊的接触面积，以给极片一个预压力，从而可以使用辊径较小的上压辊和下压辊，保证辊压效果的同时，使得装置更加紧凑，而且极片与上压辊之间的接触面增大后，极片不易褶皱和卷曲，因此可以提高所述压辊机构的辊压速度，从而提高产能。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，所述上压辊和下压辊的辊径为10～30mm。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，还包括第一导辊，所述第一导辊设置于所述收卷机构与所述包角辊之间。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，还包括第二导辊，所述第二导辊设置于所述压辊机构与所述收卷机构之间。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，还包括底座以及用于支撑包角辊的支撑架，所述支撑架分别与所述底座以及所述包角辊连接。所述支撑架用于支撑所述包角辊。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，还包括调整丝杆，所述支撑架通过所述调整丝杆与所述底座固定连接。通过所述调整丝杆来调节所述包角辊与所述上压辊之间的相对位置，以控制所述包角辊与所述上压辊之间的间隙大小。在辊压过程中，若发现极片表面锂粉辊压不实，出现回流现象，可以减小包角辊与上压辊的间隙，以提高对极片的预压力；当极片表面出现褶皱、卷曲现象时，可以增大包角辊与压辊的间隙。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，还包括控制器，所述放卷机构、压辊机构以及所述收卷机构分别与所述控制器电连接。通过所述控制器实现所述放卷机构、压辊机构、以及收卷机构的转速的自动控制，减少人手操作。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，所述上压辊与所述下压辊之间的间隙可调。可根据铺设了锂粉的极片的厚度来调整所述上压辊和下压辊之间的间隙大小。

作为本发明所述的极片锂粉辊压装置的一种改进，所述上压辊和下压辊为高硬度、低摩擦系数的金属辊，如经氧化和抛光处理的高硬度铝合金辊或经抛光处理的高硬度合金钢辊。且所述上压辊和所述下压辊的辊径相同。

本发明的目的之一的有益效果在于：提供极片锂粉辊压装置，包括放卷机构、收卷机构、压辊机构以及包角辊，所述压辊机构设置于所述放卷机构和收卷机构之间，所述包角辊设置于所述放卷机构和所述收卷机构之间，所述压辊机构包括上压辊以及与所述上压辊配合的下压辊，所述放卷机构包括放卷辊，所述包角辊的上边沿高于所述放卷辊上边沿与上压辊下边沿的公切线。所述包角辊能够将极片托起，增大极片对所述上压辊的包角，即增大了极片与上压辊的接触面积，以给极片一个预压力，从而可以使用辊径较小的上压辊和下压辊，获得精细辊压的同时，不仅保证辊压的效果，使得装置更加紧凑，而且极片与上压辊之间的接触面增大后，极片不易褶皱和卷曲，因此可以提高所述压辊机构的辊压速度，从而提高产能。

本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，提供极片锂粉辊压的方法，使得能够通过辊压有效地将锂粉压实贴覆到极片上，以提升锂电池首次充电效率，提高电池容量和循环性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

极片锂粉辊压的方法，包括下述步骤：

步骤1，将一表面平铺有一层未辊压锂粉的负极片放置在放卷机构上，并使负极片平铺锂粉的一表面朝上地经过包角辊，并从压辊机构的上压辊和下压辊之间穿过；

步骤2，启动压辊机构，通过压辊机构对负极片进行辊压，经过压辊机构辊压后的负极片回收至收卷机构。

作为本发明所述的极片锂粉辊压的方法的一种改进，在所述步骤1和所述步骤2之间还包括步骤，根据锂粉的厚度调整上压辊与下压辊之间的间隙大小。

作为本发明所述的极片锂粉辊压的方法的一种改进，在所述步骤1和所述步骤2之间还包括步骤，在上压辊上涂抹隔离油。使用隔离油代替一次性保护膜，既节约生产成本，也简化了装置结构。其中，所述隔离油选用含水量低、不与金属锂反应、且锂粉压实贴覆到负极片制成锂离子电池时对电池品质无影响的液体油，优选为二甲基硅油。

本发明的目的之二的有益效果在于：提供极片锂粉辊压的方法，通过压辊机构将锂粉均匀地压实在负极片的表面，而且在辊压过程中锂粉平铺在负极片的一表面朝上，以防止锂粉的散落；采用包角辊对负极片提供预压力，保证锂粉在负极片表面的压实效果的同时，还能适当减少压辊机构中的上压辊和下压辊的辊径，使装置紧凑，节约设备成本，并实现小辊径的精细辊压，还能提高辊压速度，从而提高产能。该方法有效地将锂粉压实在负极片上，在后续工序中，使金属锂经过电化学扩散进入负极片内部，为负极片提供活性金属锂粉，即为负极片进行补锂，从而为电池循环提供锂源，提升首次充电效率，提高电池容量，提高电池的循环性，而且提供的锂源还能除去电解液中的水分，抑制HF酸的产生，改变电极材料的电极电位，使得正极在合适的工作电位下工作，从而保护正极材料的结构不受破坏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明底座、支撑架和调节丝杆的结构示意图。

其中，1.控制器，2.放卷机构，21.放卷辊，3.收卷机构，4.压辊机构，41.上压辊，42.下压辊，5.包角辊，61.第一导辊，62.第二导辊，71.底座，72.调整丝杆，73.支撑架，8.负极片，9.锂粉。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式和说明书附图对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。

实施方式1

如图1和2所示，极片锂粉辊压装置，包括控制器1、放卷机构2、收卷机构3、压辊机构4、包角辊5、第一导辊61、第二导辊62、底座71、调整丝杆72以及用于支撑包角辊5的支撑架73，压辊机构4设置于放卷机构2和收卷机构3之间，包角辊5设置于放卷机构2和收卷机构3之间，压辊机构4包括上压辊41以及与上压辊41配合的下压辊42，下压辊42设置于上压辊41下方，且上压辊41与下压辊42之间的间隙可调，放卷机构2包括放卷辊21，包角辊5的上边沿高于放卷辊21上边沿与上压辊41下边沿的公切线，第一导辊61设置于收卷机构3与包角辊5之间，第二导辊62设置于压辊机构4与收卷机构3之间，支撑架73与包角辊5连接，且支撑架73通过调整丝杆72与底座71固定连接，放卷机构2、压辊机构4以及收卷机构3分别与控制器1电连接，通过控制器1实现放卷机构2、压辊机构4、以及收卷机构3的转速的自动控制，减少人手操作，其中控制器1为PLC控制器。

包角辊5能够将负极片8托起，以给负极片8一个预压力，以增大负极片8对上压辊41的包角，即增大了极片与上压辊41的接触面积，从而可以使用辊径较小的上压辊41和下压辊42，以获得精细的辊压的同时，不仅保证辊压的效果，使得装置更加紧凑，而且负极片8与上压辊41之间的接触面增大后，极片不易褶皱和卷曲，因此可以提高压辊机构4的辊压速度，从而提高产能。

实施方式2

如图1和2所示，极片锂粉辊压的方法，所使用的极片锂粉辊压装置如实施方式1所述，在此不在赘述，包括下述步骤：

步骤1，将一表面平铺有一层未辊压锂粉9的负极片8放置在放卷机构2上，并使负极片8平铺锂粉9的一表面朝上地经过包角辊5，并从压辊机构4的上压辊41和下压辊42之间穿过；

步骤2，根据锂粉9的厚度调整上压辊41与下压辊42之间的间隙；

步骤3，在上压辊41上涂抹隔离油，其中，所述隔离油选用含水量低、不与金属锂反应、且锂粉9压实贴覆到负极片8制成锂离子电池时对电池品质无影响的液体油，优选为二甲基硅油；

步骤4，启动压辊机构4，通过压辊机构4对负极片8进行辊压，经过压辊机构4辊压后的负极片8回收至收卷机构3。

该极片锂粉辊压的方法，通过压辊机构4将锂粉9均匀地压实在负极片8的表面，而且在辊压过程中锂粉9均匀地平铺在负极片8的表面，辊压时负极片8平铺有锂粉9的一面朝上，以防止锂粉9的散落；采用包角辊5对负极片8提供预压力，保证锂粉9在负极片8表面的压实效果的同时，还能适当减少压辊机构4中的上压辊41和下压辊42的辊径，使装置紧凑，节约设备成本，并实现小辊径的精细辊压，还能提高辊压速度，从而提高产能。该方法有效地将锂粉9压实在负极片8上，在后续工序中，使金属锂经过电化学扩散进入负极片8内部，为负极片8提供活性金属锂粉9，即为负极片8进行补锂，从而为电池循环提供锂源，提升首次充电效率，提高电池容量，提高电池的循环性，而且提供的锂源还能除去电解液中的水分，抑制HF酸的产生，改变电极材料的电极电位，使得正极在合适的工作电位下工作，从而保护正极材料的结构不受破坏。

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。本发明也不限于将锂粉压实在极片，本发明还能应用于干粉压实在薄片上。

Claims (8)

1.极片锂粉辊压装置，其特征在于：包括放卷机构、收卷机构、压辊机构、包角辊、底座、用于支撑包角辊的支撑架以及调整丝杆，所述压辊机构设置于所述放卷机构和收卷机构之间，所述包角辊设置于所述放卷机构和所述收卷机构之间，所述压辊机构包括上压辊以及与所述上压辊配合的下压辊，所述放卷机构包括放卷辊，所述包角辊的上边沿高于所述放卷辊上边沿与上压辊下边沿的公切线，所述支撑架分别与所述底座以及所述包角辊连接，所述支撑架通过所述调整丝杆与所述底座固定连接，通过所述调整丝杆来调节所述包角辊与所述上压辊之间的相对位置。

2.根据权利要求1所述的极片锂粉辊压装置，其特征在于：还包括第一导辊，所述第一导辊设置于所述收卷机构与所述包角辊之间。

3.根据权利要求1所述的极片锂粉辊压装置，其特征在于：还包括第二导辊，所述第二导辊设置于所述压辊机构与所述收卷机构之间。

4.根据权利要求1到3任一所述的极片锂粉辊压装置，其特征在于：还包括控制器，所述放卷机构、压辊机构以及所述收卷机构分别与所述控制器连接。

5.根据权利要求1所述的极片锂粉辊压装置，其特征在于：所述上压辊与所述下压辊之间的间隙可调。

6.使用权利要求1所述的极片锂粉辊压装置的极片锂粉辊压方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1，将一表面平铺有一层未辊压锂粉的负极片放置在放卷机构上，通过调整丝杆来调节包角辊与压辊机构的上压辊之间的相对位置，并使负极片平铺锂粉的一表面朝上地经过包角辊，并从压辊机构的上压辊和下压辊之间穿过；

步骤2，启动压辊机构，通过压辊机构对负极片进行辊压，经过压辊机构辊压后的负极片回收至收卷机构。

7.根据权利要求6 所述的方法，其特征在于：在所述步骤1 和所述步骤2 之间还包括步骤，根据锂粉的厚度调整上压辊与下压辊之间的间隙大小。

8.根据权利要求6 所述的方法，其特征在于：在所述步骤1 和所述步骤2 之间还包括步骤，在上压辊上涂抹隔离油。