CN107591517A - 一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置，包括牵引机构、沿负极片移动方向依次设置的第一补锂机构、翻转机构以及第二补锂机构；所述牵引机构包括用于放置和牵引负极片的放卷辊、收卷辊以及多个牵引辊；所述放卷辊位于第一补锂机构之前，所述收卷辊位于第二补锂机构之后，所述多个牵引辊分别间隔设于各机构之间；所述翻转机构用于将第一表面处于第二表面之上的负极片翻转至负极片的第二表面处于第一表面之上。本发明还提供一种向锂离子电池负极片连续补锂的方法，实现对负极片的双面均匀补锂，工艺简单，安全可靠，降低了生产成本。

Description

一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置及方法

【技术领域】

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置及方法。

【背景技术】

无论锂离子电池作为动力电池还是柔性电池，其成本有待降低，能量密度和功率密度都有待进一步提高。目前研究的主流方向是提高电极材料本身的性能，包括储锂容量、倍率性能等，而已知大部分负极材料都存在一个重要现象：在锂离子电池首次充放电过程中，有机电解液会在绝大多数负极材料表面发生还原、分解，形成一层电子绝缘、锂离子可导的固体电解质膜(SEI膜)，从而导致首次不可逆容量大即首次库仑效率低，大部分材料低于80％。目前除了商业化的石墨负极材料，其他的多孔碳材料、纳米材料、柔性电极材料等都存在这种现象，造成电极材料尤其是正极材料的极大浪费，降低电池能量和功率密度，严重限制了这些材料的推广使用。针对首次不可逆库仑效率低的问题，一般对负极进行补锂，以弥补首次充放电过程中消耗的用于形成SEI膜的大量锂离子及不可逆容量损失。

目前相关的技术中采用了湿法补锂，将锂粉分散在有机溶剂中，喷涂在负极片上，再将负极片上残留的有机溶剂干燥，采用这种方法材料和设备改造成本极高。公开号为CN107123785A的中国专利申请提到通过静电效应对极片进行双面补锂，静电作用难以保证锂粉均匀分布，且外加电场使安全性较难保证，整个制备过程中成本较高。

鉴于此，实有必要提供一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置及方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置及方法，采用该装置及方法能对未补锂负极片的两面进行均匀补锂，且工艺简单，没有外加电场，安全可靠，成本较低。

为了实现上述目的，本发明提供一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置，包括牵引机构、沿负极片移动方向依次设置的第一补锂机构、翻转机构以及第二补锂机构；所述牵引机构包括用于放置和牵引负极片的放卷辊、收卷辊以及多个牵引辊；所述放卷辊位于第一补锂机构之前，所述收卷辊位于第二补锂机构之后，所述多个牵引辊分别间隔设于各机构之间；所述第一补锂机构和第二补锂机构均包括用于储存锂粉及洒粉的喂料系统、靠近喂料系统的刮扫辊、间隔设置于喂料系统及刮扫辊底端的第一压制辊、间隔设置于第一压制辊底端的第二压制辊；所述喂料系统靠近第一压制辊用于向第一压制辊的外圆周面供给锂粉，所述刮扫辊将第一压制辊的外圆周面上的锂粉摊平，所述第一压制辊匀速旋转且使锂粉下落至位于第一压制辊与第二压制辊之间的负极片上；所述第一补锂机构和第二补锂机构还包括将喂料系统、刮扫辊及第一压制辊收容在内的壳体；所述翻转机构用于将第一表面处于第二表面之上的负极片翻转至负极片的第二表面处于第一表面之上。

在一个优选实施方式中，所述刮扫辊、第一压制辊、第二压制辊均呈具有轴心的圆柱状，以它们的轴心相互平行且水平设置。

在一个优选实施方式中，所述刮扫辊与第一压制辊的旋转方向相反，所述第一压制辊和第二压制辊的大小相同，第一压制辊及第二压制辊之间间隔设置且旋转方向相反，以压制负极片上的锂粉。

在一个优选实施方式中，所述刮扫辊可沿轴心方向振动。

在一个优选实施方式中，所述壳体的下端靠近刮扫辊的一侧设有挡板，所述壳体背离刮扫辊一侧的下端形成回收室。

在一个优选实施方式中，还包括依次设置于第一补锂机构和翻转机构之间的第一检测机构、第一贴标机构以及依次设置于第二补锂机构和收卷辊之间的第二检测机构、第二贴标机构；所述第一检测机构和第一贴标机构电性连接，所述第二检测机构和第二贴标机构电性连接。

在一个优选实施方式中，所述放卷辊、收卷辊位于翻转机构的同一侧，所述翻转机构与所述负极片的第二表面接触；所述第一补锂机构位于放卷辊与翻转机构之间，且第一补锂机构的第一压制辊与负极片的第一表面接触，第一补锂机构的第二压制辊与负极片的第二表面接触；所述第二补锂机构位于收卷辊与翻转机构之间，且第二补锂机构的第一压制辊与负极片的第二表面接触，第二补锂机构的第二压制辊与负极片的第一表面接触；所述多个牵引辊其中一部分与负极片的第一表面接触，另一部分与负极片的第二表面接触。

另外，本发明提供一种向锂离子电池负极片连续补锂的方法，其特征在于，包括：

第一步，负极片从放卷辊处上料，将锂粉补充至第一补锂机构和第二补锂机构中的喂料系统中；

第二步，负极片被牵引辊带入第一补锂机构中，第一补锂机构对负极片的第一表面进行补锂并压实，同时挤压负极片运动至第一检测机构和第一贴标机构，以检测负极片的第一表面的锂粉是否分布均匀；

第三步，负极片通过牵引辊进入翻转机构被翻转至第二表面处于第一表面之上，负极片通过牵引辊进入第二补锂机构对第二表面进行补锂并压实，同时挤压负极片运动至第二检测机构和第二贴标机构，以检测负极片的第二表面的锂粉是否分布均匀，接着负极片通过牵引辊运动至收卷辊进行回收。

在一个优选实施方式中，所述第一检测机构及第二检测机构检测到所述锂粉分散不均匀时，通过电信号分别触发第一贴标机构及第二贴标机构启动，对不均匀处进行标记。

本发明提供的向锂离子电池负极片连续补锂的装置及方法，实现对负极片的双面均匀补锂，工艺简单，安全可靠，降低了生产成本。

【附图说明】

图1为本发明提供的向锂离子电池负极片连续补锂的装置的示意图。

图2为本发明提供的向锂离子电池负极片连续补锂的装置中的第一补锂机构或第二补锂机构的示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的向锂离子电池负极片连续补锂的装置，包括牵引机构10、沿负极片200移动方向依次设置的第一补锂机构20、第一检测机构30、第一贴标机构40、翻转机构50、第二补锂机构60、第二检测机构70以及第二贴标机构80。所述牵引机构10包括用于放置和牵引负极片200的放卷辊11、收卷辊12以及多个牵引辊13。所述放卷辊11位于第一补锂机构20之前，所述收卷辊12位于第二贴标机构80之后，所述多个牵引辊13分别间隔设于各机构之间。所述放卷辊11、收卷辊12以及多个牵引辊13均呈圆柱状。

本实施方式中，所处理的负极片200包括相背的第一表面201和第二表面202。所述翻转机构50用于将负极片200的两个面进行翻转，即所述未补锂的负极片200的第一表面201位于第二表面202之上，经过翻转机构50时，翻转至负极片200的第二表面202位于第一表面201之上。

请一并参阅图2，所述第一补锂机构20和第二补锂机构60结构相同，且均包括用于储存锂粉及洒粉的喂料系统21、靠近喂料系统21的刮扫辊22、间隔设置于喂料系统21及刮扫辊22底端的第一压制辊23、间隔设置于第一压制辊23底端的第二压制辊24。所述喂料系统21靠近第一压制辊23用于向第一压制辊23的外圆周面供给锂粉，所述喂料系统21连接有控制器可实现锂粉的定量添加。所述刮扫辊22、第一压制辊23、第二压制辊24均呈具有轴心的圆柱状，以它们的轴心相互平行且水平设置，所述刮扫辊22、第一压制辊23、第二压制辊24的外层采用自润滑性、低摩擦力、高硬度的耐磨材料。

进一步的，所述第一压制辊23通过匀速旋转将锂粉带到压制位置，即所述刮扫辊22将第一压制辊23的外圆周面上的锂粉摊平。所述刮扫辊22与第一压制辊23之间设有规定的间隙，以定量控制锂粉的下料保证均匀性。本实施方式中，所述刮扫辊22与第一压制辊23的旋转方向相反，优选的，刮扫辊22的旋转速度为第一压制辊23的旋转速度的50％，所述刮扫辊22可沿轴心方向振动，以防锂粉吸附在刮扫辊22上随着刮扫辊22转动。所述第一补锂机构20和第二补锂机构60还包括设于负极片200上端的壳体25，所述壳体25将喂料系统21、刮扫辊22及第一压制辊23收容在内，以防锂粉向外飞散，所述壳体25为绝缘材料制成。所述壳体25的下端靠近刮扫辊22的一侧设有挡板251，补锂时所述挡板251打开，即挡板251旋转至一端抵靠于壳体25的侧壁，使锂粉下落至位于第一压制辊23与第二压制辊24之间的负极片200上。所述壳体25背离刮扫辊22一侧的下端形成回收室252，以防锂粉下落影响分散的均匀性。所述第一压制辊23和第二压制辊24的大小相同，第一压制辊23及第二压制辊24之间间隔设置且旋转方向相反，以压制负极片200上的锂粉。具体的，所述放卷辊11、收卷辊12位于翻转机构50的同一侧，所述翻转机构50与所述负极片200的第二表面202接触。所述第一补锂机构20位于放卷辊11与翻转机构50之间，且第一补锂机构20的第一压制辊23与负极片200的第一表面201接触，第一补锂机构20的第二压制辊24与负极片200的第二表面202接触。所述第二补锂机构60位于收卷辊12与翻转机构50之间，且第二补锂机构60的第一压制辊23与负极片200的第二表面202接触，第二补锂机构20的第二压制辊24与负极片200的第一表面201接触。所述多个牵引辊13其中一部分与负极片200的第一表面201接触，另一部分与负极片200的第二表面202接触。

所述第一检测机构30和第一贴标机构40电性连接，所述第二检测机构70和第二贴标机构80电性连接。所述第一检测机构30和第二检测机构70用于检测负极片200上的锂粉是否均匀。本实施方式中，所述第一检测机构30及第二检测机构70为CCD检测机，通过数字图像处理的方法将CCD系统采集的图像与预存的标准图像对比，例如负极片200上补锂区与未补锂区的灰度数值不同，可通过对比图片的灰度数值，即可确定负极片200上的区域是否补锂均匀。所述第一贴标机构40及第二贴标机构80为单片机控制的自动贴标机。当所述第一检测机构30或第二检测机构70检测到锂粉分散不均匀时，通过电信号分别触发第一贴标机构40或第二贴标机构80启动，对负极片200上的不均匀处进行标记，以方便后续对补锂不良品进行及时补救，提高电池质量。

采用以上装置向锂离子电池负极片连续补锂的方法，具体包括以下步骤：

首先，负极片200从放卷辊11处上料，将锂粉补充至第一补锂机构20和第二补锂机构60中的喂料系统21中。

接着，启动第一补锂机构20、第一检测机构30、第一贴标机构40。所述负极片200被牵引辊13带入第一补锂机构20中，第一补锂机构20对负极片200的第一表面201进行补锂并压实，同时挤压负极片200运动至第一检测机构30，以检测负极片200的第一表面201的锂粉是否分布均匀。当第一检测机构20检测到负极片200的第一表面201的锂粉不均匀时，触发第一贴标机构40对负极片200的第一表面201进行贴标。

接着，所述负极片200通过牵引辊13进入翻转机构50，由翻转机构50将负极片200翻转至第二表面202处于第一表面201之上。

接着，启动第二补锂机构60、第二检测机构70、第二贴标机构80。所述负极片200通过牵引辊13进入第二补锂机构60对第二表面202进行补锂并压实，同时挤压负极片200运动至第二检测机构70，以检测负极片200的第二表面202的锂粉是否分布均匀。当第二检测机构70检测到负极片200的第二表面202的锂粉不均匀时，触发第二贴标机构80对负极片200的第二表面202进行贴标。

接着，所述负极片200通过牵引辊13运动至收卷辊12，由收卷辊12将补锂后的负极片200回收。

本发明提供的向锂离子电池负极片连续补锂的装置及方法，实现对负极片的双面均匀补锂，工艺简单，安全可靠，降低了生产成本。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (9)

1.一种向锂离子电池负极片连续补锂的装置，包括牵引机构、沿负极片移动方向依次设置的第一补锂机构、翻转机构以及第二补锂机构；所述牵引机构包括用于放置和牵引负极片的放卷辊、收卷辊以及多个牵引辊；所述放卷辊位于第一补锂机构之前，所述收卷辊位于第二补锂机构之后，所述多个牵引辊分别间隔设于各机构之间；所述第一补锂机构和第二补锂机构均包括用于储存锂粉及洒粉的喂料系统、靠近喂料系统的刮扫辊、间隔设置于喂料系统及刮扫辊底端的第一压制辊、间隔设置于第一压制辊底端的第二压制辊；所述喂料系统靠近第一压制辊用于向第一压制辊的外圆周面供给锂粉，所述刮扫辊将第一压制辊的外圆周面上的锂粉摊平，所述第一压制辊匀速旋转且使锂粉下落至位于第一压制辊与第二压制辊之间的负极片上；所述第一补锂机构和第二补锂机构还包括将喂料系统、刮扫辊及第一压制辊收容在内的壳体；所述翻转机构用于将第一表面处于第二表面之上的负极片翻转至负极片的第二表面处于第一表面之上。

2.如权利要求1所述的向锂离子电池负极片连续补锂的装置，其特征在于：所述刮扫辊、第一压制辊、第二压制辊均呈具有轴心的圆柱状，以它们的轴心相互平行且水平设置。

3.如权利要求2所述的向锂离子电池负极片连续补锂的装置，其特征在于：所述刮扫辊与第一压制辊的旋转方向相反，所述第一压制辊和第二压制辊的大小相同，第一压制辊及第二压制辊之间间隔设置且旋转方向相反，以压制负极片上的锂粉。

4.如权利要求3所述的向锂离子电池负极片连续补锂的装置，其特征在于：所述刮扫辊可沿轴心方向振动。

5.如权利要求1所述的向锂离子电池负极片连续补锂的装置，其特征在于：所述壳体的下端靠近刮扫辊的一侧设有挡板，所述壳体背离刮扫辊一侧的下端形成回收室。

6.如权利要求1所述的向锂离子电池负极片连续补锂的装置，其特征在于：还包括依次设置于第一补锂机构和翻转机构之间的第一检测机构、第一贴标机构以及依次设置于第二补锂机构和收卷辊之间的第二检测机构、第二贴标机构；所述第一检测机构和第一贴标机构电性连接，所述第二检测机构和第二贴标机构电性连接。

7.如权利要求1所述的向锂离子电池负极片连续补锂的装置，其特征在于：所述放卷辊、收卷辊位于翻转机构的同一侧，所述翻转机构与所述负极片的第二表面接触；所述第一补锂机构位于放卷辊与翻转机构之间，且第一补锂机构的第一压制辊与负极片的第一表面接触，第一补锂机构的第二压制辊与负极片的第二表面接触；所述第二补锂机构位于收卷辊与翻转机构之间，且第二补锂机构的第一压制辊与负极片的第二表面接触，第二补锂机构的第二压制辊与负极片的第一表面接触；所述多个牵引辊其中一部分与负极片的第一表面接触，另一部分与负极片的第二表面接触。

8.一种向锂离子电池负极片连续补锂的方法，其特征在于，包括：

第一步，负极片从放卷辊处上料，将锂粉补充至第一补锂机构和第二补锂机构中的喂料系统中；

第二步，负极片被牵引辊带入第一补锂机构中，第一补锂机构对负极片的第一表面进行补锂并压实，同时挤压负极片运动至第一检测机构和第一贴标机构，以检测负极片的第一表面的锂粉是否分布均匀；

第三步，负极片通过牵引辊进入翻转机构被翻转至第二表面处于第一表面之上，负极片通过牵引辊进入第二补锂机构对第二表面进行补锂并压实，同时挤压负极片运动至第二检测机构和第二贴标机构，以检测负极片的第二表面的锂粉是否分布均匀，接着负极片通过牵引辊运动至收卷辊进行回收。

9.如权利要求8所述的向锂离子电池负极片连续补锂的方法，其特征在于：所述第一检测机构及第二检测机构检测到所述锂粉分散不均匀时，通过电信号分别触发第一贴标机构及第二贴标机构启动，对不均匀处进行标记。