CN110029313B - 一种负极卷绕镀锂系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种负极卷绕镀锂系统，包括：真空系统，包括真空室、通气泵和真空泵，卷绕车系统包括轨道和车架；卷绕系统，包括安装在车架上的放卷辊、冷辊和收卷辊；卷绕系统，包括安装在车架上的放卷辊、冷辊和收卷辊；及冷却系统，包括冷源端和吸热端。由于卷绕车系统可将卷绕系统推入真空室中进行蒸镀镀锂，可实现大规模生产；整个蒸镀系统位于真空室中，并且真空室连接有通气泵和真空泵，分别用于导入惰性气体和进行抽真空，惰性气体和高真空环境可防止纯锂发生反应，保证了镀锂的稳定性；卷绕系统带动负极片依次循环镀锂，并且通过将纯锂高温蒸发附着到负极片上，镀锂的均匀性好。

Description

一种负极卷绕镀锂系统

技术领域

本申请涉及锂电池生产制造设备，具体涉及一种负极卷绕镀锂系统。

背景技术

新能源汽车市场的快速发展，对动力电池的安全，一致性，高效和低成本制造提出更高的要求；同时续航里程已成为新能源汽车消费购买关注的焦点。

动力电池能量密度的不断提升，现有负极材料的克容量和压实密度已经到极限值。碳硅材料的使用将是未来一段时间的热点，与此同时，硅碳材料的使用将是未来一段时间的热点。与此同时，硅碳材料的首次充放电效率低，膨胀大，长循环会带来材料粉化，以及与相关电解液、胶的匹配问题，始终困扰着相关的科研人员。镀锂、预锂化等技术越来越受到广大科研人员的关注，并且在相关领域已经有一些进展。现有技术的方案如下：

1)密闭空间里撒锂粉，喷洒完后打开挡板和直流电源，在震动和电厂作用下锂粉均匀的喷洒在负极表面；通过控制走带速度来控制镀锂的量，再次通过辊压将锂粉和负极压在一起。

2)先将锂粉溶解于有机溶剂中，所述有机溶剂为联苯和二甲基乙烷中的至少一种；再将有机锂溶液喷洒或滴加于负极片表面；再次在惰性气氛中，将负极片浸泡在有机锂溶液中，使有机锂溶液中的锂离子被还原成金属锂并嵌入负极片中，然后干燥负极片，完成镀锂。通过喷洒，浸泡时间，溶液浓度来控制镀锂量。

现有技术的缺点是锂粉轻，比表面积较大，镀锂后负极表面厚度均匀性差，锂涂层附着力差，难以大规模生产应用于实际生产中。另外锂化学性质活泼，易燃烧，负极片涂覆锂时，易污染，对电芯有很严重的破坏。

发明内容

本申请提供一种镀锂均匀好、附着稳定及可规模生产的负极卷绕镀锂系统。

一种实施例中提供一种负极卷绕镀锂系统，包括：

真空系统，包括真空室、通气泵和真空泵，真空室设有可开合的密封门，通气泵和真空泵分别与真空室联通，通气泵用于将惰性气体充入真空室内，真空泵用于将真空室抽成真空；

卷绕车系统，包括轨道和车架，轨道延伸至真空室内，车架可移动的安装在轨道上，车架可整体移动至真空室内；

卷绕系统，包括安装在车架上的放卷辊、冷辊和收卷辊，冷辊位于中间，放卷辊和收卷辊位于冷辊的两侧；

蒸镀系统，包括安装在真空室内的加热器和坩埚，加热器的加热端面向坩埚设置，用于加热坩埚热熔纯锂腚；安装在车架上的冷辊可移动至坩埚的上方进行蒸镀镀锂；及

冷却系统，包括冷源端和吸热端，冷源端安装在车架上，吸热端安装在冷辊内。

进一步地，真空泵包括第一真空泵和第二真空泵，第一真空泵用于抽粗真空，第二真空泵用于抽高真空。

进一步地，卷绕系统还包括过渡辊和张紧辊，过渡辊和张紧辊安装在放卷辊和冷辊之间，及安装在冷辊和收卷辊之间，用于改变传送的方向和张紧传送的负极片。

进一步地，过渡辊和张紧辊还安装在放卷辊和收卷辊之间，形成循环传送负极片。

进一步地，加热器为电子枪。

进一步地，冷却系统包括水源、水管和循环泵，水源作为冷源端，安装在车架上，水管通过循环泵与水源连接形成循环回路，水管的部分延伸至冷辊内，位于冷辊内的水管作为吸热端，循环泵安装在车架或冷辊上。

进一步地，真空室包括相互联通上腔室和下腔室，卷绕车可驱动卷绕系统移动至上腔室，蒸镀系统安装在下腔室的下端，通气泵和真空泵与下腔室联通。

进一步地，上腔室和下腔室之间设有可开闭的挡板。

一种实施例中，上腔室的两侧安装有高压阀门。

一种实施例中，负极卷绕镀锂系统还包括机架，真空系统、卷绕车系统、卷绕系统、蒸镀系统和冷却系统均安装在机架上。

依据上述实施例的负极卷绕镀锂系统，由于卷绕车系统可将卷绕系统推入真空室中进行蒸镀镀锂，可实现大规模生产；整个蒸镀系统位于真空室中，并且真空室连接有通气泵和真空泵，分别用于导入惰性气体和进行抽真空，惰性气体和高真空环境可防止纯锂发生反应，保证了镀锂的稳定性；卷绕系统带动负极片依次循环镀锂，并且通过将纯锂高温蒸发附着到负极片上，镀锂的均匀性好。

附图说明

图1为一种实施例中负极卷绕镀锂系统的结构示意图；

图2为一种实施例中负极卷绕镀锂方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种负极卷绕镀锂系统，本负极卷绕镀锂系统包括真空系统10、卷绕车系统20、卷绕系统30、蒸镀系统40和冷却系统50。

真空系统10包括真空室11、通气泵12和真空泵13，真空室11上设有可开闭的密封门14，密封门14关闭后，真空室11为一个封闭的腔体，可进行抽真空处理，卷绕系统30可通过密封门14进出真空室11。通气泵12和真空泵13通过管道与真空室11联通，通气泵12与惰性气源连接，用于将惰性气体排入到真空室内，例如排入氩气。

真空泵13用于对真空室进行抽真空处理，为了更好的控制真空室11内的压力，真空泵13包括第一真空泵131和第二真空泵132，第一真空泵131为抽粗真空泵，用于让真空室11的真空压力低于10Pa，第二真空泵132为抽高真空泵，用于让真空室11的真空压力低于5×10^-3Pa，第一真空泵131和第二真空泵132用于蒸镀镀锂的不同步骤中对真空室11抽真空。

本实施例中，真空室11分为上下两部分，包括上腔室111和下腔室112，上腔室111大于下腔室112，上腔室111和下腔室112相互联通，上腔室111和下腔室112之间设有可开闭的挡板。密封门14安装在上腔室111上，通气泵12和真空泵13与下腔室112联通。

卷绕车系统20包括轨道21和车架22，轨道21的一端延伸至真空室11的上腔室111内，车架22可移动的安装在轨道21上，驱动装置可安装在轨道21、车架22或机架上，驱动装置为现有技术中常规的直线驱动装置，例如电机、齿轮和齿条的组合，或电机、传送轮和传送带的组合等，驱动装置可驱动车架22移动至上腔室111内。

整个卷绕系统30安装在车架22上，卷绕系统30包括放卷辊31、冷辊32和收卷辊32，冷辊32位于中间偏下的位置，放卷辊31和收卷辊32位于冷辊32的两侧偏上的位置，冷辊32的辊筒直径大于放卷辊31和收卷辊32，放卷辊31放出的负极片60传送至冷辊32上，再传送至收卷辊32上，其中负极片60围绕在冷辊32的下端表面，下端表面朝向下腔室112，可进行镀锂。负极片60也可从收卷辊32再次传送到放卷辊31上，形成循环传送。

为了提高负极片60的传送稳定性，卷绕系统30还包括过渡辊34和张紧辊35，过渡辊34和张紧辊35安装在放卷辊31和冷辊32之间，及安装在冷辊32和收卷辊32之间，甚至可以安装在放卷辊31和收卷辊32之间。张紧辊35为可调节的辊轮，可调节张紧辊35与过渡辊34之间的间距，张紧辊35使得负极片60在张紧的状态下传送，使得负极片60能够更为稳定的匀速传送，过渡辊34用于配合张紧辊35张紧，及改变传送的方向。

整个蒸镀系统40安装在真空室11的下腔室112内，蒸镀系统40包括加热器41和坩埚42，加热器41为电子枪等电加热装置，加热器41的加热端朝向坩埚42设置，坩埚42位于中间，坩埚42为用于融化金属物质的容器。当坩埚42开口端放置有纯锂腚43后，加热器41对坩埚42进行加热，纯锂腚43将先融化到坩埚42内，再高温朝上蒸发。冷辊32移动至上腔室111后，位于坩埚42的正上方，将上腔室111和下腔室112之间的挡板打开后，高温蒸发的锂将附着到冷辊32下端的负极片60上，实现蒸发镀锂。

冷却系统50包括水源51、水管52和循环泵53，水源51作为冷却系统50的冷源端，用于提供低温水，水管52与水源51连接形成一个循环的回路，水管52的部分延伸至冷辊32内，循环泵53安装在水源51和水管52之间，循环泵53用于驱动低温水通过水管52流到冷辊32内，低温水经过冷辊32后，将吸收冷辊32的热量变成高温水，高温水最后排到水源51内，形成循环冷却。

为了提高冷却效果，水管52在冷辊32沿着螺旋型、S型或W型等非直线走线，近可能的延伸至冷辊32的每个区域，提高吸热区域，以便更为均匀和快速的吸收冷辊52上的热量。

本实施例的负极卷绕镀锂系统，由于卷绕车系统20可将卷绕系统30推入真空室11中进行蒸镀镀锂，可实现大规模生产；整个蒸镀系统40位于真空室11中，并且真空室11连接有通气泵12和真空泵13，分别用于导入惰性气体和进行抽真空，惰性气体和高真空环境可防止纯锂发生反应，保证了镀锂的稳定性；卷绕系统30带动负极片依次循环镀锂，并且通过将纯锂高温蒸发附着到负极片上，镀锂的均匀性好；本负极卷绕镀锂系统的结构也简单，成本低，有着很广大的市场应用前景。

一种实施例中，在上腔室111的两侧安装有高压阀门15，高压阀门15用于排入空气到真空室11内。

一种实施例中，负极卷绕镀锂系统还包括机架70，真空系统10、卷绕车系统20、卷绕系统30、蒸镀系统40和冷却系统50均安装在机架70上。具体的，真空系统10和卷绕车系统20直接安装在机架70上，卷绕系统30、蒸镀系统40和冷却系统50间接安装在机架70上。

一种实施例中，负极卷绕镀锂系统还包括控制系统和检测系统，控制系统包括控制器和显示屏，检测系统包括温度传感器和气压传感器，温度传感器和气压传感器安装在真空室11内，用于检测真空室11内的温度和气压。控制器与真空系统10、卷绕车系统20、蒸镀系统40、冷却系统50和检测系统信号连接，用于控制整个负极卷绕镀锂系统工作，并可通过显示屏设置工艺参数及实时观察工作参数，其中工作参数包括真空室11内的温度值、气压值、各步骤运行时间等。

一种实施例中提供了一种负极卷绕镀锂方法，本负极卷绕镀锂方法基于上述负极卷绕镀锂系统实现。

如图2所示，负极卷绕镀锂方法包括如下步骤：

S01：上料；

将负极片60卷材卷入放卷辊31。

S02：进料；

驱动卷绕车系统20将装有负极片60的卷绕系统30送进真空室11的上腔室111内，并关闭密封门14。

S03：抽真空；

先通过第一真空泵131对真空室11抽粗真空，将真空室11内的真空压力抽至低于10Pa，再通过第二真空泵132对真空室11抽粗真空，将真空室11内的真空压力抽至低于5×10^-3Pa；

S04：蒸发镀锂；

先通过加热器41对坩埚42预融放置在坩埚42上的纯锂腚43，当纯锂腚43融化后，继续加热形成蒸发后，打开挡板，并驱动卷绕系统30带动负极片60卷材传动进行蒸发镀锂。

S05：惰性保护；

镀膜完成后，关闭真空泵13，启动通气泵12将惰性气体氩气充入真空室11内，并且充入氩气至真空气压位10⁵Pa。

S06：退料；

充入氩气维持4个小时后，开启真空室11，驱动卷绕车系统20将装有负极片60的卷绕系统30退出真空室11；再对调整卷材的方向，对卷材的不同面进行镀锂，或者将卷材取出，更换新的卷材。

S07：维护整理；

清洁真空室11，尤其是下腔室112，若纯锂腚43用完了，还需添加新的纯锂腚43。维护整理好后，可进入下一个循环。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种负极卷绕镀锂系统，其特征在于，包括：

真空系统，包括真空室、通气泵和真空泵，所述真空室设有可开合的密封门，所述通气泵和真空泵分别与所述真空室联通，所述通气泵用于将惰性气体充入真空室内，所述真空泵用于将真空室抽成真空；

卷绕车系统，包括轨道和车架，所述轨道延伸至所述真空室内，所述车架可移动的安装在所述轨道上，所述车架可整体移动至所述真空室内；

卷绕系统，包括安装在所述车架上的放卷辊、冷辊和收卷辊，所述冷辊位于中间，所述放卷辊和收卷辊位于所述冷辊的两侧；

蒸镀系统，包括安装在所述真空室内的加热器和坩埚，所述加热器的加热端面向所述坩埚设置，用于加热坩埚热熔纯锂腚；安装在所述车架上的冷辊可移动至所述坩埚的上方进行蒸镀镀锂；及

冷却系统，包括冷源端和吸热端，所述冷源端安装在所述车架上，所述吸热端安装在所述冷辊内。

2.如权利要求1所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述真空泵包括第一真空泵和第二真空泵，所述第一真空泵用于抽粗真空，所述第二真空泵用于抽高真空。

3.如权利要求1所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述卷绕系统还包括过渡辊和张紧辊，所述过渡辊和张紧辊安装在所述放卷辊和冷辊之间，及安装在所述冷辊和收卷辊之间，用于改变传送的方向和张紧传送的负极片。

4.如权利要求3所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述过渡辊和张紧辊还安装在所述放卷辊和收卷辊之间，形成循环传送负极片。

5.如权利要求1所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述加热器为电子枪。

6.如权利要求1所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述冷却系统包括水源、水管和循环泵，所述水源作为冷源端，安装在所述车架上，所述水管通过所述循环泵与所述水源连接形成循环回路，所述水管的部分延伸至所述冷辊内，位于所述冷辊内的水管作为吸热端，所述循环泵安装在车架或冷辊上。

7.如权利要求1所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述真空室包括相互联通上腔室和下腔室，所述卷绕车可驱动所述卷绕系统移动至所述上腔室，所述蒸镀系统安装在所述下腔室的下端，所述通气泵和真空泵与所述下腔室联通。

8.如权利要求7所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述上腔室和下腔室之间设有可开闭的挡板。

9.如权利要求7所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，所述上腔室的两侧安装有高压阀门。

10.如权利要求1至9中任一项所述的负极卷绕镀锂系统，其特征在于，还包括机架，所述真空系统、卷绕车系统、卷绕系统、蒸镀系统和冷却系统均安装在所述机架上。