CN110265623A - 一种极片补锂装置及其补锂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种极片补锂装置及其补锂方法，包括依次设置的放卷真空腔、补锂真空腔、收卷真空腔及加热装置，所述补锂真空腔与放卷真空腔及收卷真空腔的连接处设有相互连通的阀门，所述补锂真空腔内设有液态锂池，所述液态锂池通过管道与加热装置连通，所述液态锂池的下侧面设有加热装置。本发明所述的极片补锂装置及其补锂方法，使锂的利用率接近100%，由于锂源是在真空外进行补充，真空环境可以始终保持真空状态并持续的运转，极大的提高了生产效率。其中，补锂区域始终处于真空环境无需人工处理，也极大的提高了设备的安全性，由于液态锂的液面高度始终保持一致，其均匀性也得到了保证。

Description

一种极片补锂装置及其补锂方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池补锂技术领域，具体涉及一种极片补锂装置及其补锂方法。
背景技术
通过在高容量低首效的负极极片（如硅负极、硅碳负极、锡碳负极）表面补充锂元素，可以有效地提升含有该负极的锂离子电池首次效率并改善循环性能。
从电池设计的角度来说，所需的锂量非常之少，有采用将锂带压成非常薄的锂箔的方式再与极片复合的方式进行补锂（专利CN 105489846 A），该方法需要采用基带保护锂带，将锂带压延至基带上，再从基带转印至电池极片上，该过程工艺较为复杂，而且难以控制精度。而采用蒸发镀锂的方式时（CN107177820 A），虽然工艺相较于锂箔与负极直接复合的方法简单，而且在补锂均匀性上有了相应的改善。但是目前该方法也存在如下三个问题：
一、由于蒸发镀膜时，气态的锂的运动是不可控的，这就无法避免蒸空环境的内壁上沉积上多余的锂，降低的锂的利用率。因沉积在壁上的锂为纳米形态，极容易燃烧，所以内壁上沉积的锂必须进行开腔清除，不仅降低了生产效率，更重要的是，存在极大的安全隐患。
二、锂源在用完时需进行开腔补充新的锂源进行加热汽化。这就需要将环境破真空并进行冷却后才可进行锂源的补充，这是极其耗时的过程，导致其生产效率低，限制了其进一步的应用。
三、随着锂源的逐渐消耗，锂源距离极片离越来越远，将导致锂层厚度和之前的存在一定的差别，产生了不一致性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种极片补锂装置及其补锂方法，在真空外进行补充锂，安全性较好，不仅提高了生产效率，其补锂均匀性也得到了保证。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种极片补锂装置，其特征在于：包括依次设置的放卷真空腔、补锂真空腔、收卷真空腔及加热装置，所述补锂真空腔与放卷真空腔及收卷真空腔的连接处设有相互连通的阀门，所述补锂真空腔内设有液态锂池，所述液态锂池通过管道与加热装置连通，所述液态锂池的下侧面设有加热装置。
上述方案中，所述放卷真空腔及收卷真空腔内均设有用于卷绕极片电池的卷辊，所述补锂真空腔内设有与所述卷辊相配合的背辊。
进一步的，所述加热装置为电阻加热模块。
在补锂过程中因温度较高，为了使气化后多于的锂被液化，在补锂真空腔内设有冷却装置。
上述方案中，所述放卷真空腔、补锂真空腔及收卷真空腔的真空度为5×10-4pa～1×10-5pa。
一种极片补锂方法，包括以下步骤：
（1）将锂加热融化成液态；所述锂为锂锭、锂块、锂条或锂棒；所述锂加热的温度为180～250℃。
（2）将液态锂通过管道输送到位于真空环境中的液态锂池中；
（3）在真空环境下，将极片运输至液态锂池的正上方，将锂进行加热汽化并沉积到极片上，加热环境内壁上沉积的液化锂回流到液态锂池中。
上述方案中，步骤（2）中，所述液态锂池中液态锂的液位高度为1mm～20mm。
上述方案中，步骤（3）中，所述加热汽化采用电子束、电阻加热、感应加热进行液态锂的加热汽化，其加热温度为600~900℃。
由上述技术方案可知，本发明所述的极片补锂装置及其补锂方法，真空环境的壁上没有沉积的锂，使锂的利用率接近100%。由于锂源是在真空外进行补充，真空环境可以始终保持真空状态并持续的运转，极大的提高了生产效率。其中，补锂区域始终处于真空环境无需人工处理，也极大的提高了设备的安全性，由于液态锂的液面高度始终保持一致，其均匀性也得到了保证。
附图说明
图1是本发明补锂装置的第一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明补锂装置的第二种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1
图1是卷对卷的形式的极片补锂的方式，如图1所示，极片补锂装置包括依次设置的放卷真空腔1、补锂真空腔2、收卷真空腔3及加热装置9，该补锂真空腔2与放卷真空腔1及收卷真空腔3的连接处设有相互连通的阀门11，补锂真空腔2内设有液态锂池21，液态锂池21通过管道8与加热装置9连通，液态锂池21的下侧面设有加热装置22。在放卷真空腔1及收卷真空腔3内均设有用于卷绕极片7电池的卷辊4，补锂真空腔2内设有与该卷辊4相配合的背辊6。
本实施例的待加热锂源选择锂锭，可以根据加热装置9的尺寸来定制，在成本上有一定的优势，加热锂锭的温度设置为180℃，同时，将卷辊4放置于放卷蒸空腔1中，并穿带通过补锂真空腔2，附着于收卷真空腔3中。关闭腔室后抽真空，放卷蒸空腔1、补锂真空腔2、收卷真空腔3的真空度分别需要达到10-2pa、5×10-4pa、10-2pa。当真空度达到设定值，同时，锂锭完全融化成液态后，将液态锂10通过管道8转移到液态锂池21中。保持液态锂池21的液位在10mm，通过电阻加热模块22，设定温度800℃，进一步将液态锂汽化，当锂汽化后，位于液态锂池21正上方的极片7则会沉积上锂层，此时开始进行走带，根据走带速度的不同，可沉积不同厚度的锂层。这里，优选走带速度为10m/min，相应的锂层厚度为3μm。
同时，由于锂汽化会带来大量的热量，需要将锂沉积的同时，将热量带走，背辊6所起的作用正是将热量带走，具体实施时，背辊6连接有冷却装置，可通过液化进行冷凝。补锂后的极片7走带至收卷真空腔体3后，收卷。当全部的极卷接近完成补锂后，需要将走带速度降至0m/min。同时关闭补锂真空腔2的阀门11使补锂真空腔2始终处于真空及高温状态，此时极片7仍悬挂于放卷真空腔2到收卷真空腔3之间，否则将无法实现补锂真空的恒真空状态（需要穿带）。换上新的极卷。而沉积的壁上的锂层，在更换新极卷的时候加热至200℃进行液化，液态锂将回流至液态锂池21中。
实施例2
如图2所示，片材极片的极片补锂方法基本和卷材极片的类似。
如图2所示，极片补锂装置包括依次设置的放卷真空腔1、补锂真空腔2、收卷真空腔3及加热装置9，该补锂真空腔2与放卷真空腔1及收卷真空腔3的连接处设有相互连通的阀门11，补锂真空腔2内设有液态锂池21，液态锂池21通过管道8与加热装置9连通，液态锂池21的下侧面设有加热装置22。为了方便极片的转接，可以采用传送带进行传输，具体传输方式可根据实际情况设定。
待加热锂源这里选择锂锭，可以根据加热装置7的尺寸来定制，在成本上有一定的优势，加热锂锭的温度设置为180℃，同时，将极片7放置于等待真空腔1，关闭腔室后抽真空，放卷蒸空腔1、补锂真空腔2、收卷真空腔3的真空度分别需要达到10-2pa、5×10-4pa、10-2pa。当真空度达到设定值，同时，锂锭完全融化成液态后，将液态锂10通过管道8转移到液态锂池中。保持液态锂池3的液位在10mm，通过电阻加热模块4，设定温度800℃，进一步将液态锂汽化，当锂汽化后，位于液态锂池3正上方的极片7则会沉积上锂层，此时开始进行记时，根据沉积时间的长短，可沉积不同厚度的锂层。这里，优选沉积时间为5min，沉积的锂层厚度为5μm。
由于锂汽化会带来大量的热量，需要将锂沉积的同时，将热量带走，背部模块6所起的作用正是将热量带走，可选择冷却装置，补锂完成后，极片7将被转移至真空腔3。当全部的负极片7完成补锂后，补锂真空腔的阀门11使补锂真空腔3始终处于真空及高温状态，将补锂完成的极片7取出，再放置于真空腔1中，并使为补锂测处于下方进行极片另外一面的补锂。而沉积的壁上的锂层，在更换新极卷的时候加热至200℃进行液化，液态锂将回流至液态锂池21中。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种极片补锂装置，其特征在于：包括依次设置的放卷真空腔、补锂真空腔、收卷真空腔及加热装置，所述补锂真空腔与放卷真空腔及收卷真空腔的连接处设有相互连通的阀门，所述补锂真空腔内设有液态锂池，所述液态锂池通过管道与加热装置连通，所述液态锂池的下侧面设有加热装置。
2.根据权利要求1所述的极片补锂装置，其特征在于：所述放卷真空腔及收卷真空腔内均设有用于卷绕极片电池的卷辊，所述补锂真空腔内设有与所述卷辊相配合的背辊。
3.根据权利要求1所述的极片补锂装置，其特征在于：所述加热装置为电阻加热模块。
4.根据权利要求1所述的极片补锂装置，其特征在于：所述补锂真空腔内设有冷却装置。
5.根据权利要求1所述的极片补锂装置，其特征在于：所述放卷真空腔、补锂真空腔及收卷真空腔的真空度为5×10-4pa～1×10-5pa。
6.一种极片补锂方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将锂加热融化成液态；
（2）将液态锂通过管道输送到位于真空环境中的液态锂池中；
（3）在真空环境下，将极片运输至液态锂池的正上方，将锂进行加热汽化并沉积到极片上，加热环境内壁上沉积的液化锂回流到液态锂池中。
7.根据权利要求6所述的极片补锂方法，其特征在于：步骤（1）中，所述锂为锂锭、锂块、锂条或锂棒。
8.根据权利要求6所述的极片补锂方法，其特征在于：步骤（1）中，所述锂加热的温度为180～250℃。
9.根据权利要求6所述的极片补锂方法，其特征在于：步骤（2）中，所述液态锂池中液态锂的液位高度为1mm～20mm。
10.根据权利要求6所述的极片补锂方法，其特征在于：步骤（3）中，所述加热汽化采用电子束、电阻加热、感应加热进行液态锂的加热汽化，其加热温度为600~900℃。
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