CN110993893B

CN110993893B - 基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法及表面处理装置

Info

Publication number: CN110993893B
Application number: CN201911089687.XA
Authority: CN
Inventors: 徐嘉琪
Original assignee: Yangzhou Polytechnic Institute
Current assignee: Shenzhen Hongyue Enterprise Management Consulting Co ltd; Zhuhai Chenyu New Material Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2039-11-08
Also published as: CN110993893A

Abstract

本发明公开一种基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法及表面处理装置，本发明相较于传统的极片制备工艺，在极片的浆料层表面形成有一层高分子层，一方面能够提升浆料层的强度，避免浆料层出现掉粉的现象，从而提升电池的循环使用寿命，减少电路短路与微短路的几率，提升了电池的安全性，同时该高分子膜具有良好的的膜通量、吸附能力和较强的渗透选择性，从而改善电池极片的综合性能。本发明通过将极片加入储液环槽中进行处理，从而在极片的浆料层表面形成一层均匀的水膜，然后再将极片输入传输室中，在极片的表面形成一层蜂窝网状的高分子自组装薄膜，整个过程均通过表面处理装置自动完成，提升了表面处理的效率。

Description

基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法及表面处理装置

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体的，涉及一种基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法及表面处理装置。

背景技术

锂电池是一种高能量密度的二次电池，锂电池的主要组成包括正负极、隔膜与电解液，这四个组成达到了锂电池成本的80％，其中正负极是将正极浆料或负极浆料涂覆在极片上干燥后收卷制成，但是在现有技术中，由于正极浆料或负极浆料与极片的结合效果并不理想，在实际使用过程中，极片上的浆料会出现掉粉的现象，从而导致电池容易出现短路或微短路的现象，大大降低了电池的安全性，而且由于锂电池的隔膜厚度较薄，因此短路与微短路对电池的安全性影响更加严重。

在现有技术中，有通过在浆料表面形成一层薄膜，实现对电极浆料的保护，虽然能够起到良好的固定浆料的效果，但是由于薄膜的膜通量、吸附能力等效果较差，降低了锂电池的充放电效率，因此实际应用中存在较大的缺陷，如何提供浆料层吸附稳定性，并不影响极片的正常工作，为了解决这一问题，本发明提供了以下技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法及表面处理装置。

本发明需要解决的技术问题为：

1、在现有技术中，极片上的浆料由于吸附能力不足会出现掉粉的现象，从而导致电池容易出现短路或微短路的现象，大大降低了电池的安全性，而且由于锂电池的隔膜厚度较薄，因此短路与微短路对电池的安全性影响更加严重，虽然有通过在浆料表面形成一层薄膜，实现对电极浆料的保护的方法，但是由于薄膜的膜通量、吸附能力等效果较差，降低了锂电池的充放电效率，因此实际应用中存在较大的缺陷。

2、极片的表面处理主要是半自动化进行一保证表面处理结果，但是这样大大降低了工作效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法，包括如下步骤：

步骤一、对极片进行涂布分切工序，具体包括极片涂布、极片辊压、极片分切与极片干燥，在极片的表面形成一层均匀的浆料层；

步骤二、将经过上一步骤处理得到的极片经过储液环槽，在极片的表面形成一层浸渍液膜，然后再将有浸渍液膜的极片传输进入传输室中，调节传输室内输入的高湿度氮气的相对湿度为60％-85％，高湿度氮气的温度为40℃-45℃；

步骤三、开启喷气头喷出温度为40℃-45℃的干燥氮气，对传输室出口处的极片进行吹拂，干燥后的极片通过转盘进行收卷。

作为本发明的进一步方案，所述浸渍液的制备方法为：

S1、制备低分子量水溶性酚醛树脂；

S2、将嵌段共聚物加入乙醇与三氯甲烷的混合溶液中，搅拌或超声溶解后得到成膜基液，其中嵌段共聚物与混合溶液的质量比为2-10:100；

S3、将成膜基液、低分子量水溶性酚醛树脂以及醋酸镍按照重量比为1:0.2-1:0.01-0.05均匀混合后，得到浸渍液。

作为本发明的进一步方案，包括基座与加热装置，所述基座上固定安装有储液环槽、传输室与转盘，转盘上设置有喷气头，传输室的出口处设置有工业摄像机；

所述储液环槽中心设置有送料筒，送料筒的外壁上设置有浸渍入口与浸渍出口，浸渍入口与浸渍出口，浸渍入口与浸渍出口为软质橡胶材料制成，当极片通过浸渍入口与浸渍出口时，极片与浸渍入口、浸渍出口均为过盈连接，送料筒内设置有经过涂布分切工序的极片，储液环槽中设置有浸渍液，极片自浸渍入口进入储液环槽中，储液环槽中还设置有多组对辊；

所述传输室为两端开口的筒状结构，所述浸渍出口与传输室的进料一端连通，所述传输室的出料一端还设置有进风口，传输室的进料一端设置有出风口，进风口通过管道与加热装置的出气口接通，所述加热装置用于对高湿度氮气进行加热并将其排至传输室中，加热装置输入的高湿度氮气的相对湿度为60％-85％，高湿度氮气的温度为40℃-45℃；

所述转盘的底部连接有步进电机，步进电机驱动转盘转动，转盘上环形阵列分布有若干导柱，自传输室输送出来的极片以环形阵列分布的若干导柱为中心进行环绕。

作为本发明的进一步方案，所述工业摄像机每隔设定时间T拍摄传输室出口处的极片的照片并将其传输至控制系统，并通过控制系统对极片的表面状态进行分析。

作为本发明的进一步方案，所述喷气头连接有微型气缸，微型气缸固定设置在固定板上，固定板通过连接块连接有机械手，通过机械手与微型气缸的驱动调节，对喷气头的出气口位置进行调节，喷气头喷出温度为40℃-45℃的干燥氮气。

本发明的有益效果：

1、本发明相较于传统的极片制备工艺，在极片的浆料层的表面形成有一层高分子层，一方面能够提升浆料层的强度，避免浆料层出现掉粉的现象，从而提升电池的循环使用寿命，减少电路短路与微短路的几率，提升了电池的安全性，同时该高分子膜具有良好的的膜通量、吸附能力和较强的渗透选择性，从而改善电池极片的综合性能。

2、本发明通过将极片加入储液环槽中进行处理，从而在极片的浆料层表面形成一层均匀的水膜，然后再将极片输入传输室中，通过具有一定温度的高湿氮气吹拂极片表面，加速极片表面浸渍液的挥发，从而在极片的表面形成一层蜂窝网状的高分子自组装薄膜，最后再通过转盘对极片进行收卷，采用环形阵列分布的若干导柱作为中心进行卷绕，同时通过喷气头对收卷的极片进行吹拂，以进一步干燥极片，整个过程均通过表面处理装置自动完成，提升了表面处理的效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1为表面处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法，包括如下步骤；

步骤二、将经过上一步骤处理得到的极片经过储液环槽3，在极片的表面形成一层浸渍液膜，然后再将有浸渍液膜的极片传输进入传输室5中，调节传输室5内输入的高湿度氮气的相对湿度为60％-85％，高湿度氮气的温度为40℃-45℃，促进极片表面的浸渍液膜的挥发干燥；

步骤三、开启喷气头8喷出温度为40℃-45℃的干燥氮气，对传输室出口处的极片进行吹拂，进一步对极片进行干燥，干燥后的极片通过转盘7进行收卷。

所述浸渍液的制备方法为：

S1、制备低分子量水溶性酚醛树脂；

低分子量水溶性酚醛树脂是一种以甲醛与苯酚为原料制备得到的具有水溶性的酚醛树脂，其制备方法为成熟的公知技术，因此在本发明说明书不再对其做纤细描述；

当浸渍液在极片的表面形成一层水膜之后，通过40℃-45℃的高湿度气体对极片进行吹拂，促进极片表面的浸渍液中三氯甲烷与乙醇混合溶液的挥发，在极片的浆料层表面形成一层高分子膜。

所述锂电池极片的表面处理装置，如图1所示，包括基座1与加热装置2，所述基座1上固定安装有储液环槽3、传输室5与转盘7，转盘7上设置有喷气头8，传输室5的出口处设置有工业摄像机6；

所述储液环槽3中心设置有送料筒4，送料筒4的外壁上设置有浸渍入口41与浸渍出口42，浸渍入口41与浸渍出口42，浸渍入口41与浸渍出口42为软质橡胶材料制成，当极片通过浸渍入口41与浸渍出口42时，极片与浸渍入口41、浸渍出口42均为过盈连接，送料筒4内设置有经过涂布分切工序的极片，储液环槽3中设置有浸渍液，极片自浸渍入口41进入储液环槽3中，储液环槽3中还设置有多组对辊31，对辊31能够引导极片转移纸浸渍出口，同时当极片在储液环槽3中运行时，对辊能够对极片的两面起到挤压作用，避免极片表面的部分位置由于气泡不能接触到浸渍液的情况；

所述传输室5为两端开口的筒状结构，所述浸渍出口42与传输室5的进料一端连通，所述传输室5的出料一端还设置有进风口，传输室5的进料一端设置有出风口，进风口通过管道与加热装置2的出气口接通，所述加热装置用于对高湿度氮气进行加热并将其排至传输室5中，加热装置输入的高湿度氮气的相对湿度为60％-85％，高湿度氮气的温度为40℃-45℃，高湿度的加热空气对传输室5中的极片表面进行加热，促进极片表面的浸渍液的干燥挥发，从而加速成膜；

以具有一定温度的高湿度氮气吹拂极片表面，加速浸渍液中有机溶剂的快速挥发，水汽凝结在极片表面后也快速挥发，从而在极片的浆料层表面形成一层蜂窝网状的高分子层；

所述工业摄像机6每隔设定时间T拍摄传输室5出口处的极片的照片并将其传输至控制系统，通过系统自动或工作人员对极片的表面状态进行分析；

所述转盘7的底部连接有步进电机72，步进电机72驱动转盘7转动，转盘7上环形阵列分布有若干导柱71，自传输室输送出来的极片以环形阵列分布的若干导柱71为中心进行环绕；

所述喷气头8连接有微型气缸82，微型气缸82固定设置在固定板81上，固定板81通过连接块83连接有机械手，通过机械手与微型气缸82的驱动调节，对喷气头8的出气口位置进行调节，喷气头8喷出气体，进一步对极片表面进行干燥。

首先将极片加入储液环槽中进行处理，从而在极片的浆料层表面形成一层均匀的水膜，然后再将极片输入传输室中，通过具有一定温度的高湿氮气吹拂极片表面，加速极片表面浸渍液的挥发，从而在极片的表面形成一层蜂窝网状的高分子自组装薄膜，最后再通过转盘对极片进行收卷，采用环形阵列分布的若干导柱作为中心进行卷绕，同时通过喷气头对收卷的极片进行吹拂，以进一步干燥极片，整个过程均通过表面处理装置自动完成，提升了表面处理的效率。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤二、将经过上一步骤处理得到的极片经过表面处理装置的储液环槽（3)，在极片的表面形成一层浸渍液膜，然后再将有浸渍液膜的极片传输进入传输室（5)中，调节传输室（5)内输入的高湿度氮气的相对湿度为60%-85%，高湿度氮气的温度为40℃-45℃；

步骤三、开启喷气头（8)喷出温度为40℃-45℃的干燥氮气，对传输室出口处的极片进行吹拂，干燥后的极片通过转盘（7)进行收卷；

所述浸渍液的制备方法为：

S1、制备低分子量水溶性酚醛树脂；

2.根据权利要求1所述的一种基于功能高分子膜的锂电池极片制备方法使用的表面处理装置，其特征在于，所述表面处理装置，包括基座（1)与加热装置（2)，所述基座（1)上固定安装有储液环槽（3)、传输室（5)与转盘（7)，转盘（7)上方设置有喷气头（8)，传输室（5)的出口处设置有工业摄像机（6)；

所述储液环槽（3)中心设置有送料筒（4)，送料筒（4)的外壁上设置有浸渍入口（41)与浸渍出口（42)，浸渍入口（41)与浸渍出口（42)为软质橡胶材料制成，当极片通过浸渍入口（41)与浸渍出口（42)时，极片与浸渍入口（41)、浸渍出口（42)均为过盈连接，送料筒（4)内设置有经过涂布分切工序的极片，储液环槽（3)中设置有浸渍液，极片自浸渍入口（41)进入储液环槽（3)中，储液环槽（3)中还设置有多组对辊（31)；

所述传输室（5)为两端开口的筒状结构，所述浸渍出口（42)与传输室（5)的进料一端连通，所述传输室（5)的出料一端还设置有进风口，传输室（5)的进料一端设置有出风口，进风口通过管道与加热装置（2)的出气口接通，所述加热装置用于对高湿度氮气进行加热并将其排至传输室（5)中，加热装置输入的高湿度氮气的相对湿度为60%-85%，高湿度氮气的温度为40℃-45℃；

所述转盘（7)的底部连接有步进电机（72)，步进电机（72)驱动转盘（7)转动，转盘（7)上环形阵列分布有若干导柱（71)，自传输室输送出来的极片以环形阵列分布的若干导柱（71)为中心进行环绕。

3.根据权利要求2所述的表面处理装置，其特征在于，所述工业摄像机（6)每隔设定时间T拍摄传输室（5)出口处的极片的照片并将其传输至控制系统，并通过控制系统对极片的表面状态进行分析。

4.根据权利要求2所述的表面处理装置，其特征在于，所述喷气头（8)连接有微型气缸（82)，微型气缸（82)固定设置在固定板（81)上，固定板（81)通过连接块（83)连接有机械手，通过机械手与微型气缸（82)的驱动调节，对喷气头（8)的出气口位置进行调节，喷气头（8)喷出温度为40℃-45℃的干燥氮气。