CN112186132A - 用于极片补锂的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于极片补锂的装置，极片包括集流体以及设置在集流体表面上的活性物质层，集流体表面的未设置活性物质层的部分为空白集流体区，用于极片补锂的装置包括辊压机构、极片提供机构、锂膜提供机构以及隔断物提供机构；辊压机构包括两个压辊；极片提供机构位于辊压机构的上游，用于提供极片；锂膜提供机构位于辊压机构的上游，用于提供锂膜，锂膜包括锂箔；隔断物提供机构位于辊压机构的上游，用于将隔断物提供到空白集流体区的表面上，使锂膜与空白集流体区被隔开，辊压机构用于压延锂膜以及带有隔断物的极片，以使锂膜中的锂箔粘附到活性物质层上。由此，辊压机构用于在压延时，形成的补锂极片的空白集流体区中不会存在锂残留。
Description
技术领域
本发明涉及电化学领域，更具体地涉及一种用于极片补锂的装置。
背景技术
近年来随着电动车的蓬勃发展，对动力电池的能量密度要求越来越严格，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，继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，已采用一些解决方法。
其中一个解决方法采用了一种用于极片补锂的装置，在这种用于极片补锂的装置中，锂膜提供机构用于提供锂膜，锂膜包括转移膜和锂箔，锂箔连续地粘附在转移膜上且面向极片的活性物质层，极片包括集流体以及间断性地设置在集流体表面上的活性物质层。辊压机构用于将锂膜以及极片压延，锂膜中的锂箔间断性地粘附到活性物质层上。然而，在该用于极片补锂的装置中，辊压机构在压延时将锂膜中的连续性的锂箔脱离转移膜、断开并粘附到活性物质层上，锂箔在空白集流体区会存在拖尾现象，造成形成的补锂极片的空白集流体区中存在锂残留。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于极片补锂的装置，用于极片补锂的装置的辊压机构用于在压延时，即使存在拖尾现象，在形成的补锂极片的空白集流体区中也不会存在锂残留。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于极片补锂的装置，极片包括集流体以及设置在集流体表面上的活性物质层，集流体表面的未设置活性物质层的部分为空白集流体区，用于极片补锂的装置包括辊压机构、极片提供机构、锂膜提供机构以及隔断物提供机构；辊压机构包括两个压辊；极片提供机构位于辊压机构的上游，极片提供机构用于向两个压辊之间提供极片；锂膜提供机构位于辊压机构的上游，锂膜提供机构用于提供锂膜，锂膜包括锂箔；隔断物提供机构位于辊压机构的上游，隔断物提供机构用于将隔断物提供到空白集流体区的表面上，使锂膜与空白集流体区被隔开，辊压机构用于压延锂膜以及带有隔断物的极片，以使锂膜中的锂箔粘附到活性物质层上。
在一实施例中，隔断物为隔离膜，隔断物提供机构包括机械手，机械手用于抓取隔离膜并将隔离膜置于空白集流体区的表面上。
在一实施例中，隔断物为隔离膜，用于极片补锂的装置还包括隔断物收取机构，隔断物收取机构位于辊压机构的下游，隔断物收取机构包括机械手，机械手用于抓取置于空白集流体区的表面上的隔离膜。
在一实施例中，隔断物收取机构包括存储盒，存储盒用于存储机械手抓取的与空白集流体区上对应的隔离膜。
在一实施例中，隔断物提供机构为涂布机构，涂布机构用于提供润滑性物质作为隔断物。
在一实施例中，涂布机构为凹版涂布机构、转移涂布机构或挤压涂布机构。
在一实施例中，用于极片补锂的装置还包括隔断物收取机构，，隔断物收取机构位于辊压机构的下游，隔断物收取机构为激光清洁机构、溶剂清洁机构或物理清洁机构。
在一实施例中，物理清洁机构包括清洁辊以及包覆在清洁辊表面上的吸附物。
在一实施例中，锂膜提供机构包括转移膜提供机构、锂带提供机构以及两个轧辊；转移膜提供机构用于向两个轧辊之间提供转移膜，锂带提供机构用于向两个轧辊之间提供锂带，两个轧辊用于轧制锂带以及转移膜，以将锂带轧制成锂箔并使锂箔粘附在转移膜上而形成锂膜。
在一实施例中，锂膜提供机构依据活性物质层设置在集流体的一个或两个表面上而对应地设置为一组或两组。
本发明的有益效果如下：通过隔断物提供机构用于将隔断物提供到空白集流体区的表面上，使锂膜与空白集流体区被隔开，从而在辊压机构用于压延以将锂膜中的锂箔脱离转移膜并粘附到活性物质层上时，即使存在拖尾现象，在空白集流体区中的锂残留(来自锂箔)也会被隔断物隔开从而在形成的补锂极片的空白集流体区中不会存在锂残留。
附图说明
图1是根据本发明的用于极片补锂的装置的第一实施例的示意图。
图2是根据本发明的用于极片补锂的装置的第二实施例的示意图。
图3是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构的第一实施例的示意图。
图4是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构的第二实施例的示意图。
图5是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构的第三实施例的示意图。
图6是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构的第四实施例的示意图。
图7是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物收取机构的第一实施例的示意图。
图8是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物收取机构的第二实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1辊压机构 M1凹版涂布机构
11压辊 M11收容槽
2极片提供机构 M12凹版辊
P0极片 M121凹部
P01集流体 M2转移涂布机构
P02活性物质层 M21刮刀
R空白集流体区 M22转移辊
3锂膜提供机构 M3挤压涂布机构
31转移膜提供机构 M31收容罐
32锂带提供机构 M32螺杆泵
33轧辊 M33涂布头
34辅助膜提供机构 5隔断物收取机构
35辅助膜收取机构 I隔断物
T转移膜 S隔离膜
A辅助膜 51机械手
L0锂带 52存储盒
L1锂箔 53CCD
C锂膜 54计算机
4隔断物提供机构 55清洁辊
41机械手 56吸附物
42存储盒 6转移膜收取机构
43CCD 7补锂极片收取机构
44计算机 P1补锂极片
具体实施方式
附图示出本发明的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本发明。
此外，诸如上、下、左、右、前和后等用于说明实施例中的各构件的操作和构造的指示方向的表述不是绝对的而是相对的，且尽管各构件处于图中所示的位置时这些指示是恰当的，但是当这些位置改变时，这些方向应有不同的解释，以对应所述改变。
图1是根据本发明的用于极片补锂的装置的第一实施例的示意图。图2是根据本发明的用于极片补锂的装置的第二实施例的示意图。图3是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构4的第一实施例的示意图。图4是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构4的第二实施例的示意图。图5是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构4的第三实施例的示意图。图6是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物提供机构4的第四实施例的示意图。图7是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物收取机构5的第一实施例的示意图。图8是根据本发明的用于极片补锂的装置的隔断物收取机构5的第二实施例的示意图。
如图1和图2所示，用于极片补锂的装置包括辊压机构1、极片提供机构2、锂膜提供机构3以及隔断物提供机构4。依据实际情况，用于极片补锂的装置还可包括隔断物收取机构5。依据实际情况，用于极片补锂的装置还可包括转移膜收取机构6。依据实际情况，用于极片补锂的装置还可包括补锂极片收取机构7。其中，极片P0包括集流体P01以及设置在集流体P01表面上的活性物质层P02，集流体P01表面的未设置活性物质层P02的部分为空白集流体区R。在图1和图2中，间断性的活性物质层P02侧面为空白集流体区R，即集流体P01表面上的未设置活性物质层P02的部分。在图1和图2中，活性物质层P02和空白集流体区R交替布置，当然活性物质层P02和空白集流体区R可均仅为一个。在图1和图2中，集流体P01两个表面上的活性物质层P02相对集流体P01对称分布，当然，集流体P01两个表面上的活性物质层P02相对集流体P01也可以不对称分布。当然，活性物质层P02可以设置在集流体P01的仅一个表面上。如图1和图2所示，极片提供机构2可为辊子，从而极片提供机构2将卷料形式的极片P0进行放卷。
辊压机构1包括两个压辊11。
极片提供机构2位于辊压机构1的上游。极片提供机构2用于向两个压辊11之间提供极片P0。
锂膜提供机构3位于辊压机构1的上游。锂膜提供机构3用于提供锂膜C。锂膜C包括锂箔L1。锂膜C还包括转移膜T。锂箔L1连续地粘附在转移膜T上。
锂膜提供机构3包括转移膜提供机构31、锂带提供机构32以及两个轧辊33。依据实际情况，锂膜提供机构3还可包括辅助膜提供机构34。依据实际情况，锂膜提供机构3还可包括辅助膜收取机构35。
转移膜提供机构31用于向两个轧辊33之间提供转移膜T。如图1和图2所示，转移膜提供机构31为辊子，从而转移膜提供机构31用于将卷料形式的转移膜T进行放卷。
锂带提供机构32用于向两个轧辊33之间提供锂带L0。如图1和图2所示，锂带提供机构32为辊子，从而锂带提供机构32用于将卷料形式的锂带L0放卷。
两个轧辊33用于轧制锂带L0以及转移膜T，以将锂带L0轧制成锂箔L1并使锂箔L1粘附在转移膜T上而形成锂膜C。
辅助膜提供机构34用于向两个轧辊33之间提供辅助膜A。在这种情况下，两个轧辊33用于轧制辅助膜A、锂带L0以及转移膜T。在这种情况下，锂箔L1与转移膜T之间的粘接力大于锂箔L1与辅助膜A的粘接力。如图1和图2所示，辅助膜提供机构34为辊子，从而辅助膜提供机构34用于将卷料形式的辅助膜A进行放卷。
辅助膜收取机构35用于收取穿过两个轧辊33之间的辅助膜A，以回收辅助膜A，同时为辅助膜A提供牵引力。如图1和图2所示，辅助膜收取机构35为辊子，从而辅助膜收取机构35用于将辅助膜A收卷。
注意的是，辅助膜提供机构34和辅助膜收取机构35可以省略，此时只需锂箔L1与转移膜T之间的粘接力大于锂箔L1与轧辊33(位于锂箔L1的与转移膜T相反的一侧)的粘接力，即可实现锂箔L1连续性地粘附在转移膜T上而形成锂膜C。
锂膜提供机构3依据活性物质层P02设置在集流体P01的一个或两个表面上而对应地设置为一组或两组。换句话说，当活性物质层P02设置在集流体P01的一个表面上时，锂膜提供机构3设置为一组，针对辊压机构1的两个压辊11的之间的极片P0的一侧，进行极片P0的单面补锂；当活性物质层P02设置在集流体P01的两个表面上时，锂膜提供机构3设置为如图1所示的两组，从而实现极片P0的双面补锂。同样地，在采用转移膜收取机构6的情况下，锂膜提供机构3和转移膜收取机构6依据活性物质层P02设置在集流体P01的一个或两个表面上而对应地设置为一组或两组。
隔断物提供机构4位于辊压机构1的上游。隔断物提供机构4用于将隔断物I提供到空白集流体区R的表面上，使锂膜C与空白集流体区被隔开。优选地，空白集流体区R的整个表面被隔断物I覆盖。
隔断物提供机构4提供的隔断物I可以为多种类型。
在一实施例中，结合图1和图3，隔断物提供机构4提供的隔断物I为隔离膜S。优选地，隔离膜S表面光滑。考虑到隔离膜S的弹性变形，隔离膜S的厚度可以略大于活性物质层P02的厚度。
相应地，隔断物提供机构4包括机械手41。依据实际情况，隔断物提供机构4还可包括存储盒42、CCD 43以及计算机44。机械手41用于抓取隔离膜S并将隔离膜S置于空白集流体区R的表面上。存储盒42用于存储供机械手41抓取的与极片P0的空白集流体区R的长度对应的隔离膜S，CCD 43用于面向极片P0进行图像采集以确定隔离膜S与空白集流体区R之间的相对位置，计算机44用于与CCD 43和机械手41通信连接，以通过CCD 43确定的隔离膜S与空白集流体区R的位置来控制机械手41的提供隔离膜S的操作。
在另一实施例中，结合图2和图4至图6，隔断物提供机构4提供的隔断物I为润滑性物质(未示出)。为了不使润滑性物质溢流，润滑性物质的厚度小于活性物质层P02的厚度。相应地，隔断物提供机构4为涂布机构。具体地，涂布机构为凹版涂布机构M1、转移涂布机构M2或挤压涂布机构M3。
如图4所示，凹版涂布机构M1包括收容槽M11以及凹版辊M12。收容槽M11收容有润滑性物质，凹版辊M12用于与极片P0的空白集流体区R的相邻、凹版辊M12具有沿周向间隔设置且沿周向延伸的凹部M121，凹版辊M12用于在旋转时通过凹部M121从将收容槽M11中将润滑性物质汲取并涂布在极片P0的对应的空白集流体区R的表面上。凹版辊M12定时旋转以实现间断性涂布。
如图5所示，转移涂布机构M2包括刮刀M21以及转移辊M22。刮刀M21收容有润滑性物质并与转移辊M22相邻，转移辊M22用于与极片P0的对应的空白集流体区R的相邻。刮刀M21将润滑性物质转移在转移辊M22的表面上，转移在转移辊M22的表面上的润滑性物质接触并涂覆到极片P0的对应的空白集流体区R的表面上。刮刀M21能够定时弹开以实现间断性涂布。
如图6所示，挤压涂布机构M3包括收容罐M31、螺杆泵M32以及涂布头M33。收容罐M31收容有润滑性物质，螺杆泵M32将润滑性物质输送至涂布头M33，涂布头M33用于将润滑性物质涂覆到极片P0的对应的空白集流体区R的表面上。涂布头M33可设置定时进刀和退刀模式，以实现间断性涂布。
注意的是，无论是隔断物提供机构4提供的隔断物I是隔离膜S1还是润滑物质，隔断物I可以与锂箔L1粘附也可以不与锂箔L1粘附，只要能被隔断物收取机构5收取(即移除)即可。
辊压机构1用于压延锂膜C以及带有隔断物I的极片P0，以使锂膜C中的锂箔L1粘附到活性物质层P02上，从而形成补锂极片P1。锂膜C中与空白集流体区R对应的锂箔L1保留在转移膜T上。换句话说，锂箔L1与转移膜T之间的粘接力小于锂箔L1与活性物质层P02的粘接力。
隔断物收取机构5位于辊压机构1的下游。隔断物收取机构5用于将通过两个压辊11并保留在空白集流体区R上的隔断物I收取，以回收隔断物I，并消除隔断物I的残留采用补锂极片P1的电极组件(即正负极片和电极组件用隔离膜形成的组合体)以及电池在制造甚至安全上的隐患。
对应于隔断物提供机构4提供的隔断物I的类型，隔断物收取机构5采用相适应的构造。
结合图1、图3和图7，当隔断物提供机构4提供的隔断物I为隔离膜S时，隔断物收取机构5包括机械手51。依据实际情况，隔断物收取机构5还可包括存储盒52、CCD 53和计算机54。机械手51用于抓取置于空白集流体区R的表面上的隔离膜S。存储盒52用于存储机械手51抓取的与空白集流体区R上对应的隔离膜S，当存储盒52中的隔离膜S存储至一定数量，可以将其替换隔断物提供机构4中的存储盒42，以实现重复利用。CCD 53用于面向补锂极片P1进行图像采集以确定隔离膜S与活性物质层P02的相对位置，计算机54用于与CCD 53和机械手51通信连接，以通过CCD 53确定的隔离膜S与活性物质层P02的相对位置来控制机械手51的抓取隔离膜S的操作。在替代实施例中，隔断物收取机构5可以采用机器人来实现。
结合图2、图4至图6和图8，当隔断物提供机构4提供的隔断物I为润滑性物质时，隔断物收取机构5为激光清洁机构、溶剂清洁机构或物理清洁机构。进一步地，如图8所示，物理清洁机构包括清洁辊55以及包覆在清洁辊55表面上的吸附物56。吸附物56可以为海绵、吸水织物等。清洁辊55的表面可具有微孔，通过微孔可以将清洁剂流到清洁辊55的表面，清洁辊55的表面的吸附物56可以吸收清洁剂，从而对涂覆有润滑性物质的补锂极片P1的表面清洁。在替代实施例中，物理清洁机构可以采用抽吸方式，例如抽真空机来进行润滑性物质的清洁。此外，隔断物收取机构5可配置有计算机(未示出)，用于控制清洁辊55和补锂极片P1之间的间隙，通过计算机可控制清洁时间以及清洁范围。润滑性物质可以采用常用的润滑油。
转移膜收取机构6位于辊压机构1的下游。转移膜收取机构6用于将通过两个压辊11的转移膜T连同保留在转移膜T的部分的锂箔L1收取，同时提供锂膜C的牵引力。如图1和图2所示，转移膜收取机构6为辊子，从而转移膜收取机构6用于将转移膜T收卷。
补锂极片收取机构7位于辊压机构1的下游。补锂极片收取机构7用于将补锂极片P1收取，同时提供极片P0的牵引力。在图1和图2中，补锂极片收取机构7为辊子，补锂极片收取机构7用于将补锂极片P1收卷。具体地，当已补锂极片P1的活性物质层P02离开两个压辊11之间的间隙而极片P0的空白集流体区R进入两个压辊11之间的间隙时，基于转移膜收取机构6提供的牵引力、补锂极片收取机构7提供的牵引力以及转移膜T对锂箔L1的粘接力，附着在已补锂极片P1的活性物质层P02上的锂箔L1和转移膜T上的剩余锂箔L1断开，随着间断性的活性物质层P02的不断进入两个压辊11之间的间隙以及随后从两个压辊11之间的间隙出来，锂箔L1的除间断性地粘附到活性物质层P02上外的剩余部分间断性地保留在转移膜T。
在根据本发明的用于极片补锂的装置中，通过隔断物提供机构4用于将隔断物I提供到空白集流体区R的表面上，使锂膜C与空白集流体区R被隔开，从而辊压机构1用于在压延以将锂膜C中的锂箔L1粘附到活性物质层P02上时，即使存在拖尾现象，在空白集流体区R中的锂残留(来自锂箔L1)也会被隔断物I隔开，从而在补锂极片P1的空白集流体区R中不会存在锂残留。
上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。
Claims (10)
1.一种用于极片补锂的装置，极片(P0)包括集流体(P01)以及设置在集流体(P01)表面上的活性物质层(P02)，集流体(P01)表面的未设置活性物质层(P02)的部分为空白集流体区(R)，其特征在于，包括辊压机构(1)、极片提供机构(2)、锂膜提供机构(3)以及隔断物提供机构(4)；
辊压机构(1)包括两个压辊(11)；
极片提供机构(2)位于辊压机构(1)的上游，极片提供机构(2)用于向两个压辊(11)之间提供极片(P0)；
锂膜提供机构(3)位于辊压机构(1)的上游，锂膜提供机构(3)用于提供锂膜(C)，锂膜(C)包括锂箔(L1)；
隔断物提供机构(4)位于辊压机构(1)的上游，隔断物提供机构(4)用于将隔断物(I)提供到空白集流体区(R)的表面上，使锂膜(C)与空白集流体区(R)被隔开；
辊压机构(1)用于压延锂膜(C)以及带有隔断物(I)的极片(P0)，以使锂膜(C)中的锂箔(L1)粘附到活性物质层(P02)上。
2.根据权利要求1所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，隔断物(I)为隔离膜，隔断物提供机构(4)包括机械手(41)，机械手(41)用于抓取隔离膜(S)并将隔离膜(S)置于空白集流体区(R)的表面上。
3.根据权利要求2所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，隔断物(I)为隔离膜，用于极片补锂的装置还包括隔断物收取机构(5)，隔断物收取机构(5)位于辊压机构(1)的下游，隔断物收取机构(5)包括机械手(51)，机械手(51)用于抓取置于空白集流体区(R)的表面上的隔离膜(S)。
4.根据权利要求3所述的极片补锂机构，其特征在于，隔断物收取机构还包括存储盒(52)，存储盒(52)用于存储机械手(51)抓取的与空白集流体区(R)上对应的隔离膜(S)。
5.根据权利要求1所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，隔断物提供机构(4)为涂布机构，涂布机构用于提供润滑性物质作为隔断物(I)。
6.根据权利要求5所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，涂布机构为凹版涂布机构(M1)、转移涂布机构(M2)或挤压涂布机构(M3)。
7.根据权利要求6所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，用于极片补锂的装置还包括隔断物收取机构(5)，隔断物收取机构(5)位于辊压机构(1)的下游，隔断物收取机构(5)为激光清洁机构、溶剂清洁机构或物理清洁机构。
8.根据权利要求7所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，
物理清洁机构包括清洁辊(55)以及包覆在清洁辊(55)表面上的吸附物(56)。
9.根据权利要求1所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，
锂膜提供机构(3)包括转移膜提供机构(31)、锂带提供机构(32)以及两个轧辊(33)；
转移膜提供机构(31)用于向两个轧辊(33)之间提供转移膜(T)，锂带提供机构(32)用于向两个轧辊(33)之间提供锂带(L0)，两个轧辊(33)用于轧制锂带(L0)以及转移膜(T)，以将锂带(L0)轧制成锂箔(L1)并使锂箔(L1)粘附在转移膜(T)上而形成锂膜(C)。
10.根据权利要求1所述的用于极片补锂的装置，其特征在于，锂膜提供机构(3)依据活性物质层(P02)设置在集流体(P01)的一个或两个表面上而对应地设置为一组或两组。
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