CN112397688A - 一种极片补锂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极片补锂系统，涉及补锂技术领域。该极片补锂系统包括放卷装置、补锂装置以及收卷装置；放卷装置用于卷绕极片，并输出卷绕的极片；补锂装置用于接收放卷装置输出的极片，并通过激光镀锂的方式对极片的正面和背面均进行补锂作业，并将进行补锂作业后的极片冷却后输出；收卷装置用于接收补锂装置输出的极片，并卷绕极片。该极片补锂系统采用激光镀锂的方式提前对极片的正面和背面均进行补锂作业，安全可靠，可有效地增加电芯内部的活性锂含量，从而大幅度地提高电芯的能量密度和循环寿命；同时，该补锂工艺简单，可有效地降低设备成本，保证补锂作业的一致性，使生产优率和效率大幅度提升。

Description

一种极片补锂系统

技术领域

本发明涉及补锂技术领域，具体而言，涉及一种极片补锂系统。

背景技术

新能源汽车已成为未来的发展方向，市场对其续航里程及使用寿命要求越来越高。现有锂离子电池，在首次充电时，由于SEI膜的形成，会消耗一部分锂离子，使得这一部分锂离子无法成为能为电芯提供有效容量的活性锂，造成电池容量的损失。为了弥补这部分损失的活性锂，提高电池容量，现有技术公开了锂液补锂、锂粉补锂、真空蒸镀，锂带压合等方法。

但是，锂液补锂对环境要求高，容易起火，危险性高；锂粉补锂一致性差，且锂粉飘落在室内易爆炸；真空镀锂补锂一致性好但是设备成本投入巨大，难以量产；锂带压合一致性差，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种极片补锂系统，其通过激光镀锂的方式向提前向极片补充锂源，安全可靠，可有效地增加电芯内部的活性锂含量，从而大幅度地提高电芯的能量密度和循环寿命；同时，该补锂工艺简单，可有效地降低设备成本，保证补锂作业的一致性，使生产优率和效率大幅度提升。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种极片补锂系统，包括：

放卷装置，用于卷绕极片，并输出卷绕的极片；

补锂装置，用于接收放卷装置输出的极片，并通过激光镀锂的方式对极片的正面和背面均进行补锂作业，并将进行补锂作业后的极片冷却后输出；

收卷装置，用于接收补锂装置输出的极片，并卷绕极片。

在可选的实施方式中，沿极片的运动方向，补锂装置包括第一补锂机构和第二补锂机构；

第一补锂机构用于接收放卷装置输出的极片，并通过激光镀锂的方式对极片的正面或背面二者中的一者进行补锂作业，且将进行补锂作业后的极片冷却后输出；

第二补锂机构用于接收第一补锂机构输出的极片，并通过激光镀锂的方式对极片的正面或背面二者中的另一者进行补锂作业，且将进行补锂作业后的极片冷却后输出。

在可选的实施方式中，第一补锂机构和第二补锂机构均包括镀锂室、供粉箱、激光发生组件以及冷却室；

镀锂室的侧壁设有透光镜片，镀锂室内设有与透光镜片相对且用于支撑极片的支撑板；供粉箱与镀锂室连通，并用于向支撑板上放置的极片输送锂粉；激光发生组件与透光镜片相对，且用于将发出的激光通过透光镜片射向支撑板上放置的极片，以使极片表面的锂粉熔化后铺设于极片的表面，从而完成激光补锂作业；冷却室位于镀锂室的下游，且与镀锂室连通，用于冷却进行激光补锂作业后的极片，并向下游输送。

在可选的实施方式中，激光发生组件包括激光发生器和扫描振镜，且激光发生器、扫描振镜与透光镜片沿激光的射出方向依次相对且间隔设置。

在可选的实施方式中，第一补锂机构和第二补锂机构均还包括与镀锂室连通的氩气输入装置，氩气输入装置用于向镀锂室输入氩气。

在可选的实施方式中，氩气输入装置包括氩气输入管道和氩气喷嘴，氩气输入管道伸入镀锂室，氩气喷嘴位于氩气输入管道的端部，与氩气输入管道连通，且氩气喷嘴设置于支撑板的上方，朝向支撑板上放置的极片。

在可选的实施方式中，极片补锂系统还包括设置于补锂装置与收卷装置之间的压辊组件，压辊组件用于压合进行补锂作业后的极片。

在可选的实施方式中，压辊组件包括相对设置于极片的背面和正面两侧的第一压辊和第二压辊，第一压辊和第二压辊能相互靠近或远离，以压紧极片。

在可选的实施方式中，压辊组件还包括第一清洁件和第二清洁件二者中的至少一者；

第一清洁件与第一压辊抵接配合，用于清洁第一压辊；

第二清洁件与第二压辊抵接配合，用于清洁第二压辊。

在可选的实施方式中，极片补锂系统还包括多个输送导辊，多个输送导辊依次间隔设置于放卷装置至补锂装置，以补锂装置至收卷装置之间，用于输送极片。

本发明实施例至少具备以下优点或有益效果：

本发明的实施例提供了一种极片补锂系统，包括放卷装置、补锂装置以及收卷装置；其中，放卷装置用于卷绕极片，并输出卷绕的极片；补锂装置用于接收放卷装置输出的极片，并通过激光镀锂的方式对极片的正面和背面均进行补锂作业，并将进行补锂作业后的极片冷却后输出；收卷装置用于接收补锂装置输出的极片，并卷绕极片。该极片补锂系统采用激光镀锂的方式提前对极片的正面和背面均进行补锂作业，安全可靠，可有效地增加电芯内部的活性锂含量，从而大幅度地提高电芯的能量密度和循环寿命；同时，该补锂工艺简单，可有效地降低设备成本，保证补锂作业的一致性，使生产优率和效率大幅度提升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的极片补锂系统的结构示意简图。

图标：100-极片补锂系统；102-极片；103-收卷装置；104-收卷辊；105-第一补锂机构；107-第二补锂机构；109-镀锂室；111-供粉箱；113-激光发生组件；115-冷却室；117-透光镜片；119-支撑板；121-扫描振镜；123-氩气输入装置；125-氩气输入管；127-氩气喷嘴；129-氩气输入口；131-压辊组件；133-第一压辊；135-第二压辊；137-第一清洁件；139-第二清洁件；141-输送导辊；143-放卷装置；146-放卷辊；148-供粉管道；150-冷却风入口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

相关技术中，锂离子电池，在首次充电时，由于SEI膜的形成，会消耗一部分锂离子，使得这一部分锂离子无法成为能为电芯提供有效容量的活性锂，造成电池容量的损失。为了弥补这部分损失的活性锂，提高电池容量，现有技术公开了锂液补锂、锂粉补锂、真空蒸镀，锂带压合等方法。

但是，上述各种方法均存在一些问题，例如锂液补锂对环境要求高，容易起火，危险性高；锂粉补锂一致性差，且锂粉飘落在室内易爆炸；真空镀锂补锂一致性好但是设备成本投入巨大，难以量产；锂带压合一致性差，成本高。

有鉴于此，本实施例提供了一种极片补锂系统，其可通过激光镀锂的方式向提前向极片补充锂源，安全可靠，可有效地增加电芯内部的活性锂含量，从而大幅度地提高电芯的能量密度和循环寿命；同时，该补锂工艺简单，可有效地降低设备成本，保证补锂作业的一致性，使生产优率和效率大幅度提升。下面对该极片补锂系统的结构进行详细地介绍。

图1为本实施例提供的极片补锂系统100的结构示意简图。请参阅图1，本实施例提供了一种极片补锂系统100，其包括放卷装置143、补锂装置、收卷装置103以及多个输送导辊141。其中，多个输送导辊141间隔设置于各个装置之间，以带动极片102的运动。

详细地，在本实施例中，放卷装置143用于卷绕极片102，并输出卷绕的极片102。且具体地，放卷装置143包括放卷辊146，极片102卷绕于放卷辊146的外侧，当放卷辊146转动时，可将极片102输出。

详细地，补锂装置接收放卷装置143输出的极片102，并通过激光镀锂的方式对极片102的正面和背面均进行补锂作业，并将进行补锂作业后的极片102冷却后输出。该极片补锂系统100采用激光镀锂的方式提前对极片102的正面和背面均进行补锂作业，无需在使用后进行补锂，也无需在使用过程中同时进行补锂，因而对环境的要求不高，且安全可靠，进而可安全且有效地增加电芯内部的活性锂含量，继而也可以大幅度地提高电芯的能量密度和循环寿命。同时，采用激光镀锂的作业方式，也可以简化补锂工艺，从而可有效地降低设备成本，保证补锂作业的一致性，使生产优率和效率大幅度提升。

详细地，在本实施例中，收卷装置103用于接收补锂装置输出的极片102，并卷绕极片102。且具体地，收卷装置103包括收卷辊104，极片102通过补锂装置输出后可卷绕于收卷辊104的外侧，以待后续极片102处理作业的进行。

请再次参阅图1，在本实施例中，沿极片102的运动方向，补锂装置包括第一补锂机构105和第二补锂机构107，且沿极片102的运输方向，第一补锂机构105位于第二补锂机构107的上游。且第一补锂机构105用于接收放卷装置143输出的极片102，并通过激光镀锂的方式对极片102的背面二者中的一者进行补锂作业，且将进行补锂作业后的极片102冷却后输出。第二补锂机构107用于接收第一补锂机构105输出的极片102，并通过激光镀锂的方式对极片102的正面或背面二者中的另一者进行补锂作业，且将进行补锂作业后的极片102冷却后输出，以方便收卷装置103进行收卷作业，以待后续作业的进行。

通过第一补锂机构105对极片102的正面进行补锂作业，同时通过第二补锂机构107对极片102的背面进行补锂作业，可以充分地保证补锂作业的一致性，同时还能有效地提高电芯的能量密度和循环寿命。当然，在其他实施例中，也可以采用第一补锂机构105对极片102的背面进行补锂作业，采用第二补锂机构107对极片102的正面进行补锂作业，本实施例不做限定。

请再次参阅图1，在本实施例中，第一补锂机构105和第二补锂机构107均包括镀锂室109、供粉箱111、激光发生组件113以及冷却室115。其中，镀锂室109用于在激光发生组件113的作用下进行补锂作业，供粉箱111用于为镀锂室109的极片102提供锂源。冷却室115用于冷却完成镀锂作用后的极片102，以完成整个补锂作业。

详细地，在本实施例中，镀锂室109为封闭的结构，且镀锂室109的侧壁设有透光镜片117，透光镜片117的目的主要在于可便于激光射入。同时，镀锂室109内还设有与透光镜片117相对且用于支撑极片102的支撑板119，以减小补锂过程中极片102抖动的几率，同时保证极片102的补锂作业的正常进行。

详细地，供粉箱111也为封闭的圆柱状结构，供粉箱111通过供粉管道148与镀锂室109连通，且供粉管道148伸入镀锂室109内，且供粉管道148的端部位于支撑板119上方，以对准支撑板119上的极片102，从而以使得供粉箱111可通过供粉管道148向支撑板119上放置的极片102输送锂粉，进而可保证补锂作业的正常进行。当然，在其他实施例中，供粉箱111的形状还可以根据需求进行调整，例如可以选择为长方体状或其他形状等，本实施例不做限定。

作为可选的方案，供粉箱111的上端还设有氩气输入口129，氩气输入口129能与氩气装置连通，以使得氩气能通过氩气输入口129进入供粉箱111，从而防止锂粉与空气接触，保证补锂作业正常进行。

详细地，激光发生组件113与透光镜片117相对，且用于将发出的激光通过透光镜片117射向支撑板119上放置的极片102，以使供粉箱111通过供粉管道148输出至极片102表面的锂粉熔化，从而使得熔化后的锂液可铺设于极片102的表面，从而完成激光补锂作业。

更具体地，激光发生组件113包括激光发生器(图未示出)和扫描振镜121，且激光发生器、扫描振镜121与透光镜片117沿激光的射出方向依次相对且间隔设置。激光发生器和扫描振镜121与现有技术中的激光发生器以及扫描振镜121的结构相同。其目的在于通过透光镜片117使激光到达极片102的表面，以使得极片102表面的锂粉熔化呈锂液，使得锂也可以平铺于极片102的表面，以此完成补锂作业。

详细地，冷却室115位于镀锂室109的下游，且与镀锂室109连通，用于冷却进行激光补锂作业后的极片102，以完成整个补锂作业，有效地增加电芯内部的活性锂含量。同时，经过冷却后的极片102还可向下游输送，直至在收卷辊104处完成收卷作业，以便后续各项作业的进行。

需要说明的是，在本实施例中，冷却室115包括冷却风入口150，可将冷却风入口150外接冷却装置，通过冷却装置向冷却风入口150吹入干燥的冷却空气，从而向完成补锂作业后的极片102吹干燥的冷却气体，以使得极片102冷却，以完成补锂作业。

还需要说明的是，在本实施例中，冷却装置发出干燥的冷却气体，冷却室115温度为-10℃，漏点＜-30。在该温度和漏点下能充分地保证极片102干燥，且使得极片102表面的锂源附着于极片102的表面，从而利于后续作业的进行。当然，在其他实施例中，还可以根据需求选择冷却温度和漏点，本实施例不做限定。

请再次参阅图1，在本实施例中，第一补锂机构105和第二补锂机构107均还包括与镀锂室109连通的氩气输入装置123。氩气输入装置123用于向镀锂室109输入氩气，以防止锂源与空气接触，从而保证补锂作业的正常进行，进而保证整个补锂作业的正常进行。

详细地，氩气输入装置123包括氩气输入管125道和氩气喷嘴127。其中，氩气输入管125道倾斜地伸入镀锂室109，且氩气喷嘴127位于氩气输入管125道的端部，与氩气输入管125道连通，且氩气喷嘴127设置于支撑板119的上方，朝向支撑板119上放置的极片102，以防止位于极片102上方的锂源与空气接触，进而保证补锂的效果和质量。当然，在其他实施例中，氩气输入管125也可以设置于其他地方，以使得整个镀锂室109充满氩气，本实施例不做限定。

请再次参阅图1，在本实施例中，极片补锂系统100还包括设置于补锂装置与收卷装置103之间的压辊组件131，压辊组件131用于压合进行补锂作业后的极片102。一方面可使得锂金属均匀铺展在极片102上，以保证极片102的质量，另一方面，通过压辊设置，也可以提升锂金属和极片102的粘结力，提高补锂的质量和效果。

详细地，压辊组件131包括相对设置于极片102的背面和正面两侧的第一压辊133和第二压辊135，第一压辊133和第二压辊135能相互靠近或远离，例如均通过弹性件或滑动组件等直线驱动组件活动设置于机架上，以在靠近的过程中压紧极片102，以保证补锂质量。当然，在其他实施例中，也可以将第一压辊133设置为固定，单独驱动第二压辊135相对第一压辊133运动，或者将第二压辊135设置为固定，单独驱动第一压辊133相对第二压辊135运动等，本实施例不做限定。

作为可选的方案，压辊组件131还包括第一清洁件137和第二清洁件139。其中，第一清洁件137和第二清洁件139均可以选择为压辊清洁及硅油涂覆装置。并且，在本实施例中，第一清洁件137与第一压辊133抵接配合，用于清洁第一压辊133；第二清洁件139与第二压辊135抵接配合，用于清洁第二压辊135。通过这样设置，一方面可防止锂屑粘辊；另一方面，也可以保证第一压辊133和第二压辊135的清洁程度，便于对后续的极片102进行压辊，从而保证压辊后的极片102的质量。当然，在其他实施例中，也可以单独设置第一清洁件137或第二清洁件139，本实施例不做限定。

详细地，请再次参阅图1，在本实施例中，输送导辊141的数量为多个，且多个输送导辊141依次间隔设置于放卷装置143至补锂装置，以补锂装置至收卷装置103之间，用于输送极片102。

详细地，在本实施例中，放卷辊146与第一补锂机构105之间设置有至少两个输送导辊141，且当具体为两个输送导辊141时，两个输送导辊141分别与极片102的正面和背面配合。同时，第一补锂机构105和第二补锂机构107之间也设置有多个输送导辊141，多个输送导辊141也分别与极片102的背面和正面配合，且通过第一补锂机构105和第二补锂机构107之间的多个输送导轨的设置，使得极片102的输送方向呈相反方向运输，从而配合第一补锂机构105和第二补锂机构107的各结构的完全相反的布置，从而使得第一补锂机构105可对极片102的正面进行补锂，第二补锂机构107可对极片102的背面进行补锂。同理，第二补锂机构107与压辊组件131之间也设置有输送导辊141，压辊组件131与收卷辊104之间也对应设置有输送导辊141，以保证极片102可顺利地从放卷辊146处输出，然后从收卷辊104处被回收，从而利于后续极片102的各种处理作业的进行。

需要说明的是，在其他实施例中，输送导辊141的数量可以根据需求进行调整和选择，同时各装置或机构内也可以对应设置输送导辊141以便于极片102更好的向下游输送，本实施例不做限定。

下面对本发明的实施例公开的极片补锂系统100的工作原理进行详细地说明：

在利用上述的极片补锂系统100进行补锂作业时，可通过放卷辊146放卷将极片102输出，接着使得极片102运输至第一补锂机构105处，极片102的背面与支撑板119接触，极片102的正面正对透光镜片117；然后，供粉箱111通过供粉管道148将锂粉输送至极片102的正面，与此同时，在激光发生器的激光依次通过扫描振镜121和透光镜片117后到达极片102的正面，以将极片102表面的锂粉熔化呈锂液，使得锂液可铺设于极片102的正面；接着，极片102继续向下游输送至冷却室115，进行冷却后输送至第二补锂机构107处，且此时极片102的正面与支撑板119接触，极片102的背面与透光镜片117相对；其次，供粉箱111通过供粉管道148将锂粉输送至极片102的背面，与此同时，在激光发生器的激光依次通过扫描振镜121和透光镜片117后到达极片102的背面，以将极片102背面的锂粉熔化呈锂液，使得锂液可铺设于极片102的背面；最后极片102继续输送至冷却室115冷却后，并经过压辊组件131压辊后输送至收卷辊104处即可。

在上述过程中，该极片补锂系统100采用激光镀锂的方式提前对极片102的正面和背面均进行补锂作业，安全可靠，可有效地增加电芯内部的活性锂含量，从而大幅度地提高电芯的能量密度和循环寿命；同时，该补锂工艺简单，可有效地降低设备成本，保证补锂作业的一致性，使生产优率和效率大幅度提升。

综上所述，本发明的实施例提供了一种成本低、生产优率和效率高、且能增加电芯内部的活性锂含量，大幅度地提高电芯的能量密度和循环寿命的极片补锂系统100。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种极片补锂系统，其特征在于，包括：

放卷装置，用于卷绕极片，并输出卷绕的所述极片；

补锂装置，用于接收所述放卷装置输出的所述极片，并通过激光镀锂的方式对所述极片的正面和背面均进行补锂作业，并将进行补锂作业后的所述极片冷却后输出；

收卷装置，用于接收所述补锂装置输出的极片，并卷绕所述极片。

2.根据权利要求1所述的极片补锂系统，其特征在于：

沿所述极片的运动方向，所述补锂装置包括第一补锂机构和第二补锂机构；

所述第一补锂机构用于接收所述放卷装置输出的所述极片，并通过激光镀锂的方式对所述极片的正面或背面二者中的一者进行补锂作业，且将进行补锂作业后的所述极片冷却后输出；

所述第二补锂机构用于接收所述第一补锂机构输出的所述极片，并通过激光镀锂的方式对所述极片的正面或背面二者中的另一者进行补锂作业，且将进行补锂作业后的所述极片冷却后输出。

3.根据权利要求2所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述第一补锂机构和所述第二补锂机构均包括镀锂室、供粉箱、激光发生组件以及冷却室；

所述镀锂室的侧壁设有透光镜片，所述镀锂室内设有与所述透光镜片相对且用于支撑极片的支撑板；所述供粉箱与所述镀锂室连通，并用于向所述支撑板上放置的所述极片输送锂粉；所述激光发生组件与所述透光镜片相对，且用于将发出的激光通过所述透光镜片射向所述支撑板上放置的所述极片，以使所述极片表面的所述锂粉熔化后铺设于所述极片的表面，从而完成激光补锂作业；所述冷却室位于所述镀锂室的下游，且与所述镀锂室连通，用于冷却进行激光补锂作业后的所述极片，并向下游输送。

4.根据权利要求3所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述激光发生组件包括激光发生器和扫描振镜，且所述激光发生器、所述扫描振镜与所述透光镜片沿激光的射出方向依次相对且间隔设置。

5.根据权利要求4所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述第一补锂机构和所述第二补锂机构均还包括与所述镀锂室连通的氩气输入装置，所述氩气输入装置用于向所述镀锂室输入氩气。

6.根据权利要求5所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述氩气输入装置包括氩气输入管道和氩气喷嘴，所述氩气输入管道伸入所述镀锂室，所述氩气喷嘴位于所述氩气输入管道的端部，与所述氩气输入管道连通，且所述氩气喷嘴设置于所述支撑板的上方，朝向所述支撑板上放置的所述极片。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述极片补锂系统还包括设置于所述补锂装置与所述收卷装置之间的压辊组件，所述压辊组件用于压合进行补锂作业后的所述极片。

8.根据权利要求7所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述压辊组件包括相对设置于所述极片的背面和正面两侧的第一压辊和第二压辊，所述第一压辊和所述第二压辊能相互靠近或远离，以压紧所述极片。

9.根据权利要求8所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述压辊组件还包括第一清洁件和第二清洁件二者中的至少一者；

所述第一清洁件与所述第一压辊抵接配合，用于清洁所述第一压辊；

所述第二清洁件与所述第二压辊抵接配合，用于清洁所述第二压辊。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的极片补锂系统，其特征在于：

所述极片补锂系统还包括多个输送导辊，多个输送导辊依次间隔设置于所述放卷装置至所述补锂装置，以所述补锂装置至所述收卷装置之间，用于输送所述极片。

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