CN112892988A - 一种锂离子电池电极片涂敷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电极片涂敷装置，主要包括电极片厚度控制装置和增大电极片表面积的轧辊装置，厚度控制装置是由转动轴两边的厚度杆控制的，通过转动厚度杆使两侧轧辊之间距离发生改变，从而控制所涂敷的电极片厚度。本发明在接触电极材料一侧轧辊表面设计了一种网格状凹凸结构，选取表面积最大的正四面体作为每一个凹凸结构的形状单元，整个轧辊曲面由无数细小均匀正四面体铺满，以实现超大表面积的电极片设计、制备。本发明以增大锂离子电池电极片表面积增加电极片与电解液的接触面积，从而提高了电极材料中锂离子输运效率，缩短了离子的运输路径，增大了活性物质的利用率，有利于电极的电化学性能释放和电池的循环使用寿命的提升。

Description

一种锂离子电池电极片涂敷装置
技术领域
本发明属于锂离子电池制造设备技术领域，尤其涉及了一种锂离子电池电极膜片的制造设备。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作，具有体积小、质量轻、工作电压高、能量密度高、循环寿命长且污染小等优点，在电动汽车、无人机、便携式电子设备以及大中型电动设备等领域具有广泛的应用，是未来发展的理想储能装置。锂离子电池主要由正负极电极片、隔膜以及电解液组成，其中，正负极电极片的制备工艺是影响电极材料结构和电化学性能的重要因素。在工业应用中，电极片的制造工艺主要为涂敷法、喷涂法、浸涂法等。然而，上述的方法制备出的电极片不仅存在电极厚度均匀性差、压实密度低等问题，而且，均存在电极片表面与电解液接触面积不完全的问题。这极大的阻碍了电极材料中活性材料的有效利用以及电化学性能的释放。基于此，须提供一种更全面的电极片涂敷技术提高电极片表面积，以此来增大与电解液的接触面积，缩短了离子的传输路径从而提高锂离子的输运和利用效率，有利于电极材料的充分利用。
发明内容
本发明着重针对电池制造过程中电极表面与电解液接触面积的问题，设计了一种锂离子电池电极涂敷装置，并提出了一种电池电极涂敷装置的设计思路以及制备方法。所述装置主要包括电极片厚度控制装置以及增大电极片表面积的轧辊装置。厚度控制装置是由转动轴两边的厚度杆控制的，通过转动厚度杆使两侧轧辊之间的距离发生改变，从而控制所涂敷的电极片的厚度，另外也可以通过厚度杆上的螺纹的深浅判断并记录电极片的厚度。本发明轧辊装置能增大电极片表面积，其主要原理是在接触电极材料一侧的轧辊表面设计了一种网格状凹凸结构，并选取立体几何中表面积最大的正四面体作为每一个凹凸结构的形状单元，整个轧辊曲面都由无数细小均匀的正四面体铺满，以实现超大表面积的电极片设计、制备。本发明提出增大锂离子电池电极片表面积可以增加电极片与电解液的接触面积，从而提高电极材料中锂离子的输运效率以及活性物质的利用率，有利于电极的电化学性能释放和电池的循环使用寿命的提升。
本发明的技术方案：
一种电池电极涂敷装置，主要包括电极片厚度控制装置和增大表面积轧辊装置，厚度控制装置位于轧辊装置的两端，通过转动厚度杆使轧辊间距离不同可以涂敷出对应厚度的电极片，电极片的厚度可由厚度杆的螺纹深浅判断，厚度杆内部与转动轴轧辊两端相连，达到固定厚度杆与转动轴轧辊装置的目的。而接触电极材料一侧的转动轴轧辊表面分布着均匀的凹凸网状结构，这种网格状形状单元以其独有的凹凸结构排列，通过在电极片表面造成均匀的凹凸结构来增大电极片的表面积，从而提高电极表面与电解液的接触面积，有利于锂离子高效输运以及电极活性物质电化学性能的释放。
上述电极片厚度控制装置应该由金属材料制成，要求表面光滑，材料稳定性好，以便达到精确的厚度控制。增大表面积转动轴轧辊装置也要求由稳定、均匀、表面刻蚀性好的金属材料制成。
电极片厚度控制装置具有精细的螺纹与转动轴轧辊相连，而电极片的厚度可由厚度控制装置的厚度杆的螺纹深浅决定，而转动轴轧辊表面刻蚀了均匀的正四面体凹凸面，以此来增大电极片的表面积。
一种锂离子电池电极片涂敷装置的转动轴轧辊装置其一侧表面为什么要选用正四面体组成凹凸面网状结构，原因包括以下几个方面：
(1)首先设计转动轴轧辊装置表面的凹凸网状结构由立体图形组成，而在立体图形中综合考虑了成本、工艺、技术成熟等各方面因素，选用正多面体来组成转动轴轧辊表面的凹凸网状结构单元；
(2)根据(1)所述正多面体有五种，分别是正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体、正二十面体。而其中各正多面体可用的表面积占总的表面积分别为3/4、1/6、1/2、1/5、1/4，对比来看正四面体可用表面积最大，所以本发明选择由正四面体构成锂离子电池电极涂敷装置中增大电极片表面积转动轴轧辊表面的凹凸网状结构单元。
与现有技术相比，本发明方案具有如下优点：
(1)本发明一种锂离子电池电极片涂敷装置，设计了一种电极片厚度控制装置和表面积增大装置，精确设计的厚度控制装置能有效控制所涂的电极片的厚度，而增大表面积的装置由于其表面设计有凹凸的网状结构单元，而此网状结构有精密的正四面体组成，由于在相同体积情况下正四面体具有最大的可用表面积，所以有效增大了锂离子电池电极片的表面积。
(2)本发明一种锂离子电池电极片涂敷装置，其厚度控制装置保证了电极片的厚度均匀，界面平整，而由表面积增大装置轧辊制备的电极片因其表面造成了凹凸界面，凹凸界面增加了锂离子的传输路径，因此这种方法制备的电极片具有能量密度高，压实密度好，循环寿命长等优点，也显著促进了离子输运效率。
(3)本发明结构科学、简单，辅助性强，使用操作方便，能够有效提高实验的成功率，而且还不会浪费实验材料，也降低了实验人员制备电极样品的实验难度，使得实验效率更高，有利于科研的顺利进行，促进了产学研互相结合。
附图说明
图1为本申请实施例提供的锂离子电池电极片涂敷装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的锂离子电池电极片涂敷辊的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的锂离子电池增大电极片表面积的模型示意图；
图4为本申请实施例中提供的锂离子电池电极片涂敷辊选用的正多面体示意图；
其中，图中各附图标记：
1、电极片背辊；2、电机；3、传动轴；
4、支撑台；5、控制器；6、电极片；
7、电极片轧辊；8、厚度控制器；9、螺纹杆。
具体实施方式
如图1和图2所示，本申请实施例公开了一种锂离子电池电极片涂敷设备，包括用于控制电极片厚度的装置、与电极片涂敷辊装置、用于增大电极片比表面积的涂敷辊装置和用于传送电极膜片的传送机构，层厚装置和涂布成膜装置均对应传送机构的传送路径设置，涂布控制装置和涂布成膜装置电连接。其中，电极片涂敷装置具体可为工控机等。电极片厚度控制装置可由涂敷辊之间的距离决定，涂敷辊之间的距离由厚度杆旋钮控制，电极片厚度由厚度杆上的螺纹深度读出，如此便实现了对电极片成膜厚度的精确掌控。增大电极片表面积的涂敷辊位于电极片集流体涂敷一侧，由涂敷辊上均匀的正四面体凹凸结构在电极片成膜表面均匀形成凹凸面，以此来实现增大电极片表面积的设计。
以下对本申请实施例提供的锂离子电池电极片涂敷装置设备作进一步说明：本申请实施例提供的锂离子电池电极片涂敷装置设备，工作时，要提前设计好所要电极片的厚度，再将涂敷辊两端的厚度控制装置杆旋转至所需要的深度，厚度由螺纹深度决定。设置好电极片厚度参数以后，再进行电极片涂敷工作，提前准备好电极片集流体和电极浆料，将其放至涂敷辊上方，然后开启电连接的传送机构，传送机构沿其传送路径将电极片集流体和所要涂敷的电极浆料传送至涂敷辊处，电极膜片一侧由增大表面积的涂敷辊涂敷，由其表面的正四面体凹凸结构在电极片表面形成凹凸形貌，以此来增大锂离子电池电极片表面积，而集流体一侧由光滑的涂敷辊支撑，保证电极片不会发生褶皱，使集流体和电极片完美结合。本发明设计的电极片表面积增大装置，因其表面具有增大电极片表面积的凹凸结构设计，所以有效增大了所制备电极片的表面积，缩短了离子的输运路径，具有能量密度高，压实密度好，循环寿命长等优点，也显著促进了离子输运效率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池电极片涂敷装置，其特征在于，主要包括电极片厚度控制装置和增大表面积轧辊装置，厚度控制装置位于轧辊装置的两端，通过转动厚度杆使轧辊间距离不同可以涂敷出对应厚度的电极片，电极片的厚度由厚度杆的螺纹深浅判断，厚度杆内部与转动轴轧辊两端相连，达到固定厚度杆与转动轴轧辊装置的目的；接触电极材料一侧的转动轴轧辊表面分布着均匀的凹凸网状结构，这种网格状形状单元通过在电极片表面造成均匀的凹凸结构来增大电极片的表面积，从而提高电极表面与电解液的接触面积。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电极片涂敷装置，其特征在于，所述电极片厚度控制装置由金属材料制成，表面光滑，材料稳定性好，以便达到精确的厚度控制；增大表面积转动轴轧辊装置由稳定、均匀、表面刻蚀性好的金属材料制成。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电极片涂敷装置，其特征在于，所述电极片厚度控制装置具有精细的螺纹与转动轴轧辊相连。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电极片涂敷装置，其特征在于，转动轴轧辊表面刻蚀了均匀的正四面体凹凸面，以此来增大电极片的表面积。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池电极片涂敷装置，其特征在于，涂敷辊之间的距离由厚度杆旋钮控制，电极片厚度由厚度杆上的螺纹深度读出，实现对电极片成膜厚度的精确掌控。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池电极片涂敷装置，其特征在于，增大电极片表面积的涂敷辊位于电极片集流体涂敷一侧。
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