CN113571671A - 锂电池前段制造工装、制造系统及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的在于提供一种锂电池前段制造工装，能够有效提升锂电池前段生产过程的效率。锂电池前段制造工装包括承载组件以及刮粉组件，承载组件具有用于承载锂电池极材的承载面，刮粉组件包括依次连接的换能器、调幅器以及超声波刮刀，超声波刮刀与承载面彼此可相对移动。其中，超声波刮刀与承载面之间呈一锐角夹角。本发明还提供了一种锂电池前段制造系统以及一种锂电池前段制造方法，能够有效提升锂电池前段生产过程的效率。

Description

锂电池前段制造工装、制造系统及制造方法

技术领域

本发明涉及锂电池制造领域，尤其涉及一种锂电池前段制造工装、制造系统及制造方法。

背景技术

随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。中国是世界最大的锂电池生产制造基地、第二大锂电池生产国和出口国，锂电池已经占到全球40％的市场份额。

锂电池的生产工艺包括：前段生产工艺、中段生产工艺以及后段生产工艺。其中，传统的锂电池前段生产工艺主要包括如下四道工序：第一道工序是将正、负极固态电池材料制粉，按照一定比例混合；第二道工序是电池材料混合均匀后加入溶剂，通过真空搅拌机搅拌成浆状；第三道工序是将第二步制备的浆料以指定厚度均匀涂布到集流体(铝箔或铜箔等)上，并烘干溶剂；第四道工序是冷压，通过调节压辊的间隙调节压力，从而调节极片被压实的厚度和密度。

然而发明人发现，在前述前段生产工艺中，第二道工序中将电池材料和溶剂混合搅拌成浆，目的是将电池材料均匀地涂布到铝箔或铜箔表面。其中的搅拌工序复杂耗时且设备占地面积较大，对制造工厂成本负担较重。此外，第三道涂布并烘干溶剂，烘干车间需要的规模非常庞大，且整个工厂对于无尘化的要求十分高。任何一粒灰尘掉进电极中都可能造成短路。且有毒的溶剂需要使用烘箱进行干化处理回收。成本高昂且有污染。

亟需对传统锂电池的前段生产工艺进行优化。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种锂电池前段制造工装，能够有效提升锂电池前段生产过程的效率。

本发明的另一个目的在于提供一种锂电池前段制造系统，采用前述锂电池前段制造工装进行锂电池前段制造。

本发明的又一个目的在于提供一种锂电池前段制造方法，能够有效提升锂电池前段生产过程的效率。

为实现前述一个目的的锂电池前段制造工装，包括：

承载组件，具有用于承载锂电池极材的承载面；以及

刮粉组件，包括依次连接的换能器、调幅器以及超声波刮刀，所述超声波刮刀与所述承载面彼此可相对移动；

其中，所述超声波刮刀与所述承载面之间呈一锐角夹角。

在一个或多个实施方式中，所述承载组件还包括：

基座；

收料板，设置于所述基座上，具有收料槽；

极材定位板，具有所述承载面，设置于所述收料槽中。

在一个或多个实施方式中，所述基座具有第一配合部，所述收料板具有以及第二配合部，所述第一配合部与所述第一配合部配合连接，以允许所述收料板在所述基座上可活动。

在一个或多个实施方式中，所述第一配合部为滑轨，所述第二配合部为滑块；

所述承载组件还包括气缸，所述收料板由所述气缸驱动，以沿所述滑轨的延伸方向活动。

在一个或多个实施方式中，所述承载组件还包括升降单元，所述收料板通过所述升降单元支撑于所述基座上，并通过所述升降单元实现在所述基座上的高度调节。

在一个或多个实施方式中，所述刮粉组件还包括：

支架，设置于所述基座上；

固定夹板，所述调幅器固定于所述固定夹板中；

连接杆，连接所述固定夹板以及所述支架，并沿所述支架的高度方向可活动。

在一个或多个实施方式中，所述固定夹板与所述连接杆铰接；

所述刮粉组件还包括调姿单元，调节所述调姿单元可使所述固定夹板相对所述连接杆转动，以调节所述超声波刮刀与所述承载面之间的夹角。

为实现前述另一目的的锂电池前段制造系统，包括超声波发生器以及如前所述的锂电池前段制造工装；

所述超声波发生器与所述换能器连接。

为实现前述又一目的的锂电池前段制造方法，包括如下步骤：

提供锂电池粉料，并将所述锂电池粉料粉末平铺于锂电池极材表面；

提供刮粉组件，包括依次连接的换能器、调幅器以及超声波刮刀，并使得所述超声波刮刀与所述锂电池极材表面之间呈一锐角夹角；

所述超声波刮刀产生机械振动，令所述超声波刮刀扫掠过所述锂电池极材表面，以使所述超声波刮刀在所述锂电池极材表面刮涂出指定厚度的锂电池粉料；

对所述指定厚度的锂电池粉料进行冷压处理。

在一个或多个实施方式中，所述超声波刮刀的机械振动频率为15kHz至25kHz。

本发明的进步效果包括以下之一或组合：

1)通过超声波刮刀振动，带动锂电池粉末振动的同时，减小了粉末各层之间的摩擦力，从而当上层粉末被刮下时，下层粉末不易受到连动而被刮下，从而能够在极材表面成形具有极小厚度的锂电池粉末。

2)通过本锂电池前段制造方法，能够把搅拌和烘干这些设施和加工步骤全部取消，实现将原有的锂电池前段生产的四道工序改变为三道工序，优化制作工艺，减少复杂和高成本的设备投入，降低非常可观的企业制造成本，提高生产效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1示出了一实施方式下锂电池前段制造工装的立体示意图；

图2示出了一实施方式下锂电池前段制造工装的侧面示意图；

图3示出了一实施方式下承载组件的立体示意图；

图4示出了一实施方式下承载组件的侧面示意图；

图5示出了一实施方式下刮粉组件的立体示意图；

图6示出了一实施方式下刮粉组件的侧面示意图；

图7示出了一实施方式下刮粉组件的正面示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本申请的保护范围进行限制。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。另外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本申请保护范围的限制。

需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、顶、底仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。此外，不同实施方式下的变换方式可以进行适当组合。

为提升锂电池前段生产过程的效率，提供了一种用于锂电池前段制造的工装，图1示出了一实施方式下锂电池前段制造工装的立体示意图；图2示出了一实施方式下锂电池前段制造工装的侧面示意图。

锂电池前段制造工装包括承载组件1以及刮粉组件2，承载组件1具有承载面10，该承载面10用于将待加工制造的锂电池极材承载于其上。刮粉组件2包括依次连接的换能器21、调幅器22以及超声波刮刀23。

其中，超声波刮刀23与承载面10之间具有夹角x，该夹角x为锐角，从而使得超声波刮刀23与承载于承载面10上的锂电池极材待涂布的上表面之间也存在一锐角夹角。

超声波刮刀23与承载面10之间彼此可相对移动，如此设置，使得超声波刮刀23能够自承载面10上方，扫掠过整个承载面10。

在锂电池的前段制造过程中，锂电池极材待涂布表面上涂覆有锂电池粉末，高频振动下的超声波刮刀23以与放置于承载面10上的锂电池极材之间呈一锐角夹角的姿态，扫掠过锂电池极材待涂布表面，使得锂电池粉末受到同频的振动，从而使得锂电池粉末沿高度方向被切分成多个粉末层，呈一锐角夹角的超声波刮刀23扫掠过锂电池极材待涂布表面，将多余的粉末层刮下，以在锂电池表面留下指定厚度的锂电池粉末。在一些实施方式中，留下的锂电池粉末厚度为19μm至21μm之间。

由于需要在锂电池极材上留下的锂电池粉末厚度较小，在一些实施方式中仅在19μm至21μm之间的厚度，采用传统的刮刀进行刮粉操作，由于粉末各层之间存在一定的摩擦力，刮粉时下层粉末容易被上层粉末带动运动，从而导致上下层粉末被连动刮下，难以在极材表面形成具有较小指定厚度的锂电池粉末。通过超声波刮刀23振动，带动锂电池粉末振动的同时，减小了粉末各层之间的摩擦力，从而当上层粉末被刮下时，下层粉末不易受到连动而被刮下，从而能够在极材表面成形具有极小厚度的锂电池粉末。

虽然锂电池前段制造工装的一个实施例如上所述，但是在锂电池前段制造工装的其他实施例中，锂电池前段制造工装相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。

图3示出了一实施方式下承载组件的立体示意图；图4示出了一实施方式下承载组件的侧面示意图。在锂电池前段制造工装的一个或多个实施方式中，承载组件1还包括基座11、收料板12以及极材定位板13。其中，收料板12设置于基座11上，具有收料槽120。在一个具体的实施方式中，收料槽120是如图所示，由收料板12四周的侧壁围出。极材定位板13具有承载面10，设置于收料槽120中。在锂电池的前段制造过程中，自极材表面被刮下的锂电池粉末是收集于收料槽120中后，再被收集回收，从而避免粉末的散逸，同时被回收的粉末也易于筛分后再次利用。

在锂电池前段制造工装的一个或多个实施方式中，实现超声波刮刀23与承载面10之间彼此可相对移动的方式为：基座11具有第一配合部111，收料板12具有第二配合部121，该第一配合部111与第二配合部121配合连接，从而允许收料板12及其上设置的极材定位板13、锂电池极材在基座11上可活动。

进一步地，在在锂电池前段制造工装的一个或多个实施方式中，第一配合部111为设置于基座11上的滑轨，第二配合部121为可活动设置于滑轨上的滑块。承载组件1还包括气缸14，收料板12由气缸14驱动，从而可沿滑轨(第二配合部121)的延伸方向活动。具体地，在一个实施方式中，收料板12与气缸14的活塞连接，当气缸14的活塞受到气压产生的推力伸出时，收料板12连同其上设置的极材定位板13、锂电池极材沿滑轨(第二配合部121)的延伸方向活动。

当然，在其他一些合适的实施方式中，实现超声波刮刀23与承载面10之间彼此可相对移动的方式可以是与图中所示不同：如在一个实施方式中，第一配合部111以及第二配合部121可以是通过滑轨滑槽配合相接。在另一实施方式中，第一配合部111以及第二配合部121可以配置成为丝杆螺母。

在锂电池前段制造工装的一个或多个实施方式中，承载组件1还包括升降单元15，收料板12是通过升降单元15支撑于基座11上，通过该升降单元15能够实现收料板12连同其上设置的极材定位板13、锂电池极材在基座11的高度被调节。具体地，在一个实施方式中，该升降单元15可以是气缸，通过气缸的活塞伸出或缩回以实现将收料板12在基座11上被顶起或缩回，在另一实施方式中，在升降单元15为精密。在一个实施方式中，升降单元15是如图所示、设置于第二配合部121与收料板12之间。通过改变收料板12连同其上设置的极材定位板13、锂电池极材在基座11的高度，使得锂电池极材待涂覆表面与超声波刮刀23之间在高度方向上的间距能够被改变，以此实现对所欲获得的锂电池极材表面的粉末厚度进行调整。

图5示出了一实施方式下刮粉组件的立体示意图，图6示出了一实施方式下刮粉组件的侧面示意图，图7示出了一实施方式下刮粉组件的正面示意图。在锂电池前段制造工装的一个或多个实施方式中，刮粉组件2还包括：支架24、固定夹板25以及连接杆26。支架24设置于基座11上，其上设置有连接杆26，连接杆26的端部与支架24连接，其上连接有固定夹板25，调幅器22固定设置于固定夹板25中，连接杆26沿支架24的高度方向可活动，使得当连接杆26带动固定夹板25沿支架24的高度方向活动时，被固定于固定夹板25中的调幅器22将会跟随沿支架24的高度方向活动，从而改变超声波刮刀23与锂电池极材待涂覆表面之间的距离。

在一个具体的实施方式中，刮粉组件2是如图5至图7所示的，具有如下细节。如在一个实施方式中，固定夹板25包括上夹板25a以及下夹板25b，调幅器22是夹持、并固定于上夹板25a以及下夹板25b之间。在一个实施方式中，支架24是如图中所示的两根支撑柱，连接杆26的两端分别与两根支撑柱连接。进一步地，连接杆26的两端是套设于两根支撑柱上，从而实现连接杆26沿两支柱的延伸方向可滑动。进一步地，连接杆26的至少一端还设置有锁止部件，如锁止螺栓，通过旋紧该锁止螺栓能够使得连接杆26在指定高度被锁止。

在锂电池前段制造工装的一个或多个实施方式中，固定夹板25与连接杆26之间铰接，刮粉组件2还包括调姿单元27，调节该调姿单元27可使得固定夹板25相对连接杆26转动，从而使得被固定夹板25夹持的调幅器22及其连接的超声波刮刀23与承载面10、即电池极材待涂覆表面之间的夹角得到进一步调节，通过调节以取得合适的角度进行刮粉，提升了本锂电池前段制造工装的泛用度。

在一个具体的实施方式中，调姿单元27具有如图5至图7所示的如下细节，其包括支耳271、第一支板272、第二支板273、调节件274以及连接块275。其中，支耳271设置于固定夹板25上，并具有允许连接杆26穿过的通孔。通过将连接杆26穿过支耳271以实现固定夹板25与连接杆26之间铰接连接。第一支板272夹设于支架24上，第二支板273连接于第一支板272上，并朝向固定夹板25上方一侧突伸。连接块275设置于固定夹板25上，调节件274可活动连接于第二支板273上，一端与连接块275铰接。其中，如图中所示的实施方式中，调节件274与第二支板273连接处的两侧分别具有螺栓276，以在指定位置限制调节件274相对第二支板273的活动。当旋动螺栓276时，调节件274将相对第二支板273活动，从而通过与其铰接的连接块275，带动固定夹板25相对连接杆26转动。

如前所述一个或多个实施方式中记载的锂电池前段制造工装可用于锂电池前段制造系统中，锂电池前段制造系统还包括超声波发生器，超声波发生器与换能器21连接。

另一方面，为提升锂电池前段生产过程的效率，还提供了一种用于锂电池前段的制造方法，其包括如下步骤：

提供锂电池粉料，并将锂电池粉料粉末平铺于锂电池极材表面，平铺后的锂电池粉料粉末在锂电池极材的表面形成具有一定厚度的粉末层，按照工艺需求，需要将该一定厚度的粉末层刮涂至19μm至21μm之间厚度。

提供刮粉组件，包括依次连接的换能器、调幅器以及超声波刮刀，并使得超声波刮刀与锂电池极材表面之间呈一锐角夹角。具体来说，可以采用如前所述一个或多个实施方式中所记载的锂电池前段制造工装，以实现超声波刮刀与锂电池极材表面之间相对位置的固定以及调姿。

超声波刮刀产生机械振动，令超声波刮刀扫掠过锂电池极材表面，以使超声波刮刀在锂电池极材表面刮涂出指定厚度的锂电池粉料。具体来说，是提供一超声波发生器，将该超声波发生器与刮粉组件中的换能器连接，超声波发生器发出指定频率的电能，高频电能通过换能器被转换成为同等频率的机械振动，随后机械振动通过调幅器传递到超声波刮刀，通过超声波刮刀振动，带动锂电池粉末振动的同时，减小了粉末各层之间的摩擦力，从而当上层粉末被刮下时，下层粉末不易受到连动而被刮下，从而能够在极材表面成形具有极小厚度的锂电池粉末，以实现通过超声波刮刀把极材表面的锂电池粉料均匀的刮涂出一定的厚度，如19μm至21μm之间的厚度。

对指定厚度的锂电池粉料进行冷压处理，完成锂电池的前段制造。其中，该冷压处理可以是通过如辊压的方式实现，以压实锂电池表面的锂电池粉料，提高电池的能量密度。

传统的锂电池前段生产工艺主要包括电池材料制粉，电池材料混合搅拌成浆状，对浆状的浆料以指定厚度均匀涂布并烘干，冷压四道工序。而通过本锂电池前段制造方法，能够把搅拌和烘干这些设施和加工步骤全部取消，实现将原有的锂电池前段生产的四道工序改变为三道工序，优化制作工艺，减少复杂和高成本的设备投入，降低非常可观的企业制造成本，提高生产效率。

在锂电池前段制造方法的一个或多个实施方式中，超声波发生器发出15kHz至25kHz频率的电能，通过换能器被转换成为同等频率的机械振动，随后机械振动通过调幅器传递到超声波刮刀，使得超声波刮刀产生15kHz至25kHz频率的振动。由于超声波刮刀的振动频率太高将会导致粉末因振动而散落，而振动频率太低又会使得粉末上下层之间分层不明显，刮粉效果差。经验证，在15kHz至25kHz频率的振动能够取得更佳的刮粉效果。在一个较佳的实施方式中，声波发生器发出20kHz频率的电能，使得超声波刮刀产生20kHz频率的振动。

如前所述一个实施方式中的锂电池前段制造方法可以采用如前所述的锂电池前段制造工装来实施，如通过工装中的气缸14驱动收料板12，实现超声波刮刀扫掠过锂电池极材表面，在此不再赘述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池前段制造工装，其特征在于，包括：

承载组件，具有用于承载锂电池极材的承载面；以及

刮粉组件，包括依次连接的换能器、调幅器以及超声波刮刀，所述超声波刮刀与所述承载面彼此可相对移动；

其中，所述超声波刮刀与所述承载面之间呈一锐角夹角。

2.如权利要求1所述的锂电池前段制造工装，其特征在于，所述承载组件还包括：

基座；

收料板，设置于所述基座上，具有收料槽；

极材定位板，具有所述承载面，设置于所述收料槽中。

3.如权利要求2所述的锂电池前段制造工装，其特征在于，所述基座具有第一配合部，所述收料板具有以及第二配合部，所述第一配合部与所述第一配合部配合连接，以允许所述收料板在所述基座上可活动。

4.如权利要求3所述的锂电池前段制造工装，其特征在于，所述第一配合部为滑轨，所述第二配合部为滑块；

所述承载组件还包括气缸，所述收料板由所述气缸驱动，以沿所述滑轨的延伸方向活动。

5.如权利要求3所述的锂电池前段制造工装，其特征在于，所述承载组件还包括升降单元，所述收料板通过所述升降单元支撑于所述基座上，并通过所述升降单元实现在所述基座上的高度调节。

6.如权利要求2所述的锂电池前段制造工装，其特征在于，所述刮粉组件还包括：

支架，设置于所述基座上；

固定夹板，所述调幅器固定于所述固定夹板中；

连接杆，连接所述固定夹板以及所述支架，并沿所述支架的高度方向可活动。

7.如权利要求6所述的锂电池前段制造工装，其特征在于，所述固定夹板与所述连接杆铰接；

所述刮粉组件还包括调姿单元，调节所述调姿单元可使所述固定夹板相对所述连接杆转动，以调节所述超声波刮刀与所述承载面之间的夹角。

8.一种锂电池前段制造系统，其特征在于，包括超声波发生器以及如权利要求1至7中任一项所述的锂电池前段制造工装；

所述超声波发生器与所述换能器连接。

9.一种锂电池前段制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供锂电池粉料，并将所述锂电池粉料粉末平铺于锂电池极材表面；

提供刮粉组件，包括依次连接的换能器、调幅器以及超声波刮刀，并使得所述超声波刮刀与所述锂电池极材表面之间呈一锐角夹角；

所述超声波刮刀产生机械振动，令所述超声波刮刀扫掠过所述锂电池极材表面，以使所述超声波刮刀在所述锂电池极材表面刮涂出指定厚度的锂电池粉料；

对所述指定厚度的锂电池粉料进行冷压处理。

10.如权利要求9所述的锂电池前段制造方法，其特征在于，所述超声波刮刀的机械振动频率为15kHz至25kHz。

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