CN113695678B - 一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具，属于锂金属电池技术领域。本发明刀具针对于锂片在切割的过程中容易黏附在刀片上的现象，将刀片主体嵌入聚合版中，通过控制刀刃到聚合版表面的高度以保证有效切割锂片的同时减少和锂片的接触面积，减弱锂片和锂刀的粘附性，保证锂片结构的完整；除此之外，该刀具具有独特的凸字形结构，可以直接裁出专门的极耳黏附区，使其不需要反复校准就可以准确的固定极耳，不仅减小了操作上的误差，而且可以有效地提高电芯的组装效率。

Description

一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具
技术领域
本发明属于锂金属电池技术领域，具体涉及一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具。
背景技术
锂金属电池(LMB)因其高比容量(3862mAh g-1)和低还原电位(3.04V vs.SHE)而受到研究人员广泛关注。锂硫电池作为锂金属电池中极具发展潜力的一员，在新能源领域备受期待。相较于实验室常使用的Li-S扣式电池所存在的硫负载电极低(<2mAh·cm-2)、电解质过量(E/C>42g(Ah)-1，金属锂过量(N/P＞25，N/P代表负极/正极容量比)的问题而言，L i-S软包电池(这里不改)由于铝塑膜变形空间较大，不像钢壳铝壳的扣式电池那样热失控时候会发生爆炸，并且铝塑膜外壳重量轻，非活性部分所占比重小，比同等容量的钢壳锂电轻40％，比铝壳电池轻20％，而且软包电池(这里不改)较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10～15％，较铝壳电池高5～10％；同时，由于软包电池(这里不改)的壳体强度低，循环过程中对内部结构产生的机械应力小，对循环寿命有益，更有可能实现长循环稳定的高能量密度锂金属电池，因此，研究Li-S软包电池逐渐成为了热点。
然而目前电芯的制备工艺还不够成熟，对锂金属电池软包的商业化造成了巨大的阻碍，其中，如何高效地裁剪锂片，提高电芯组装效率仍是一道难关。对于以Li-S软包电池(这里不改)为代表的锂金属电池而言，锂金属柔软的特性让切割变得容易，但同时锂金属薄片极易变形，容易与其他物质(如：裁刀或是其他薄锂片)粘结在一起，增大了裁剪得难度。除此之外，现有切割锂片的方式大多倾向于把锂片直接裁成长方形以便于后续的叠片。长方形的裁剪方式虽然简单易操作，但是对于仍然需要在隔膜侧面沿着锂片的边缘固定的极耳而言，极耳与极片接触的面积仍然是无法准确控制的，不仅需要额外确认极耳是否对准，而且还会因为位置的不确定性造成误差。
因此，如何实现简单高效并且能够准确固定极耳位置的锂片切割，成为了提高电芯组装效率，优化电芯组装流程的重点待解决问题。
发明内容
针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具。该刀具针对于锂片在切割的过程中容易黏附在刀片上的现象，将刀片主体嵌入聚合版中，通过控制刀刃到聚合版表面的高度以保证有效切割锂片的同时减少和锂片的接触面积，减弱锂片和锂刀的粘附性，保证锂片结构的完整；除此之外，该刀具具有独特的凸字形结构，可以直接裁出专门的极耳黏附区，使其不需要反复校准就可以准确的固定极耳，不仅减小了操作上的误差，而且可以有效地提高锂硫电芯的组装效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具，包括聚合板和刀刃，所述聚合板用于承载刀刃，刀刃一侧嵌入聚合板内形成一体结构，所述刀刃为凸字形，凸出区域所在位置与所需极耳在电极片上的粘附位置保持一致，刀刃其余区域大小与电芯电极片大小保持一致。
进一步地，所述刀刃到聚合版表面的高度为待裁剪材料的厚度的10倍～50倍，用于减小锂刀和锂片的接触面积，减弱二者间的粘附性，保证锂片结构的完整。
进一步地，所述刀具用于切割厚度为50-500μm且具有粘附性的材料，优选用于切割锂金属薄片。
进一步地，所述刀具切割锂金属薄片得到锂硫电芯的锂金属负极，所述锂金属负极的凸出区域用于粘附极耳。
基于上述刀具制备电芯的方法，包括如下步骤：
步骤1.将若干个正极极片用正极刀具裁剪好备用；
步骤2.在湿度小于5％的环境下，使用上述刀具将锂片切割成负极所需要的形状，然后放置至叠片机的托盘上，数量和正极极片数量相同；
步骤3.然后将步骤1裁好的正极极片放至叠片机的另一侧托盘中，然后通过叠片机得到了交叉型的电芯结构，即在隔膜两侧交替放入正负极片，使隔膜的一侧放置正极极片，隔膜的另一侧放置负极极片；
步骤4.使用胶带固定隔膜的位置，然后分别将正负极的极耳设置于正负极极片的极耳黏附区；
步骤5.将放置好极耳的电芯用铝塑膜密封除底部外所有区域，然后从底部注入电解液；电解液注射完成后，抽真空，密封底部，即可制备得到所需的电芯。
进一步地，步骤1中正极刀具也可使用本发明所述切割刀具，仅需要调整极耳所在位置。
进一步地，步骤2中锂片的厚度为50-500μm。
进一步地，步骤4中所有正极极耳位于同一水平线，所有负极极耳位于也同一水平线，正极和负极极耳优选为左右对称。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明的锂刀使用时对于锂片容易黏附在刀片或其他物质上的问题，能够通过控制刀刃到聚合版表面的高度减小锂刀和锂片的接触面积，减弱二者间的粘附性，保证锂片结构的完整；而对于极耳位置难以确定的问题，这种独特的凸字形锂刀结构能够为极耳的提供专门的极耳黏附区，使其不需要反复校准就可以准确的固定极耳，不仅减小了操作上的误差，而且可以有效地提高电芯的组装效率。
2.本发明锂刀结构简单，使用方便，便于电芯大规模的推广和应用。
附图说明
图1为本发明锂片切割刀具的结构示意图。
图2为本发明锂片切割刀具中刀刃的尺寸示意图。
图3为本发明锂片切割刀具的实物图。
图4为电芯的结构示意图；
其中，(a)为立体图，(b)为正视图。
图5为本发明实施例1制备的锂硫软包电池的性能图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施方式和附图，对本发明作进一步地详细描述。
一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具，包括聚合板和刀刃，所述聚合板用于承载刀刃，刀刃一侧嵌入聚合板内形成一体结构，所述刀刃为凸字形，凸出区域所在位置与极耳在电极片上的粘附位置保持一致，刀刃其余区域大小与电芯电极片大小保持一致。
实施例1
一种用于锂硫软包电池电芯中的锂片切割刀具，其结构示意图如图1所示，包括聚合底座和刀刃，聚合物底座为一长方形板材，用于承载刀片，刀刃一侧嵌入聚合底座内形成一体结构，另一侧用于切割，所述刀刃为凸字形，主体为长方形结构，长方形宽边为a，长边为b，在其中一宽边上设置凸出区域，凸出区域距离其中一长边的距离为e，高度为c，凸出区域宽度为d，凸出区域所在位置与极耳在电极片的贴附位置保持一致，其余区域大小与锂硫软包电池电芯的电极片大小保持一致。
用于锂硫软包电池电芯切割的刀具的凸出区域宽度d<0.5a，优选为d<1/3a。
本实施例中，具体尺寸示意图如图2所示，刀刃宽a为78mm，长b为78mm，凸出区域的宽度d为9mm，距离其中一长边的距离e为9mm，高度c为9mm。
基于上述刀具制备锂硫软包电池电芯的方法，包括如下步骤：
步骤1.裁剪10张碳硫正极片，然后将已经裁好的正极材料抽真空放到手套箱里备用；
步骤2.在充满氩气的手套箱里，使用上述刀具裁剪厚度为100μm的锂片，总共裁剪10张，作为锂硫电池的负极，然后放置至叠片机左侧的托盘上；
步骤3.然后将步骤1裁好的正极材料放至叠片机的右侧托盘中，然后通过叠片机得到了10层软包交叉型的电芯结构，即在隔膜两侧(普通商用隔膜Celgard 2300)交替放置正负极片，使得隔膜的一侧均为正极极片，另一侧均为负极极片，其结构示意图如图4所示，其中，(a)为立体图，(b)为正视图；
步骤4.使用胶带固定隔膜的位置，然后分别将正极和负极的极耳放置于对应的正极和负极极片的极耳黏附区；
步骤5.将放置好极耳的电芯用铝塑膜密封除底部外所有区域，然后从底部注入锂硫电解液(DEM:DOL＝1:1,1mol/L LiTFSI,2wt％LiNO3)；电解液注射完成后，抽真空，密封底部，即可制备得到所需的锂硫软包电池电芯。
本实施例制备的软包锂硫电池的充放电曲线如图5所示。从图中可以看出，本实施例所制得的1层软包锂硫电池在80mA的放电电流的情况下，首圈放电容量大于240mAh。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种用于锂硫电芯电极片切割的刀具，其特征在于，包括聚合板和刀刃，所述聚合板用于承载刀刃，刀刃一侧嵌入聚合板内形成一体结构，所述刀刃为凸字形，主体为长方形结构，长方形宽边为a，长边为b，在其中一宽边上设置凸出区域，凸出区域距离其中一长边的距离为e，高度为c，凸出区域宽度为d，且d<0.5a，凸出区域所在位置与所需极耳在电极片上的粘附位置保持一致，刀刃其余区域大小与电芯电极片大小保持一致；刀刃到聚合板表面的高度为待裁剪锂片的厚度的10倍～50倍；所述刀具切割锂金属薄片得到电芯的锂金属负极，所述锂金属负极的凸出区域用于粘附极耳。
2.基于权利要求1所述切割刀具制备电芯的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.将若干个正极极片用正极刀具裁剪好备用，其中，所述正极刀具使用如权利要求1所述的用于锂硫电芯电极片切割的刀具，仅需要调整极耳所在位置；
步骤2.在湿度小于5％的环境下，使用上述刀具将锂片切割成负极所需要的形状，然后放置至叠片机的托盘上，数量和正极极片数量相同；
步骤3.然后将步骤1裁好的正极极片放至叠片机的另一侧托盘中，然后通过叠片机得到了交叉型的电芯结构，即在隔膜两侧交替放入正负极片，使隔膜的一侧放置正极极片，隔膜的另一侧放置负极极片；
步骤4.使用胶带固定隔膜的位置，然后分别将正负极的极耳设置于正负极极片的极耳黏附区；
步骤5.将放置好极耳的电芯用铝塑膜密封除底部外所有区域，然后从底部注入电解液；电解液注射完成后，抽真空，密封底部，即可制备得到所需的电芯。
3.如权利要求2所述制备电芯的方法，其特征在于，步骤2中锂片的厚度为50-500μm。
4.如权利要求2所述制备电芯的方法，其特征在于，步骤4中所有正极极耳位于同一水平线，所有负极极耳位于同一水平线。
5.如权利要求4所述制备电芯的方法，其特征在于，正极和负极极耳所在水平线为左右对称。
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