CN114974939A - 一种负极片预锂化系统 - Google Patents

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张熊
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Abstract

本发明公开了负极片预锂化系统，包括：设置在放卷装置区的放卷装置、电解液池、平压装置以及设置在收卷装置区的收卷装置；负极片的一端连接所述放卷装置，所述负极片的另一端连接所述收卷装置；所述电解液池为装有电解液的密封装置；所述平压装置设置在所述电解液池内；所述平压装置包括相对设置的上面板和下面板；所述上面板和所述下面板相对的一面均设置有金属锂层；所述放卷装置用于放置待预理化的负极片，所述平压装置用于对所述待预理化的负极片进行预理化，所述收卷装置用于放置预理化后的负极片。本发明提供的负极片预锂化系统的嵌锂时间短，负极片的嵌锂量能够得到精确控制且锂离子能够均匀分布在负极片上。

Description

一种负极片预锂化系统
技术领域
本发明涉及预锂化工艺技术领域，特别是涉及一种负极片预锂化系统。
背景技术
锂离子电容器综合了锂离子电池和双电层电容器技术特点，兼具超高功率密度、高能量密度、长循环寿命、宽温度范围和高安全性等优势，在新能源、新基建、智能制造等领域具有重要的应用前景。
预锂化工艺是锂离子电容器的核心工艺，寻找高效、可靠的预锂化技术是公认的技术难点。最初的预锂化方式多采用Li金属与负极短路的方式。富士重工公布的技术是在最外层相对于负极引入第三极金属锂箔，同时正、负极集流体使用具有多孔结构的金属铜、铝箔，预锂化过程是将锂箔与负极短路来实现，此方法对环境要求苛刻，而且不容易控制锂的嵌入量及均一性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种负极片预锂化系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种负极片预锂化系统，包括：设置在放卷装置区的放卷装置、电解液池、平压装置以及设置在收卷装置区的收卷装置；负极片的一端连接所述放卷装置，所述负极片的另一端连接所述收卷装置；所述电解液池为装有电解液的密封装置；所述平压装置设置在所述电解液池内；
所述平压装置包括相对设置的上面板和下面板；所述上面板和所述下面板相对的一面均设置有金属锂层；
所述放卷装置用于放置待预理化的负极片，所述平压装置用于对所述待预理化的负极片进行预理化，所述收卷装置用于放置预理化后的负极片。
可选地，还包括设置在干燥区的热风发生器，所述干燥区设置在所述电解液池和所述收卷装置区中间，所述热风发生器用于对预理化后的负极片进行干燥处理。
可选地，所述放卷装置与所述收卷装置之间设置有至少两个转动轴，所述转动轴浸没于电解液池中，所述转动轴用于支撑所述负极片。
可选地，所述电解液池的上方设置有惰性气体；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气一种或多种。
可选地，所述平压装置还包括支撑杆和驱动装置；所述下面板通过所述支撑杆固定在所述电解液池的底部，所述上面板通过所述支撑杆与所述驱动装置连接。
可选地，所述平压装置还包括支撑杆和驱动装置；所述上面板通过所述支撑杆固定在所述电解液池的顶部，所述下面板通过所述支撑杆与所述驱动装置连接。
可选地，所述上面板和所述下面板对所述负极片的压力为0.01MPa～1.0MPa。
可选地，所述负极片包括集流体和负极材料；所述负极材料连续或者间歇的涂覆在所述集流体上。
可选地，所述金属锂层的宽度大于或等于所述负极片的宽度。
可选地，所述电解液池设有保温装置，所述保温装置用于使所述电解液的温度保持在30～40℃。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过驱动装置控制设有金属锂层的上面板和下面板对负极片压合的压力和时间来量化预嵌锂的量，使锂离子在负极活性物质表面嵌入均匀并可控制。相对于传统的复杂预嵌锂过程，本发明公开的负极片预锂化系统的嵌锂时间短，负极片的嵌锂量能够得到精确控制且锂离子能够均匀分布在负极片上。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的负极片预锂化系统的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供的负极片预锂化系统，包括：设置在放卷装置区102的放卷装置106、电解液池101、平压装置以及设置在收卷装置区103的收卷装置107。放卷装置区102和收卷装置区103与电解液池101隔开。电解液池101为装有电解液105的密封装置。
负极片117的一端连接放卷装置106，另一端连接收卷装置107。放卷装置106用于放置待预理化的负极片，收卷装置107用于放置预理化后的负极片。
平压装置设置在电解液池101内，用于对待预理化的负极片进行预理化。平压装置包括相对设置的上面板108和下面板109；上面板108和下面板109相对的一面均设置有金属锂层110，金属锂层110的宽度大于或等于负极片117的宽度，金属锂层的厚度为100μm～2cm。在预理化过程中，上面板108和下面板109对负极片117的压力为0.01M～1.0MPa。
进一步的，还包括设置在干燥区104的热风发生器，干燥区104设置在电解液池101和收卷装置区103中间，热风发生器用于对预理化后的负极片进行干燥处理。预理化后的负极片首先经过干燥区104，然后再进入收卷装置区104。
进一步的，放卷装置106与收卷装置107之间设置有至少两个转动轴112，转动轴112浸没于电解液池105中，用于支撑负极片117。
进一步的，平压装置还包括支撑杆114和驱动装置111；下面板109通过支撑杆114固定在电解液池101的底部，上面板108通过支撑杆114与驱动装置111连接；或者上面板108通过支撑杆114固定在电解液池101的顶部，下面板109通过支撑杆114与驱动装置111连接。其中，驱动装置111的驱动方式为液压驱动、电极驱动等。
进一步的，负极片117包括集流体116和负极材料115；负极材料115采用连续或者间歇式涂布的方式涂覆于集流体116上。负极材料115包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、碳纳米管、碳基复合材料、硅、氧化硅、碳化硅、硅-石墨混合、氧化硅-石墨、碳化硅-石墨、硅合金、锡、锡合金、以及其它与锂形成合金的金属材料等中的至少一种。
针对间歇式涂布的负极片，金属锂层110的面积≥每个涂布区域的面积。
进一步的，金属锂层110的宽度大于或等于负极片117的宽度，保证锂过量，提高负极片117的预锂化效率和均一性。
进一步的，放卷装置区102为干燥环境，放卷装置区相对湿度≤20％。收卷装置区为干燥环境或者设置有惰性气体，收卷装置区露点温度≤-20℃，惰性气体为氮气、氩气、氦气等。
进一步的，电解液池101上方设置有惰性气体，惰性气体为氮气、氩气、氦气一种或多种；惰性气体用于防止锂、电解液105与空气直接接触。
进一步的，电解液池101设有保温装置，保温装置用于使所述电解液105的温度保持在30～40℃。在该温度范围内能够促进锂离子的扩散，提高电极片的预锂化速度，且不会加快电解液105的挥发。电解液105温度低，离子扩散速度减慢，预锂化速度降低；电解液105温度太高，电解液105容易分解产生气体，导致电解液105发生变质
电解液105中锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、有机硼酸酯锂、全氟烷基磺酸锂、全氟烷基磺酸酰甲基锂、全氟烷基磺酸酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、有机磷酸锂或有机铝酸酯锂中的至少一种或多种.
电解液105中的溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯中的至少一种或多种。
上述负极片预锂化系统进行预理化的过程如下：
(1)首先将准备预锂化的负极片放置于放卷装置106；
(2)负极片进入电解液池101内，启动平压装置中的驱动装置111，驱动设有金属锂层110的上面板108和下面板109将负极片117压合，持续时间1s～10min，通过自放电原理完成该区域的预锂化过程；
(3)取消上面板108和/或下面板109对负极片117的压合，驱动负极片117向收卷装置107移动，移动距离大于等于负极片117预锂化的长度；
(4)重复步骤(2)和(3)，持续进行预锂化。
预锂化负极与隔膜、正极片通过卷绕、或者层叠的方式组成电芯；电芯为锂离子电池、锂离子电容器等。
本发明通过驱动装置控制设有金属锂层的上面板和下面板对负极片压合的压力和时间来量化预嵌锂的量，使锂离子在负极活性物质表面嵌入均匀并可控制。相对于传统的复杂预嵌锂过程，本发明公开的负极片预锂化系统的嵌锂时间短，负极片的嵌锂量能够得到精确控制且锂离子能够均匀分布在负极片上。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种负极片预锂化系统，其特征在于，包括：设置在放卷装置区的放卷装置、电解液池、平压装置以及设置在收卷装置区的收卷装置；负极片的一端连接所述放卷装置，所述负极片的另一端连接所述收卷装置；所述电解液池为装有电解液的密封装置；所述平压装置设置在所述电解液池内；
所述平压装置包括相对设置的上面板和下面板；所述上面板和所述下面板相对的一面均设置有金属锂层；
所述放卷装置用于放置待预理化的负极片，所述平压装置用于对所述待预理化的负极片进行预理化，所述收卷装置用于放置预理化后的负极片。
2.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，还包括设置在干燥区的热风发生器，所述干燥区设置在所述电解液池和所述收卷装置区中间，所述热风发生器用于对预理化后的负极片进行干燥处理。
3.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述放卷装置与所述收卷装置之间设置有至少两个转动轴，所述转动轴浸没于电解液池中，所述转动轴用于支撑所述负极片。
4.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述电解液池的上方设置有惰性气体；所述惰性气体为氮气、氩气、氦气一种或多种。
5.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述平压装置还包括支撑杆和驱动装置；所述下面板通过所述支撑杆固定在所述电解液池的底部，所述上面板通过所述支撑杆与所述驱动装置连接。
6.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述平压装置还包括支撑杆和驱动装置；所述上面板通过所述支撑杆固定在所述电解液池的顶部，所述下面板通过所述支撑杆与所述驱动装置连接。
7.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述上面板和所述下面板对所述负极片的压力为0.01MPa～1.0MPa。
8.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述负极片包括集流体和负极材料；所述负极材料连续或者间歇的涂覆在所述集流体上。
9.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述金属锂层的宽度大于或等于所述负极片的宽度。
10.根据权利要求1所述的负极片预锂化系统，其特征在于，所述电解液池设有保温装置，所述保温装置用于使所述电解液的温度保持在30～40℃。
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