CN116979160A - 阳极极片预锂化设备及预锂化方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及二次电池领域，公开了一种阳极极片预锂化设备及预锂化方法。该阳极极片预锂化设备包括放卷装置、收卷装置和至少一个覆膜装置，覆膜装置具有覆膜腔，覆膜腔的内部设有电解槽、锂盐溶液和阳极辊、阴极辊和压辊，部分阴极辊处于电解槽的锂盐溶液内，以使得锂盐溶液经电解产生的锂箔能够附着在阴极辊上，压辊与阴极辊之间形成可供极片穿过的间隙。本申请提供的预锂化设备通过电解的方式制造锂箔，以消除现有技术对锂箔厚度、宽度及均匀性的限制，从而解决阳极极片首圈库仑效率低的问题，有效提升锂离子电池能量密度及循环寿命，同时，确保极片覆膜的均匀性和稳定性，有效提高了极片的补锂效率和补锂效果。
Description
技术领域
本申请涉及二次电池领域，具体地涉及一种阳极极片预锂化设备及预锂化方法。
背景技术
阳极是锂离子电池的关键组件，实现高容量阳极在锂离子电池中的应用可大幅提升锂离子电池的能量密度。然而阳极片目前存在严重的低首圈库仑效率问题，致使大量活性锂在循环初期被不可逆消耗，制约了其在提升锂离子电池能量密度方面发挥的优势。
为弥补首次充电形成SEI膜(固体电解质界面膜)造成的锂损失，研究人员发现预锂化技术是解决阳极锂损失问题的有效方案。目前工艺化程度较高的预锂技术为阳极接触金属锂预锂化。但目前采用机械辊压法得到的超薄金属锂带的宽幅很难达到200mm以上，厚度10μm以下，且厚度波动均在±1.5μm的水平，对于所需预锂量较少的电池体系来说，可能只需要4μm左右甚至2μm以下的锂箔预锂量，否则会造成电芯析锂产生安全隐患，而机械辊压法得到的超薄金属锂带接触预锂化技术是目前较难实现的。
中国申请专利CN111987288A公开了一种锂离子储能器件电极原位补锂的方法和应用，通过将电极极片放置于蒸镀设备的真空腔体内，在电极极片承载电极活性物质的一侧表面进行真空蒸镀锂，形成蒸镀锂箔；真空蒸镀结束后，在维持真空腔体内的压力≤1Pa的条件下，向真空腔体内通入高纯氮气，对所述蒸镀锂箔进行氮化，在所述电极极片表面原位生成氮化锂,利用在锂离子电池电极表面通过氮化沉积的锂薄膜原位生成氮化锂以作为补锂添加剂，在电池首次充电过程中通过氮化锂分解而产生锂离子，参与阳极固态电解质界面膜的形成，以实现补锂效果。但是，该锂离子储能器件电极原位补锂的方法较为复杂，金属锂原材料利用率低，真空条件下实现补锂的条件较高，实验成本较高，无法大规模地进行推广应用。
中国实用新型专利CN210576212U一种锂离子电池硅基负极极片用预锂化装置，属于锂离子电池技术领域，包括电池极片，动力机，金属锂箔包覆的下轧辊，上轧辊，清洗槽，放卷机构和收卷机构。该装置将电极片与金属锂棒直接接触进行直接预锂化过程，可通过改变接触压力，接触时间等参数改变预锂化程度。但是，该锂离子电池硅基负极极片用预锂化装置采用金属锂棒直接接触阳极片，通过接触压力，接触时间等控制预锂量，设备控制精度低，无法实现阳极极片0.5-10微米预锂量的精准控制需求。
中国申请专利CN115133149A提供了一种补锂方法、电化学补锂系统装置及其应用，电化学补锂系统装置包括至少一个镀锂装置，镀锂装置包括镀锂池与外电路，镀锂池内设置有锂源，锂源与多孔电极连接，多孔电极的一侧表面相对设置有滚轮，外电路电性连接所述多孔电极与滚轮，极片的一侧表面与滚轮表面贴合，极片的另一侧表面朝向多孔电极，使得锂离子均匀地传送到极片上，达到高效、均匀、可控的补锂效果，镀锂池中的镀液成分可根据实际生产需要进行调控，形成结构和成分可控的SEI膜。但是，该补锂方法、电化学补锂系统装置采用常用电化学预锂化方法，主要有以下问题：①工艺繁琐；②预锂化速率慢；③多孔电极制备成本高；④电极预锂化程度平衡耗时长；⑤表面容易析锂的问题。
因此，需要开发一种具有较低的预锂量，且预锂均匀、预锂精度高、效率快的补锂装置，来弥补现有预锂化技术的空白。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种阳极极片预锂化设备及预锂化方法。
本申请提供了一种阳极极片预锂化设备，包括放卷装置、收卷装置以及至少一个覆膜装置，所述放卷装置和所述收卷装置分别用于极片的放卷和收卷，所述覆膜装置具有覆膜腔，所述覆膜腔的内部设有电解槽，所述电解槽内设有锂盐溶液以及用于电解所述锂盐溶液的阳极辊，所述覆膜腔内还转动设有阴极辊和压辊，部分所述阴极辊处于所述锂盐溶液内，以使得所述锂盐溶液经电解产生的锂箔能够附着在所述阴极辊上，所述压辊与所述阴极辊之间形成可供所述极片穿过的间隙。
可选地，所述覆膜装置为两个，所述阳极极片预锂化设备还包括调向装置，所述极片在所述调向装置的作用下能够以不同的侧面与两个所述覆膜装置的所述阴极辊接触。
可选地，所述阳极极片预锂化设备还包括复合装置，所述复合装置能够在预设温度下对覆膜的极片以预设的压力进行压紧。
可选地，所述复合装置为两个，经所述覆膜装置进行第一次覆膜的所述极片通过其中一个所述复合装置进行压紧，经另一个所述覆膜装置进行第二次覆膜的所述极片通过另一个所述复合装置进行压紧。
可选地，所述复合装置为一个，经所述覆膜装置进行两次覆膜的所述极片通过所述复合装置进行压紧。
可选地，所述复合装置包括复合箱体，所述复合箱体的内部设有：
多个压紧件，用于压紧穿过所述压紧件的极片，且所述压紧件配置为能够调节作用在所述极片上的压力；
第一加热件，用于调整所述复合箱体内部的温度。
可选地，多个所述压紧件作用在所述极片上的压力沿着所述极片的输送方向逐渐增加。
可选地，所述压紧件包括沿着竖直方向间隔设置的支撑辊和压力辊，所述支撑辊与所述压力辊之间形成可供极片穿过的间隙。
可选地，相邻的两个所述压紧件之间设有张紧辊。
可选地，所述压力辊的直径为150mm-200mm，宽幅为50-500mm，压力为0-2t，温度为RT-120℃，其中，所述压力辊的压力和温度可调。
可选地，所述支撑辊的直径为150mm-200mm，宽幅为50-500mm，温度为RT-120℃，其中，所述支撑辊的温度可调。
可选地，所述第一加热件包括两个相对设置在所述压紧件两侧的循环热风枪，所述循环热风枪能够朝向所述复合箱体的内部输送工作气体。
可选地，所述阳极极片预锂化设备还包括废气收集装置，所述废气收集装置包括：
废气收集管道，穿设在所述覆膜腔的内部，并将所述覆膜腔分割成第一腔体和第二腔体，所述电解槽处于所述第一腔体内，所述压辊和部分所述阴极辊处于所述第二腔体内；
废气收集件，用于收集经所述废气收集管道排出的废气。
可选地，所述电解槽上连接有循环供液装置，所述循环供液装置包括：
锂盐存储热熔机构，用于存储预设温度的锂盐溶液；
输送管道，用于连接所述锂盐存储热熔机构的出液口和所述电解槽的进液口；
回流管道，用于连接所述锂盐存储热熔机构的进液口和所述电解槽的出液口。
可选地，所述锂盐存储热熔机构包括锂盐容纳箱体和用于对所述锂盐容纳箱体进行加热的第二加热件，所述锂盐容纳箱体上设有用于投放锂盐的投料口，其中，所述输送管道的进液口和所述回流管道的出液口均连接在所述锂盐容纳箱体上。
可选地，所述循环供液装置配置为能够调节所述电解槽内所述锂盐溶液的液位高度。
可选地，所述覆膜腔的内部还设有冷却装置，所述冷却装置用于对所述阴极辊上的锂箔进行冷却。
可选地，所述冷却装置包括风刀，所述风刀的宽幅为50-500mm，所述风刀的出风角度与所述阴极辊辊面切线的夹角为α，其中，5°≤α≤85°。
可选地，所述覆膜腔的内部还设有清洗装置，所述清洗装置用于对所述阴极辊进行清洗。
可选地，所述阳极辊上设有多个开孔，所述阳极辊的内部设有与所述开孔连通的排气孔，所述排气孔上连接有第一排气管道。
可选地，所述压辊的直径为150-300mm，宽幅为50-500mm，所述压辊提供的压力为0.1-5t。
可选地，所述阴极辊的直径为300-700mm，宽幅为50-500mm，其中，所述压辊的压力可调。
可选地，所述阳极辊的直径为50-100mm，宽幅为50-500mm。
本申请还提供了一种阳极极片预锂化方法，包括以下步骤：
在覆膜装置的电解槽内充入锂盐溶液，并通过阳极辊对锂盐溶液进行电解，以在阴极辊上形成预设宽度和厚度的锂箔，并将覆膜装置的温度调节成预设温度；
通过放卷装置对极片进行放卷，极片经过覆膜装置的阴极辊和压辊时，压辊朝向极片提供一定的压力，使得极片与阴极辊接触的一侧覆膜；
通过收卷装置对覆膜后的极片进行收卷。
可选地，还包括以下步骤：
覆膜装置为两个，在经过第一个覆膜装置后，极片在调向装置的作用下改变进入到第二个覆膜装置的阴极辊和压辊之间的方向，使得极片的未覆膜的一侧与阴极辊接触，压辊朝向极片提供一定的压力，使得极片的另一侧覆膜，以得到双面腹膜的极片；
可选地，通过复合装置在预设温度下对覆膜的极片以预设的压力进行压紧。
本申请实施方式提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请提供的阳极极片预锂化设备通过电解的方式制造锂箔，以消除传统机械辊压法对锂箔厚度、宽度及均匀性的限制，且锂箔预先附着在阴极辊上，以在阴极辊的外周形成致密、稳定的锂箔，同时，可通过阴极辊停留在电解液内的时间控制锂箔的厚度，进而控制锂箔的附着厚度，满足不同体系的阳极极片预锂量需求，从而解决阳极极片首圈库仑效率低的问题，有效提升锂离子电池能量密度及循环寿命，极片穿过阴极辊和压辊形成的间隙后，可通过压辊将极片与阴极辊压紧，进而使得阴极辊上的锂箔能够贴合在极片的侧面，确保极片覆膜的均匀性和稳定性，且覆膜过程简单，大大提高了极片的补锂效率和补锂效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施方式，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
图1为本申请实施方式所述复合装置为两个时的阳极极片预锂化设备的结构示意图；
图2为本申请实施方式所述复合装置为一个时的阳极极片预锂化设备的结构示意图；
图3为本申请实施方式所述覆膜装置的结构示意图；
图4为本申请实施方式所述锂盐存储热熔机构的结构示意图；
图5为本申请实施方式所述复合装置的结构示意图；
图6为本申请实施方式所述极片第一次覆膜时的示意图；
图7为本申请实施方式所述极片第二次覆膜时的示意图；
图8为本申请实施方式所述冷却装置的设置方式的示意图。
附图标记说明
1、放卷装置；11、放卷轴；12、放卷纠偏机构；13、放卷张力检测机构；2、收卷装置；21、收卷轴；22、收卷纠偏机构；23、收卷张力检测机构；3、调向装置；31、调向轮；4、覆膜装置；41、覆膜腔；411、电解槽；412、锂盐溶液；413、阳极辊；414、阴极辊；415、压辊；416、第一腔体；417、第二腔体；418、冷却装置；4181、风刀；419、清洗装置；4191、负压清洗刮刀；4192、等离子清洗构件；42、覆膜箱体；421、第二排气管道；5、极片；6、复合装置；61、复合箱体；62、压紧件；621、支撑辊；622、压力辊；623、张紧辊；63、第一加热件；631、循环热风枪；7、废气收集装置；71、废气收集管道；72、废气收集件；8、循环供液装置；81、锂盐存储热熔机构；811、锂盐容纳箱体；812、第二加热件；813、投料口；82、输送管道；83、回流管道；84、液位传感器；85、计量泵；9、检测机构。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面将对本申请的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施方式只是本申请的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
结合图1和图2所示，本申请实施方式提供的阳极极片预锂化设备包括放卷装置1、收卷装置2以及至少一个覆膜装置4。放卷装置1和收卷装置2分别用于极片5的放卷和收卷。
覆膜装置4具有覆膜腔41，其中，覆膜装置4包括覆膜箱体42，覆膜箱体42的内部形成覆膜腔41，覆膜箱体42为封闭箱体，且由1-3mm厚的不锈钢弯折焊接形成，覆膜箱体42的内壁填充有隔热材料，具有一定的恒温效果。覆膜腔41的内部设有电解槽411，电解槽411设置在覆膜腔41的底部，电解槽411内设有锂盐溶液412以及用于电解锂盐溶液412的阳极辊413，此外，电解槽411内还应设有恒温加热棒和温度传感器，以通过恒温加热棒和温度传感器的相互作用确保锂盐溶液412的温度，优选的将锂盐溶液412的温度控制在500-900℃，具体温度可根据实际需求进行调整。覆膜腔41内还转动设有阴极辊414和压辊415，部分阴极辊414处于锂盐溶液412内，以使得锂盐溶液412经电解产生的锂箔能够附着在阴极辊414上，且随着阴极辊414的转动，锂箔逐渐覆膜在阴极辊414的外周。压辊415与阴极辊414沿着竖直方向相对设置，以使得压辊415与阴极辊414之间形成可供极片5穿过的间隙，极片5穿过间隙后，通过压辊415将极片5压紧在阴极辊414上，此时，由于极片5与锂箔的附着力大于锂箔与阴极辊414的附着力，因此阴极辊414上的锂箔能够附着在极片5上。
本申请提供的阳极极片预锂化设备通过电解的方式制造锂箔，以消除传统机械辊压法对锂箔宽度的限制，且锂箔预先附着在阴极辊414上，以在阴极辊414的外周形成致密、稳定的锂箔，同时，可通过阴极辊414停留在电解液内的时间控制锂箔的厚度，进而控制锂箔的附着厚度，满足不同体系的阳极极片5预锂量需求，从而解决阳极极片5首圈库仑效率低的问题，有效提升锂离子电池能量密度，极片5穿过阴极辊414和压辊415形成的间隙后，可通过压辊415将极片5与阴极辊414压紧，进而使得阴极辊414上的锂箔能够贴合在极片5的侧面，确保极片5覆膜的均匀性和稳定性，且覆膜过程简单，大大提高了极片5的补锂效率和补锂效果。
在另一些实施方式中，覆膜装置4为两个，阳极极片预锂化设备还包括调向装置3，极片5在调向装置3的作用下能够以不同的侧面与两个覆膜装置4的阴极辊414接触，以使得两个覆膜装置4能够分别对极片5的两个侧面进行覆膜。该种设计方式下的阳极极片预锂化设备能够通过调向装置3改变极片5的传送方向，以使得两个覆膜装置4能够分别对极片5的两侧进行覆膜，进而得到双面腹膜的极片5，进一步提高了极片5的补锂效率和补锂效果。
结合图1至图3所示，本申请的调向装置3包括多个调向轮31，多个调向轮31的排布方式，应使得绕过多个调向轮31的极片5能够改变传送方向，以使得经首个覆膜装置4输出的极片5的朝向与进入到另一个覆膜装置4的极片5的朝向不同，进而使得不同的覆膜装置4中，极片5的不同侧与阴极辊414接触。
作为一种可行的实施方式，结合图1和图2所示，放卷装置1包括放卷座体和转动设置在放卷座体上的放卷轴11，极片5缠绕在放卷轴11的外周，以能够通过放卷轴11释放极片5。放卷座体上设有多个放卷辊，极片5绕过多个放卷辊并伸出放卷座体，进入到后续设备。其中，放卷辊的布置方式应使得极片5能够沿着预设路径延伸，满足极片5的输送需求。
进一步优化地，放卷座体上还设有放卷纠偏机构12和放卷张力检测机构13，其中，放卷纠偏机构12用于确保极片5沿着预设方向输送，避免极片5偏离输送路径。放卷张力检测机构13用于极片5的张紧力的测试，避免极片5过于张紧或松弛，确保极片5输送效果。放卷张力检测机构13可配合放卷调整轮进行使用，极片5绕过放卷调整轮，且放卷调整轮能够移动，以通过放卷调整轮的移动对极片5的张紧程度进行调节。其中，放卷纠偏机构12和放卷张力检测机构13均为常规技术，在此对其结构和工作原理未做过多的描述。
收卷装置2包括收卷座体和转动设置在收卷座体上的收卷轴21，极片5的端部与收卷轴21连接，以使得极片5能够随着收卷轴21的转动缠绕在收卷轴21的外周。收卷座体上设有多个收卷辊，极片5的端部插入收卷座体后，依次绕过多个收卷辊并与收卷轴21连接。其中，收卷辊的布置方式应使得极片5能够沿着预设路径延伸，满足极片5的收卷需求。
进一步优化地，收卷座体上还设有收卷纠偏机构22和收卷张力检测机构23，其中，收卷纠偏机构22用于确保极片5沿着预设方向输送，避免极片5偏离输送路径。收卷张力检测机构23用于极片5的张紧力的测试，避免极片5过于张紧或松弛，确保极片5输送效果。收卷张力检测机构23可配合收卷调整轮进行使用，极片5绕过收卷调整轮，且收卷调整轮能够移动，以通过收卷调整轮的移动对极片5的张紧程度进行调节。其中，收卷纠偏机构22和收卷张力检测机构23均为常规技术，在此对其结构和工作原理未做过多的描述。
结合图1和图2所示，本申请的阳极极片预锂化设备还包括复合装置6，复合装置6能够在预设温度下对覆膜的极片5以预设的压力进行压紧。该种设计方式能够通过复合装置6对覆膜的极片5进行预老化处理，达到高效、均匀、可控的补锂效果，进而能够生成稳定的固态电解质膜。
在一些实施方式中，如图1所示，复合装置6为两个，经覆膜装置4进行第一次覆膜的极片5通过其中一个复合装置6进行压紧，经另一个覆膜装置4进行第二次覆膜的极片5通过另一个复合装置6进行压紧。该种设计方式下，当极片5的一侧覆膜后，极片5即穿过复合装置6以对单侧覆膜的极片5进行预老化处理，当极片5的另一侧覆膜后，极片5再穿过另一个复合装置6以对两侧覆膜的极片5进行预老化处理，最终得到两面预锂化极片5，该种设计方式由于极片5在覆膜后即可进行预老化处理，因此能够有效调整极片5的预老化速度，控制预老化产热的温度，进而以提高极片5的预老化效果。
在另一些实施方式中，如图2所示，复合装置6为一个，经覆膜装置4进行两次覆膜的极片5通过复合装置6进行压紧。该种设计方式下，极片5经其中一个覆膜装置4进行一侧覆膜后，再进入到另一个覆膜装置4进行另一侧的覆膜，且当极片5两侧均覆膜后，再通过复合装置6进行预老化处理，该种设计方式的极片5两侧同时进行预锂化处理，最终得到双面预锂化极片5，该过程仅需要一个复合装置6，可简化工艺流程，节省设备成本。
可以理解的是，本申请的阳极极片预锂化设备也可不设置复合装置6，此时，可通过后续工序对覆膜的极片5进行预老化处理。通过对预锂化阳极极片前体进行压力(阶梯式设定，从小到大，控制预锂化速度)恒温预老化处理，达到高效、均匀、可控的补锂效果，生成均匀稳定的固态电解质(SEI)膜，得到预锂化阳极极片5。
如图5所示，本申请的复合装置6包括复合箱体61，复合箱体61的内部设有多个压紧件62和第一加热件63。极片5依次穿过多个压紧件62，多个压紧件62用于压紧穿过压紧件62的极片5，且压紧件62配置为能够调节作用在极片5上的压力。第一加热件63用于调整复合箱体61内部的温度，以使得极片5能够在预设温度和压力下进行压紧。
作为一种可行的实施方式，多个压紧件62作用在极片5上的压力沿着极片5的输送方向逐渐增加。以实现预锂化极片5不同压力与时长老化控制，其中，第一加热件63的加热温度可为40-120℃。
具体地，压紧件62包括沿着竖直方向间隔设置的支撑辊621和压力辊622，支撑辊621与压力辊622之间形成可供极片5穿过的间隙，极片5穿过支撑辊621与压力辊622之间的间隙，并通过压力辊622对极片5施加一定的压力。进一步优化地，相邻的两个压紧件62之间设有张紧辊623，以确保传送过程中的极片5处于张紧状态，确保极片5的输送效果。
本申请的压力辊622的直径为150mm-200mm，宽幅为50-500mm，压力为0-2t，温度为RT-120℃，可根据实际需求进行设计，RT为室温。其中，压力辊622的压力和温度可调，以使得压力辊622能够对极片5施加不同的温度和压力。支撑辊621的直径为150mm-200mm，宽幅为50-500mm，温度为RT-120℃，其中，可根据实际需求进行设计，RT为室温。支撑辊621的温度可调，以使得支撑辊621能够为极片5提供不同的温度。
其中，压力辊622采用聚甲醛(POM)或搪瓷等不黏锂材料加工制造；支撑辊621采用POM或搪瓷等不黏锂材料加工制造
在一些实施方式中，多个压力辊622对极片5施加的压力相同，此时，每个压紧件62的压力辊622和支撑辊621的温度相同，不同的压紧件62作用在极片5上的温度不同。且多个压紧件62沿着极片5的输送方向，温度逐渐增加。
在另一些实施方式中，多个压力辊622作用在极片5上的温度相同，此时，不同的压紧件62中压力辊622对极片5施加的压力不同。且多个压力辊622沿着极片5的输送方向，对极片5施加的压力逐渐增加。
在另一些实施方式中，每个压紧件62的压力辊622和支撑辊621的温度相同，并且，不同的压紧件62作用在极片5上的温度不同，同时，不同的压紧件62中压力辊622对极片5施加的压力不同。且多个压力辊622沿着极片5的输送方向，对极片5施加的压力逐渐增加，多个压紧件62沿着极片5的输送方向，温度逐渐增加。
可见，本申请的复合装置6对极片5施加的压力和作用在极片5上的温度可根据极片5覆膜的厚度进行调整，以满足极片5的覆膜需求。
如图5所示，第一加热件63包括两个相对设置在压紧件62两侧的循环热风枪631，循环热风枪631能够朝向复合箱体61的内部输送工作气体。该种设计方式实现阳极预锂化极片前体恒温及工作气体下老化控制，其中，工作气体优先选用高纯氩气等不与锂金属反应的气体。
结合图1至图3所示，阳极极片预锂化设备还包括废气收集装置7，废气收集装置7包括废气收集管道71和废气收集件72。
废气收集管道71穿设在覆膜腔41的内部，并将覆膜腔41分割成第一腔体416和第二腔体417，电解槽411处于第一腔体416内，压辊415和部分阴极辊414处于第二腔体417内。其中，废气收集管道71可采用箱体结构，以使得废气收集管道71能够沿着覆膜腔41的径向方向布置，以将覆膜腔41分隔，废气收集管道71的进风口设置在废气收集管道71的底部，以能够收集经废气收集管道71排出的废气，该种设计方式电解产生的废气以及阴极辊414在清洗过程中产生的废气可通过废气收集管道71排出，并通过废气收集件72进行收集，避免污染环境。其中，废气收集管道71的外壁附有隔热材料，以使得被分隔后的第一腔体416和第二腔体417的温度互不影响。废气收集件72为用于废气收集的常规部件，在此未对其做过多的描述。
进一步优化地，覆膜箱体42的顶部设有第二排气管道421，且第二排气管道421的输出端伸出覆膜箱体42并与废气收集件72连接，以使得部分废气能够通过第二排气管道421排除，确保废气的排出效果。
如图3所示，电解槽411上连接有循环供液装置8，循环供液装置8包括锂盐存储热熔机构81、输送管道82和回流管道83。锂盐存储热熔机构81用于存储预设温度的锂盐溶液412。输送管道82用于连接锂盐存储热熔机构81的出液口和电解槽411的进液口。回流管道83用于连接锂盐存储热熔机构81的进液口和电解槽411的出液口。该种设计方式能够通过循环供液装置8为电解槽411循环提供预设温度的锂盐溶液412，以确保锂盐溶液412的电解效果和覆膜在阴极辊414上的效果，进而确保附着在阴极辊414上的锂箔的均匀性。
作为一种可行的实施方式，如图4所示，锂盐存储热熔机构81包括锂盐容纳箱体811和用于对锂盐容纳箱体811进行加热的第二加热件812，锂盐容纳箱体811上设有用于投放锂盐的投料口813，其中，输送管道82的进液口和回流管道83的出液口均连接在锂盐容纳箱体811上。该种设计方式的锂盐存储热熔机构81能够实时调整经输送管道82输送处的锂盐溶液412的温度，进而使得进入到电解槽411内的锂盐溶液412的温度满足设计需求。其中，锂盐容纳箱体811内设有温度传感器，以检测锂盐容纳箱体811内锂盐溶液412的温度，以使得第二加热件812能够将锂盐溶液412的温度控制在500-900℃。
进一步优化地，循环供液装置8配置为能够调节电解槽411内锂盐溶液412的液位高度，进而通过控制电解液的液位，以调节阴极辊414与电解液的接触面积，进而能够调节锂箔附着在阴极辊414上的厚度。
具体地，循环供液装置8还包括设置在电解槽411内的液位传感器84以及设置在输送管道82和回流管道83上的计量泵85。当液位传感器84检测到电解槽411内的液位低于预设液位时，输送管道82上的计量泵85增大液体流量，回流管道83上的计量泵85减小液体流量，进而使得电解槽411内的液位能够升高。反之，当液位传感器84检测到电解槽411内的液位大于预设液位时，输送管道82上的计量泵85减小液体流量，回流管道83上的计量泵85增大液体流量，进而使得电解槽411内的液位能够降低。
此外，也可通过控制阴极辊414的转速来控制阴极辊414在锂盐溶液412内停留的时间，进而控制附着在阴极辊414上的锂箔的厚度。
该种设计方式可根据不同的工艺生产需要进行调控，可通过控制阳极极片5的走带速度、控制电解槽411液面高度以及阳极辊413、阴极辊414和压辊415的轴向长度，形成结构和成分可控的SEI膜，以便满足不同体系的阳极极片5的需求，从而优化电池组成与性能。其中，可通过控制阳极极片5的走带速度以及电解槽411液面高度来控制附着在阴极辊414外周的锂箔厚度，通过控制阳极辊413、阴极辊414和压辊415的轴向长度来控制附着在阴极辊414外周的锂箔宽度。
结合图3和图8所示，覆膜腔41的内部还设有冷却装置418，冷却装置418用于对阴极辊414上的锂箔进行冷却，以减少锂箔与阴极辊414之间的结合力，便于锂箔覆膜在极片5上。
作为一种可行的实施方式，冷却装置418包括风刀4181，风刀4181的宽幅为50-500mm，以使得风刀4181的宽幅与阴极辊414的宽幅相适应，确保阴极辊414上的锂箔的冷却效果。风刀4181的出风角度与阴极辊414辊面切线的夹角为α，其中，5°≤α≤85°，可根据实际需求进行设计。其中，风刀4181吹出的冷却风为高纯氩气等不与锂金属反应的气体。
本申请的覆膜腔41的内部还设有清洗装置419，清洗装置419用于对阴极辊414进行清洗，即清洗装置419用于锂箔转移完成后阴极辊414表面的清洁，避免阴极辊414上残留杂质。具体地，清洗装置419包括与阴极辊414相对设置的负压清洗刮刀4191和等离子清洗构件4192。其中，负压清洗刮刀4191和等离子清洗构件4192均为常规构件，在此未对其结构和工作原理做过多的描述。
本申请的阳极辊413上设有多个开孔，阳极辊413的内部设有与开孔连通的排气孔，排气孔上连接有第一排气管道。该种设计方式下，使得部分废气通过开孔流向第一排气管道，进而通过第一排气管道排出，确保废气的排出效果。进一步优化地，第一排气管道的排气端也与废气收集件72连接，避免废气排向大气，减少环境污染。
在一些实施方式中，压辊415的直径为150-300mm，宽幅为50-500mm，压辊415提供的压力为0.1-5t。阴极辊414的直径为300-700mm，宽幅为50-500mm，其中，压辊415的压力可调。其中，压辊415和阴极辊414的直径可根据压紧需求进行设计，压辊415的宽幅以及阴极辊414的宽幅可由需要附着在极片5上的锂箔的宽度确定。压辊415的压力应满足能够将阴极辊414上的锂箔转移至极片5上。此外，阳极辊413的直径为50-100mm，宽幅为50-500mm，可根据实际需求进行设计，且阳极辊413的宽幅也应与阴极辊414的宽幅相对应，以确保电解后的锂箔的附着效果。
本申请的压辊415采用POM或搪瓷等不黏锂材料加工制造；阴极辊414采用铁辊、钛辊等金属材料制造，以使得电解后的金属锂箔能够敷在阴极辊414上，且具有一定的结合力，使得阴极辊414能够带动锂箔转动；阳极辊413采用石墨等材料。
在另一些实施方式中，本申请的阳极极片预锂化设备还包括检测机构9，可通过检测机构9检测极片5的覆膜质量，其中，检测机构9可为多个，多个检测机构9分别设置在不同结构的下游，以使得检测机构9能够检测不同阶段加工后的极片5覆膜是否满足需求。其中，检测机构9为常规部件，在此对其结构和工作原理未做过多的描述。
本申请提供的阳极极片预锂化设备可实现阳极极片5连续化生产，具有视觉检测功能、液位监测、温度监测等传感器，设备自动化程度高。
本申请还提供了一种阳极极片预锂化方法，包括以下步骤：
步骤S1，在覆膜装置4的电解槽411内充入锂盐溶液412，并通过阳极辊413对锂盐溶液412进行电解，以在阴极辊414上形成预设宽度和厚度的锂箔，并将覆膜装置4的温度调节成预设温度。
具体地，在电解槽411内循环补充500-900℃的锂盐溶液412，并在电解槽411内放置直径为50-100mm，宽幅为50-500mm的阳极辊413，相应地，阴极辊414的直径为300-700mm，宽幅为50-500mm；压辊415的直径为150-300mm，宽幅为50-500mm压辊415提供的压力为0.1-5t。电解槽411工作，以在阴极辊414上生成厚度为0.5-10μm、宽度为50-500mm的锂箔。
步骤S2，通过放卷装置1对极片5进行放卷，极片5经过覆膜装置4的阴极辊414和压辊415时，压辊415朝向极片5提供一定的压力，使得极片5与阴极辊414接触的一侧覆膜。
具体地，极片5穿过阴极辊414和压辊415之间的间隙，且在压辊415和阴极辊414转动过程中，沿着预设方向输送极片5，并使得阴极辊414上的锂箔在压力作用下结合在极片5的一侧以得到极片前体。其中，在压紧极片5前，通过冷却装置418对锂箔进行冷却，以使得极片5的补锂温度控制在10-25℃。
步骤S3，通过收卷装置2对覆膜后的极片5进行收卷。
在另一些实施方式中，本申请提供的一种阳极极片预锂化方法包括以下步骤：
步骤S1，在覆膜装置4的电解槽411内充入锂盐溶液412，并通过阳极辊413对锂盐溶液412进行电解，以在阴极辊414上形成预设宽度和厚度的锂箔，并将覆膜装置4的温度调节成预设温度。
步骤S2，通过放卷装置1对极片5进行放卷，极片5经过第一个覆膜装置4的阴极辊414和压辊415时，压辊415朝向极片5提供一定的压力，使得极片5与阴极辊414接触的一侧覆膜。
步骤S3，极片5在调向装置3的作用下改变进入到第二个覆膜装置4的阴极辊414和压辊415之间的方向，使得极片5的未覆膜的一侧与阴极辊414接触，压辊415朝向极片5提供一定的压力，使得极片5的另一侧覆膜。
具体地，极片5在调向装置3的作用下改变进入到第二个覆膜装置4的方向，进而使得极片5的未覆膜的一侧与阴极辊414接触，其中，该覆膜装置4的阳极辊413、阴极辊414和压辊415的参数应与第一个覆膜装置中阳极辊413、阴极辊414和压辊415的参数相同，以能够在阴极辊414上生成厚度为0.5-10μm、宽度为50-500mm的锂箔，且极片5的补锂温度控制在10-25℃，确保极片5两侧的覆膜效果相同。
步骤S4，通过收卷装置2对覆膜后的极片5进行收卷。
本申请的阳极极片预锂化设备还包括复合装置6，通过复合装置6在预设温度下对覆膜的极片5以预设的压力进行压紧，以对极片前体进行预老化处理。
在另一些实施方式中，本申请提供的一种阳极极片预锂化方法包括以下步骤：
步骤S1，在覆膜装置4的电解槽411内充入锂盐溶液412，并通过阳极辊413对锂盐溶液412进行电解，以在阴极辊414上形成预设宽度和厚度的锂箔，并将覆膜装置4的温度调节成预设温度。
步骤S2，通过放卷装置1对极片5进行放卷，极片5经过第一个覆膜装置4的阴极辊414和压辊415时，压辊415朝向极片5提供一定的压力，使得极片5与阴极辊414接触的一侧覆膜。
步骤S3，对单面预锂化极片前体进行预老化处理，生成稳定的固态电解质(SEI)膜，得到单面预锂化极片5。其中，极片前体的预老化温度为40-120℃，压紧件62的温度为40-120℃，多个压紧件62沿着极片5的输送方向压力逐渐增加。
步骤S4，极片5在调向装置3的作用下改变进入到第二个覆膜装置4的阴极辊414和压辊415之间的方向，使得极片5的未覆膜的一侧与阴极辊414接触，压辊415朝向极片5提供一定的压力，使得极片5的另一侧覆膜。
步骤S5，对双面预锂化极片前体进行预老化处理，生成稳定的固态电解质(SEI)膜，得到双面预锂化极片5。其中，极片前体的预老化温度为40-120℃，压紧件62的温度为40-120℃，多个压紧件62沿着极片5的输送方向压力逐渐增加。
步骤S6，通过收卷装置2对覆膜后的极片5进行收卷。
在另一些实施方式中，本申请提供的一种阳极极片预锂化方法包括以下步骤：
步骤S1，在覆膜装置4的电解槽411内充入锂盐溶液412，并通过阳极辊413对锂盐溶液412进行电解，以在阴极辊414上形成预设宽度和厚度的锂箔，并将覆膜装置4的温度调节成预设温度。
步骤S2，通过放卷装置1对极片5进行放卷，极片5经过第一个覆膜装置4的阴极辊414和压辊415时，压辊415朝向极片5提供一定的压力，使得极片5与阴极辊414接触的一侧覆膜。
步骤S3，极片5在调向装置3的作用下改变进入到第二个覆膜装置4的阴极辊414和压辊415之间的方向，使得极片5的未覆膜的一侧与阴极辊414接触，压辊415朝向极片5提供一定的压力，使得极片5的另一侧覆膜。
步骤S4，对双面预锂化极片前体进行预老化处理，生成稳定的固态电解质(SEI)膜，得到双面预锂化极片5。其中，极片前体的预老化温度为40-120℃，压紧件62的温度为40-120℃，多个压紧件62沿着极片5的输送方向压力逐渐增加。
步骤S5，通过收卷装置2对覆膜后的极片5进行收卷。
本申请的阳极极片预锂化方法制备方法能够解决机械辊压法大于200mm宽幅受限问题；且得到的锂箔厚度能够小于1μm，同时能够确保厚度的一致性，解决厚度波动大的问题。过对预锂化阳极极片前体进行压力(阶梯式设定，从小到大，控制预锂化速度)恒温预老化处理，达到高效、均匀、可控的补锂效果，生成均匀稳定的固态电解质(SEI)膜，得到预锂化阳极极片5。
下表为采用本申请提供的阳极极片预锂化方法制备的锂箔参数和传统方法制备的锂箔参数的对比：
可见，采用本申请所提供的阳极极片预锂化方法可由锂盐直接制备出用于阳极极片5预锂化的超薄金属锂箔，方法简单高效，得到的预锂化阳极极片5性能优于现有熔融锂涂布等方法。
其中，本申请的阳极极片预锂化方法可通过上述的阳极极片预锂化设备实现。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施方式的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施方式中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施方式，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (18)
1.一种阳极极片预锂化设备，其特征在于，包括放卷装置(1)、收卷装置(2)以及至少一个覆膜装置(4)，所述放卷装置(1)和所述收卷装置(2)分别用于极片(5)的放卷和收卷，所述覆膜装置(4)具有覆膜腔(41)，所述覆膜腔(41)的内部设有电解槽(411)，所述电解槽(411)内设有锂盐溶液(412)以及用于电解所述锂盐溶液(412)的阳极辊(413)，所述覆膜腔(41)内还转动设有阴极辊(414)和压辊(415)，部分所述阴极辊(414)处于所述锂盐溶液(412)内，以使得所述锂盐溶液(412)经电解产生的锂箔能够附着在所述阴极辊(414)上，所述压辊(415)与所述阴极辊(414)之间形成可供所述极片(5)穿过的间隙。
2.根据权利要求1所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，其中，所述覆膜装置(4)为两个，所述阳极极片预锂化设备还包括调向装置(3)，所述极片(5)在所述调向装置(3)的作用下能够以不同的侧面与两个所述覆膜装置(4)的所述阴极辊(414)接触。
3.根据权利要求2所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述阳极极片预锂化设备还包括复合装置(6)，所述复合装置(6)能够在预设温度下对覆膜的极片(5)以预设的压力进行压紧。
4.根据权利要求3所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述复合装置(6)为两个，经所述覆膜装置(4)进行第一次覆膜的所述极片(5)通过其中一个所述复合装置(6)进行压紧，经另一个所述覆膜装置(4)进行第二次覆膜的所述极片(5)通过另一个所述复合装置(6)进行压紧；或者
所述复合装置(6)为一个，经所述覆膜装置(4)进行两次覆膜的所述极片(5)通过所述复合装置(6)进行压紧。
5.根据权利要求3所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述复合装置(6)包括复合箱体(61)，所述复合箱体(61)的内部设有：
多个压紧件(62)，用于压紧穿过所述压紧件(62)的极片(5)，且所述压紧件(62)配置为能够调节作用在所述极片(5)上的压力；优选地，多个所述压紧件(62)作用在所述极片(5)上的压力沿着所述极片(5)的输送方向逐渐增加；
第一加热件(63)，用于调整所述复合箱体(61)内部的温度。
6.根据权利要求5所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述压紧件(62)包括沿着竖直方向间隔设置的支撑辊(621)和压力辊(622)，所述支撑辊(621)与所述压力辊(622)之间形成可供极片(5)穿过的间隙；优选的，相邻的两个所述压紧件(62)之间设有张紧辊(623)。
7.根据权利要求6所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述压力辊(622)的直径为150mm-200mm，宽幅为50-500mm，压力为0-2t，温度为RT-120℃，其中，所述压力辊(622)的压力和温度可调，和/或，所述支撑辊(621)的直径为150mm-200mm，宽幅为50-500mm，温度为RT-120℃，其中，所述支撑辊(621)的温度可调。
8.根据权利要求5所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述第一加热件(63)包括两个相对设置在所述压紧件(62)两侧的循环热风枪(631)，所述循环热风枪(631)能够朝向所述复合箱体(61)的内部输送工作气体。
9.根据权利要求1所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述阳极极片预锂化设备还包括废气收集装置(7)，所述废气收集装置(7)包括：
废气收集管道(71)，穿设在所述覆膜腔(41)的内部，并将所述覆膜腔(41)分割成第一腔体(416)和第二腔体(417)，所述电解槽(411)处于所述第一腔体(416)内，所述压辊(415)和部分所述阴极辊(414)处于所述第二腔体(417)内；
废气收集件(72)，用于收集经所述废气收集管道(71)排出的废气。
10.根据权利要求1所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述电解槽(411)上连接有循环供液装置(8)，所述循环供液装置(8)包括：
锂盐存储热熔机构(81)，用于存储预设温度的锂盐溶液(412)；
输送管道(82)，用于连接所述锂盐存储热熔机构(81)的出液口和所述电解槽(411)的进液口；
回流管道(83)，用于连接所述锂盐存储热熔机构(81)的进液口和所述电解槽(411)的出液口。
11.根据权利要求10所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述锂盐存储热熔机构(81)包括锂盐容纳箱体(811)和用于对所述锂盐容纳箱体(811)进行加热的第二加热件(812)，所述锂盐容纳箱体(811)上设有用于投放锂盐的投料口(813)，其中，所述输送管道(82)的进液口和所述回流管道(83)的出液口均连接在所述锂盐容纳箱体(811)上。
12.根据权利要求10所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述循环供液装置(8)配置为能够调节所述电解槽(411)内所述锂盐溶液(412)的液位高度。
13.根据权利要求1所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述覆膜腔(41)的内部还设有冷却装置(418)，所述冷却装置(418)用于对所述阴极辊(414)上的锂箔进行冷却；优选地，所述冷却装置(418)包括风刀，所述风刀的宽幅为50-500mm，所述风刀的出风角度与所述阴极辊(414)辊面切线的夹角为α，其中，5°≤α≤85°。
14.根据权利要求1所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述覆膜腔(41)的内部还设有清洗装置(419)，所述清洗装置(419)用于对所述阴极辊(414)进行清洗，和/或，所述阳极辊(413)上设有多个开孔，所述阳极辊(413)的内部设有与所述开孔连通的排气孔，所述排气孔上连接有第一排气管道。
15.根据权利要求1所述的阳极极片预锂化设备，其特征在于，所述压辊(415)的直径为150-300mm，宽幅为50-500mm，所述压辊(415)提供的压力为0.1-5t，和/或，所述阴极辊(414)的直径为300-700mm，宽幅为50-500mm，其中，所述压辊(415)的压力可调，和/或，所述阳极辊(413)的直径为50-100mm，宽幅为50-500mm。
16.一种阳极极片预锂化方法，其特征在于，包括以下步骤：
在覆膜装置(4)的电解槽(411)内充入锂盐溶液(412)，并通过阳极辊(413)对锂盐溶液(412)进行电解，以在阴极辊(414)上形成预设宽度和厚度的锂箔，并将覆膜装置(4)的温度调节成预设温度；
通过放卷装置(1)对极片(5)进行放卷，极片(5)经过覆膜装置(4)的阴极辊(414)和压辊(415)时，压辊(415)朝向极片(5)提供一定的压力，使得极片(5)与阴极辊(414)接触的一侧覆膜；
通过收卷装置(2)对覆膜后的极片(5)进行收卷。
17.根据权利要求16所述的阳极极片预锂化方法，其特征在于，还包括以下步骤：
覆膜装置(4)为两个，在经过第一个覆膜装置(4)后，极片(5)在调向装置(3)的作用下改变进入到第二个覆膜装置(4)的阴极辊(414)和压辊(415)之间的方向，使得极片(5)的未覆膜的一侧与阴极辊(414)接触，压辊(415)朝向极片(5)提供一定的压力，使得极片(5)的另一侧覆膜，以得到双面腹膜的极片(5)。
18.根据权利要求16或17所述的阳极极片预锂化方法，其特征在于，通过复合装置(6)在预设温度下对覆膜的极片(5)以预设的压力进行压紧。
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