CN204966620U - 锂离子电池极片补锂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂离子电池极片制造领域，尤其是涉及一种锂离子电池极片的补锂装置。锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置，极片放卷装置及容纳电解液的电解液槽；还包括设置于所述电解液槽内被所述电解液浸润的供锂装置；所述供锂装置与所述极片浸润于所述电解液的极片浸入部分在所述极片传送过程中保持接触。该补锂装置能够连续、均匀、高效、定量的对锂离子电池极片进行补锂，且生产成本低，能有效解决现有技术中存在的锂离子电池首次充放电效率低的问题。

Description

锂离子电池极片补锂装置

技术领域

本实用新型属于锂离子电池极片制造领域，尤其是涉及一种锂离子电池极片的补锂装置。

背景技术

锂离子电池由于其具有电压高、能量密度大、使用寿命长、无污染和自放电小等优点，广泛应用于便携式电子设备和电动汽车。目前，商用锂离子电池的负极材料主要为石墨负极材料，其理论容量为372mAh/g，而且实际开发已经接近理论容量，可开发空间有限，已不能适应电动汽车对大容量高功率锂离子电池的需求。

一些新型的负极材料可以具有很高的理论容量，比如硅的理论容量为4200mAh/g，但其首次充放电效率都比较低。当这些负极材料与正极材料匹配成电池时，大量的锂离子在第一次充电后就被消耗掉而无法回到正极。本来采用大容量负极的目的就是增加电池的总体容量，但首次充放电效率低反而会严重地降低锂电池的实际容量，限制了它的应用。

锂电池中不可逆的首次容量的损失直接导致电池能量的损失。容量损失实际上就是锂的损失，比如首次效率为75％,则在第一次充电之后25％的锂就不可逆地消耗了。目前，首次充放电效率低已经成为阻碍许多负极材料，尤其是大容量的负极材料实现商业化应用的技术瓶颈。所以，需要开发一种有效而且实用的技术来从根本上解决锂电池首次充放电效率低的问题。在负极极片中添加富余的金属锂粉，是解决这个问题的最直接最便宜的方式。但是，金属锂粉在空气中非常不稳定，给实际生产造成了不可逾越的障碍。

中国专利申请公开号为CN1177417A的专利采用将金属锂片覆盖在阳极片表面，然后卷绕制成电池，再灌注电解液的方法制备富锂锂离子电池。使用该方法补锂时，由于现有工艺无法生产厚度较薄的金属锂片，因此往往导致阳极片能够吸收的锂量远远小于金属锂片提供的锂量，使得补锂过量，导致电芯出现析锂、循环性能差等问题。中国专利申请公开号为CN103199217A的专利提出，采用打孔后的金属锂片覆盖在阳极片表面，然后卷绕制成电池，再灌注电解液的方法制备富锂锂离子电池，在一定程度上解决了无法生产出足够薄的金属锂片的问题。但是当电芯所需要补锂的量较低时，要求所使用的锂片足够薄、或者打孔锂片中孔的面积足够大，无论是锂片做薄或者是打孔密度加大(打孔密度过大时，锂片极易断裂，不便于生产)，均会使得电芯的生产成本急剧上升。

此外，还可以采用干粉添加的方法向负极片表面添加锂粉，但是由于锂粉非常活泼，操作控制条件非常严格；而且由于锂粉在空气中容易飘浮，也会给操作带来较大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种锂离子电池极片补锂装置，该补锂装置能够连续、均匀、高效、定量的对锂离子电池负极极片(比如硅材料负极极片、硅碳材料负极极片等)进行补锂，且生产成本低，能有效解决现有技术中存在的锂离子电池首次充放电效率低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置，极片放卷装置，待补锂的极片及容纳电解液的电解液槽；还包括设置于所述电解液槽内被所述电解液浸润的供锂装置；所述供锂装置与极片浸入所述电解液的极片浸入部分在所述极片传送过程中保持接触。

本实用新型中，极片收卷装置及极片放卷装置可以是现有的具备收放卷功能的装置，例如可以将收卷辊连接电机作主动轮，放卷辊为从动轮，实现收放卷功能；还可以将极片收卷装置设置为包括连接电机的传动辊，张力调节辊，定位辊和纠偏辊探测器等组成。

本实用新型一些实施例中，供锂装置与所述极片浸入所述电解液的极片浸入部分始终保持接触，形成电子和离子接触通道，当锂离子通道和电子通道同时连通时，极片上涂覆的负极活性材料(比如负极极片中硅材料、负极极片中硅碳材料等)和锂金属之间本身存在的电势差能够促使金属锂快速形成锂离子，通过电解液传输潜入极片负极活性材料内部，达到快速、均匀补锂的目的。

此外，在一些实施例中，极片与供锂装置在传送过程中始终保持接触，即本实用新型供锂装置活动设置于所述电解液槽内且可以转动，通过主动轮电机同步带动或者单独电机带动使其与所述极片保持同步传动，如本实用新型一些实施例中供锂装置可以为金属圆盘或金属辊等，其通过外圆周面与所述极片保持接触。本实用新型一些实施例中供锂装置也可以是其它任何形状可以提供锂源的装置且与所述极片在传动过程中始终保持接触。因为整个补锂过程连续进行，因此保证了补锂后负极性能的稳定性且大大降低了生产成本。本实用新型中电解液可以是任何普通现有技术使用的电解液。

作为优选，所述供锂装置与所述极片浸入部分的至少一个表面在所述极片传送过程中保持接触。与极片的表面接触可以保证在接触过程中获得一个较大的接触面积，可以在提高补锂效率的同时获得更均匀的补锂效果。

作为优选，所述供锂装置至少为两个。可以根据具体需要如补锂量设置供锂装置的个数。

作为优选，所述供锂装置成对设置且每对供锂装置分别与所述极片浸入部分的两个表面保持接触。成对设置可以对双面涂布的负极片正反面同时补锂获得较佳的效果。

作为优选，所述供锂装置为表面包有金属锂的圆辊；所述表面包有金属锂的圆辊的外圆周面与所述极片浸入部分在所述极片传送过程中保持面接触。表面包有金属锂的圆辊在传送过程中与所述极片接触时可以保证较小的摩擦，即可以保证极片表面的活性物质不受损害以获得较佳的电性能。同时，面接触可以保证在接触过程中获得一个较大的接触面积，可以在提高补锂效率的同时获得更均匀的补锂效果。

作为优选，所述极片的宽度小于所述表面包有金属锂的圆辊的宽度。

作为优选，所述极片为硅基负极极片、硅碳负极极片或锡基负极极片。本实用新型一些实施例中所述硅基负极极片、硅碳负极极片或锡基负极极片时指在极片中含有的负极活性物质为硅、硅碳或锡。

本实用新型一些实施例中的锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置，极片放卷装置，待补锂的极片及容纳电解液的电解液槽；还包括设置于所述电解液槽内被所述电解液浸润的供锂装置；所述供锂装置外表面包覆有多孔隔膜；所述包覆有多孔隔膜的供锂装置与所述极片浸入所述电解液的极片浸入部分在所述极片传送过程中保持接触，所述电解液槽与电源连接，所述供锂装置与电源正极连接，所述极片与电源负极连接。通过接通电源可以使补锂更加高效。本实用新型中电源的电流不作限制；本实用新型一些实施例中多孔隔膜可以是现有技术中使用的多孔隔膜。

附图说明

图1：本实用新型锂离子电池补锂装置的结构示意图；

图2：本实用新型锂离子电池补锂装置中极片与供锂装置的截面示意图。

图中，1-极片放卷装置、2-极片收卷装置、3-极片、4-供锂装置、5-电解液、6-电解液槽。

具体实施方式

以下的具体实施例对本实用新型进行了详细的描述，然而本实用新型并不限制于以下实施例。

实施例1：

一种锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置2，极片放卷装置1，待补锂的极片3及容纳电解液5的电解液槽6；还包括设置于所述电解液槽6内被所述电解液5浸润的供锂装置4；所述供锂装置4与所述极片3浸润于所述电解液5的极片浸入部分在所述极片3传送过程中保持接触。在补锂过程中，所述极片通过收卷轮带动沿图1箭头所示方向传动(也可以是其它方向传动)，在传动过程中与所述供锂装置4保持接触以进行补锂。为了获得较好的补锂效果，所述供锂装置4与所述极片浸入部分的至少一个表面在所述极片3传送过程中保持接触。所述供锂装置可以为1个或多个。更进一步的，所述极片3可以为硅负极极片、硅碳负极极片或锡负极极片。

实施例2：

一种锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置2，极片放卷装置1，待补锂的极片3及容纳电解液5的电解液槽6；还包括设置于所述电解液槽6内被所述电解液5浸润的供锂装置4；所述供锂装置4与所述极片3浸润于所述电解液5的极片浸入部分在所述极片3传送过程中保持接触。在补锂过程中，所述极片通过收卷轮带动沿图1箭头所示方向传动，在传动过程中与所述供锂装置4保持接触以进行补锂。为了获得较好的补锂效果，所述供锂装置4与所述极片浸入部分的至少一个表面在所述极片3传送过程中保持接触。所述供锂装置4为至少两个。且进一步的，所述供锂装置4成对设置且每对供锂装置4分别与所述极片浸入部分的两个表面保持接触。可以高效的实现双面补锂。更进一步的，所述极片3可以为硅负极极片、硅碳负极极片或锡负极极片。

实施例3：

一种锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置2，极片放卷装置1，待补锂的极片3及容纳电解液5的电解液槽6；还包括设置于所述电解液槽6内被所述电解液5浸润的供锂装置4；所述供锂装置4为表面包有金属锂的圆辊；所述表面包有金属锂的圆辊的外圆周面与所述极片浸入部分在所述极片传送过程中保持面接触。在补锂过程中，所述极片通过收卷轮带动沿图1箭头所示方向传动，在传动过程中与所述供锂装置4保持接触以进行补锂。为了获得较好的补锂效果，所述金属锂的圆辊与所述极片进入部分的至少一个表面在所述极片3传送过程中保持接触。所述极片3的宽度小于所述表面包有金属锂的圆辊的宽度。所述极片3可以为硅负极极片、硅碳负极极片或锡负极极片。

实施例4：

一种锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置2，极片放卷装置1，待补锂的极片3及容纳电解液5的电解液槽6；还包括设置于所述电解液槽6内被所述电解液5浸润的供锂装置4；所述供锂装置4外表面包覆有多孔隔膜；所述电解液槽6与电源连接，所述供锂装置4与电源正极连接，所述极片3与电源负极连接。电源接通过后，通过电源形成的正负极电位差可以使补锂更加高效。所述供锂装置4通过多孔隔膜与所述极片3浸润于所述电解液5的极片浸入部分在所述极片3传送过程中保持接触。在补锂过程中，所述极片通过收卷轮带动沿图1箭头所示方向传动(也可以是其它方向传动)，在传动过程中与所述供锂装置4的多孔隔膜保持接触以进行补锂。为了获得较好的补锂效果，所述供锂装置4的多孔隔膜与所述极片浸入部分的至少一个表面在所述极片3传送过程中保持接触。所述供锂装置可以为1个或多个。更进一步的，所述极片3可以为硅负极极片、硅碳负极极片或锡负极极片。

实施例5：

一种锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置2，极片放卷装置1，待补锂的极片3及容纳电解液5的电解液槽6；还包括设置于所述电解液槽6内被所述电解液5浸润的供锂装置4；所述供锂装置4外表面包覆有多孔隔膜；所述电解液槽6与电源连接，所述供锂装置4与电源正极连接，所述极片3与电源负极连接。电源接通过后，通过电源形成的正负极电位差可以使补锂更加高效。所述供锂装置4的多孔隔膜与所述极片3浸润于所述电解液5的极片浸入部分在所述极片3传送过程中保持接触。在补锂过程中，所述极片通过收卷轮带动沿图1箭头所示方向传动，在传动过程中与所述供锂装置4的多孔隔膜保持接触以进行补锂。为了获得较好的补锂效果，所述供锂装置4成对设置且每对供锂装置4的多孔隔膜分别与所述极片浸入部分的两个表面保持接触。可以高效的实现双面补锂。更进一步的，所述极片3可以为硅负极极片、硅碳负极极片或锡负极极片。

实施例6：

一种锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置2，极片放卷装置1，待补锂的极片3及容纳电解液5的电解液槽6；还包括设置于所述电解液槽6内被所述电解液5浸润的供锂装置4；所述供锂装置4为表面包有金属锂的圆辊；所述供圆辊的外表面包覆有多孔隔膜；所述多孔隔膜与所述极片浸入部分在所述极片传送过程中保持面接触。所述电解液槽6与电源连接，所述供锂装置4与电源正极连接，所述极片3与电源负极连接。电源接通过后，通过电源形成的正负极电位差可以使补锂更加高效。在补锂过程中，所述极片通过收卷轮带动沿图1箭头所示方向传动，在传动过程中与所述供锂装置4的多孔隔膜保持接触以进行补锂。为了获得较好的补锂效果，所述供锂装置4的多孔隔膜与所述极片进入部分的至少一个表面在所述极片3传送过程中保持接触。所述极片3可以为硅负极极片、硅碳负极极片或锡负极极片。

Claims (8)

1.锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置(2)，极片放卷装置(1)，待补锂的极片(3)及容纳电解液(5)的电解液槽(6)；其特征在于：还包括设置于所述电解液槽(6)内被所述电解液(5)浸润的供锂装置(4)；所述供锂装置(4)与所述极片(3)浸入所述电解液(5)的极片浸入部分在所述极片(3)传送过程中保持接触。

2.如权利要求1所述锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述供锂装置(4)与所述极片浸入部分的至少一个表面在所述极片(3)传送过程中保持接触。

3.如权利要求1所述锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述供锂装置(4)至少为两个。

4.如权利要求3所述锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述供锂装置(4)成对设置且每对供锂装置(4)分别与所述极片浸入部分的两个表面保持接触。

5.如权利要求1所述锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述供锂装置(4)为表面包有金属锂的圆辊；所述表面包有金属锂的圆辊的外圆周面与所述极片浸入部分在所述极片(3)传送过程中保持面接触。

6.如权利要求5所述锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述极片(3)的宽度小于所述表面包有金属锂的圆辊的宽度。

7.如权利要求1所述锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述极片(3)为硅基负极极片、硅碳负极极片或锡基负极极片。

8.锂离子电池极片补锂装置，包括极片收卷装置(2)，极片放卷装置(1)，待补锂的极片(3)及容纳电解液(5)的电解液槽(6)；其特征在于：还包括设置于所述电解液槽(6)内被所述电解液(5)浸润的供锂装置(4)；所述供锂装置(4)外表面包覆有多孔隔膜；所述包覆有多孔隔膜的供锂装置(4)与所述极片(3)浸入所述电解液(5)的极片浸入部分在所述极片(3)传送过程中保持接触，所述电解液槽(6)与电源连接，所述供锂装置(4)与电源正极连接，所述极片(3)与电源负极连接。