CN207542316U - 一种双面复合锂带生产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双面复合锂带生产装置。包括复合锂带收放卷机构、两套固体电解质收放卷机构、两套锂源收放卷机构，两套固体电解质收、放卷机构和两套锂源收、放卷机构顺次布置在复合锂带收、放卷机构两侧，以便复合锂带基体的两侧由内而外依次为带状固体电解质和带状锂源；双面复合锂带生产装置还包括用于将带状锂源、固体电解质和复合锂带基体贴合的贴合辊；双面复合锂带生产装置还包括与带状锂源电连接的正极供电件以及与复合锂带基体电连接的负极供电件。本实用新型提供一种双面复合锂带生产的新技术，通过电化学的方法实现对复合锂带基体双面电镀锂层，工序简单高效而且电镀出的锂层的厚度均匀且极薄，可满足复合锂带对厚度的严格要求。

Description

一种双面复合锂带生产装置

技术领域

本实用新型涉及一种双面复合锂带生产装置。

背景技术

锂硫电池是未来电池发展的方向之一，锂硫电池通常采用金属锂作为负极材料。锂的理论比容量高达3860mAh/g，通常一薄层金属锂(100μm以下)即可满足容量要求，因此超薄金属锂带具有潜在市场需求。囿于自身的物理特性，金属锂带抗张强度较差，容易褶皱、断裂，且厚度越小，出现褶皱、断裂的机会越大。因此一般选择一种抗张强度较大的箔材(例如铜箔)作复合锂带基体，在其上覆一层锂带，形成复合锂带。利用抗张强度大的铜箔作为锂层依托的基体，使得复合锂带具有相对较大的抗张强度，有利于收放卷操作，便于工业化应用。但是目前市场上并没有一种简单有效、锂层厚度小且各点厚度误差小的复合锂带生产装置，若锂层厚度不均匀或者锂层厚度太大都不能满足复合锂带的使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种简单有效、锂层厚度小且各点厚度误差小的双面复合锂带生产装置。

为实现上述目的，本实用新型的双面复合锂带生产装置采用如下的技术方案：

技术方案1：双面复合锂带生产装置包括用于对复合锂带基体放卷的复合锂带放卷机构和用于对由复合锂带基体加工后形成的复合锂带进行收卷的复合锂带收卷机构，包括用于对两卷带状固体电解质分别进行收、放卷的两套电解质收、放卷机构，包括用于对两卷带状锂源分别进行收、放卷的两套锂源收、放卷机构，两套电解质收、放卷机构和两套锂源收、放卷机构顺次布置在复合锂带收、放卷机构两侧，以便复合锂带基体的两侧由内而外依次为带状固体电解质和带状锂源；双面复合锂带生产装置包括用于将带状锂源、固体电解质和复合锂带基体贴合的贴合辊；双面复合锂带生产装置还包括与带状锂源电连接的正极供电件以及与复合锂带基体电连接的负极供电件。本实用新型提供一种双面复合锂带生产的新技术，通过电化学方法实现对复合锂带基体双面电镀锂层，不仅工序简单高效而且电镀出的锂层的厚度均匀且极薄，可满足复合锂带对厚度的严格要求。

技术方案2：在技术方案1的基础上，所述贴合辊有两套，分别位于放卷机构传动路径的下游和收卷机构传动路径的上游，两套贴合辊之间设有多根过渡辊，过渡辊与电源正极相连构成所述正极供电件。带状锂源、带状固体电解质、带状复合锂带基体汇集到贴合辊，在贴合辊和过渡辊上实现贴合。

技术方案3：在技术方案2的基础上，所述过渡辊能够自转。

技术方案4：在技术方案2或3的基础上，负极供电件至少有两对，一对布置在复合锂带放卷机构与第一套贴合辊之间、另一对布置在复合锂带收卷机构与第二套贴合辊之间。复合锂带基体在贴合前通过负极供电件实现与电源负极连接，带状锂源通过正极供电件实现与电源正极连接，当带状锂源、带状固体电解质和带状复合锂带基体在贴合辊和过渡辊上贴合缠绕时，电解回路形成。

技术方案5：在技术方案4的基础上，两排过渡辊中的一排过渡辊的直径大于另一排过渡辊的直径。

技术方案6：在技术方案1-3任意一项的基础上，锂源收、放卷机构，电解质收、放卷机构以及复合锂带收、放卷机构均包括：用于收、放卷的收卷轴和放卷轴、用于导向的导辊、用于张紧的浮辊。

技术方案7：在技术方案6的基础上，所述贴合辊包括贴合辊，在使用时，带状锂源、固体电解质和复合锂带基体同时汇集到贴合辊上，并在贴合辊和过渡辊处实现五者的贴合。

附图说明

图1为本实用新型的双面复合锂带生产装置的实施例1的结构示意图；

图2为图1中电源与五层带状物料的连接示意图；

图3为图2的原理图；

图4为实施例6中的带状锂源的结构示意图；

图中：1-带状锂源，2-固体电解质，3-复合锂带基体，4-放卷轴，5-导辊，6-浮辊，7-贴合辊，8-正极导电辊，9-负极导电辊，10-收卷轴，11-直流恒流源，20-锂覆层，21-铜基体，A-放卷，B-电解，C-收卷。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

本实用新型的双面复合锂带生产装置的实施例1：如图1所示，本申请提供的一种双面复合锂带生产装置，除控制系统外，还包括5套放卷机构、电解机构和5套收卷机构。控制系统总体控制装置运行。放卷机构和收卷机构用于放置并以恰当的张力牵引带状锂源1、固体电解质2和复合锂带基体3。放卷机构包括2套带状锂源放卷机构、2套固体电解质放卷机构以及1套复合锂带基体放卷机构等5套机构，放卷机构至少是由放卷轴4、导辊5、浮辊6等部件构成；收卷机构包括2套带状锂源收卷机构、2套固体电解质收卷机构以及1套复合锂带收卷机构等5套机构，收卷机构至少是由导辊5、浮辊6、收卷轴10等部件构成。电解机构是由负极导电辊9、正极导电辊8、直流恒流电源11及电解回路等构成，其中正极导电辊8与直流恒流源的正极相连，负极导电辊9与直流恒流源的负极相连。负极导电辊9设置在第一个正极导电辊8之前和最后一个正极导电辊8之后，也即是在带状锂源1、固体电解质2及复合锂带基体3汇集之前和分离之后。

带状锂源1、固体电解质2、复合锂带基体3经过各自的放卷机构后、经过贴合辊7汇集到一起，进入电解机构，经过电解机构后进入收卷机构各自收卷。

在恰当的收放卷张力下，两套带状锂源1、两套固体电解质2、一套复合锂带基体3紧密的贴合在正极导电辊8的表面。当两套带状锂源1、两套固体电解质2、一套复合锂带基体3在正极导电辊8表面紧密贴合时，带状锂源1与复合锂带基体3之间同时具备电子通道和锂离子通道，在此条件下接通电解回路，在电场作用下，电子从带状锂源1通过外电路流向复合锂带基体3，锂离子从带状锂源1脱出，穿过固体电解质2，在复合锂带基体3上得电子还原，生成金属锂，从而制得双面复合锂带。

设置n(n是正整数)个正极导电辊8，正极导电辊8与直流恒流源的正极连接。设置m(m是正整数)个负极导电辊9，优选的，m是≥2的正整数，更优选的，m是≥4的正整数，负极导电辊9和直流恒流源的负极连接。正极导电辊8和负极导电辊9是导电的辊状物，常温下其电子电阻率小于10^-3Ω·m。正极导电辊8的辊径与负极导电辊9的辊径可以相同，也可以不相同；各正极导电辊8的辊径可以相同，也可以不相同；各负极导电辊9的辊径可以相同，也可以不相同。正极导电辊8和负极导电辊9可以自转，以利于带状锂源1、固体电解质2、复合锂带基体3收放卷。设置可以传输锂离子的固体电解质2以分隔(或连接)带状锂源1与复合锂带基体3，所述固体电解质2常温下的电导率大于10^-7S/cm，优选的，固体电解质2常温下的电导率大于10^-4S/cm。带状锂源1是金属锂带、复合锂带或者是锂离子电池正极。复合锂带基体3是铜箔或其他恰当的材料。锂源1、固体电解质2、复合锂带基体3都是带状物，都可以进行收放卷操作。

本装置实现电解的原理是，将带状锂源1、固体电解质2、复合锂带基体3组成一个敞开式的全固态电解池，然后，对该全固态电解池控制电流电解。

本实施例中：(1)设置4个负极导电辊9和275个正极导电辊8，各负极导电辊9直径均为150mm，负极导电辊9所处位置如图1所示；正极导电辊8分为直径100mm和直径150mm两个规格，其中直径100mm正极导电辊138个，直径150mm正极导电辊137个，相邻两个直径100mm正极导电辊8的轴心间距200mm，直径150mm正极导电辊8的轴心到与其相邻的两个直径100mm正极导电辊8轴心连线的距离为175mm。通过这种设置，整个电解区内有效电解长度约为60m；

(2)复合锂带基体3是宽84mm、厚0.010mm的铜箔；

(3)固体电解质膜选用Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃材质的LISICON型无机固体电解质2、锂离子电导率为1.12×10^-3S/cm、厚度为0.030mm、宽度为110mm；

(4)带状锂源1为宽100mm、厚0.150mm的金属锂带；

(5)直流恒流源设定电流值3000A，带状锂源1、固体电解质2和复合锂带基体3的走带速度均为10m/min。

实施例2：与实施例1的不同之处在于，直流恒流源设定电流值3000A，带状锂源、固体电解质和复合锂带基体的走带速度均为20m/min。

实施例3：与实施例1的不同之处在于，直流恒流源设定电流值3000A，带状锂源、固体电解质和复合锂带基体的走带速度均为30m/min。

实施例4：与实施例1的不同之处在于，直流恒流源设定电流值4500A，带状锂源、固体电解质和复合锂带基体的走带速度均为15m/min。

实施例5：与实施例1的不同之处在于，直流恒流源设定电流值6000A，带状锂源、固体电解质和复合锂带基体的走带速度均为20m/min。

实施例6：与实施例1的不同之处在于，带状锂源为宽100mm、总厚0.150mm的复合锂带，复合锂带是以0.010mm厚的铜箔为基体，即铜基体21，铜箔上附着一层0.140mm厚的锂层，即锂覆层20，其结构如图4所示；

实施例7：与实施例1的不同之处在于，带状锂源为宽100mm、单面涂布量为17mg/cm²钴酸锂正极。

实施例8：与实施例1的不同之处在于，带状锂源为宽100mm、单面涂布量为15mg/cm²锰酸锂正极。

实施例9：与实施例1的不同之处在于，带状锂源为宽100mm、单面涂布量为15mg/cm²磷酸铁锂正极。

实施例10：与实施例1的不同之处在于，带状锂源为宽100mm、单面涂布量为17mg/cm²锂镍钴锰氧化物(三元)正极片。

实施例11：与实施例1的不同之处在于，固体电解质膜选用宽度110mm、厚度50μm、30℃时离子电导率为7.5×10^-4S/cm的改性PEO基聚合物固体电解质。

实施例12：与实施例1的不同之处在于，设置4个负极导电辊和137个正极导电辊，各负极导电辊9直径均为150mm；正极导电辊8分直径100mm和直径150mm两个规格，其中直径100mm正极导电辊69个，直径150mm正极导电辊68个，相邻两个直径100mm正极导电辊的轴心间距200mm，各直径150mm正极导电辊的轴心到与其相邻的两个直径100mm正极导电辊轴心连线的距离为175mm。通过这种设置，整个电解区内有效电解长度约为30m。直流恒流源设定电流值1500A，带状锂源、固体电解质和复合锂带基体走带速度均为5m/min。

各实施例获得的双面复合锂带，每隔1米取一个样，共取50个样，测量各实施例获得的双面复合锂带的取样质量和厚度，并统计样本取样质量和厚度的偏差。对比例是作为复合锂带基体的铜箔(厚度0.010mm，宽度84mm)。统计结果如下：

注：1)各实施例的取样质量和取样厚度是50个取样的平均值；2)单面锂层面密度＝(去除单面镀层后取样重量-铜箔基体重量)÷取样面积；3)取样重量偏差和厚度偏差是50个取样的观察值与各自均值的最大偏差。

实验结果表明，该装置能够有效的在恰当的基体上实施镀锂，并且通过调节电流大小、走带速度能定量控制镀锂量。

Claims (7)

1.双面复合锂带生产装置，其特征是，包括用于对复合锂带基体放卷的复合锂带放卷机构和用于对由复合锂带基体加工后形成的复合锂带进行收卷的复合锂带收卷机构，包括用于对两卷带状固体电解质分别进行收、放卷的两套电解质收、放卷机构，包括用于对两卷带状锂源分别进行收、放卷的两套锂源收、放卷机构，两套电解质收、放卷机构和两套锂源收、放卷机构顺次布置在复合锂带收、放卷机构两侧，以便复合锂带基体的两侧由内而外依次为带状固体电解质和带状锂源；双面复合锂带生产装置包括用于将带状锂源、固体电解质和复合锂带基体贴合的贴合辊；双面复合锂带生产装置还包括用于与带状锂源电连接的正极供电件以及与复合锂带基体电连接的负极供电件，所述负极供电件为负极导电辊。

2.根据权利要求1所述的双面复合锂带生产装置，其特征是，所述贴合辊有两套，分别位于放卷机构传动路径的下游和收卷机构传动路径的上游，两套贴合辊之间设有多根过渡辊，过渡辊与电源正极相连而构成所述正极供电件。

3.根据权利要求2所述的双面复合锂带生产装置，其特征是，所述过渡辊能够自转。

4.根据权利要求2或3所述的双面复合锂带生产装置，其特征是，负极供电件至少有两对，一对布置在复合锂带放卷机构与第一套贴合辊之间、另一对布置在复合锂带收卷机构与第二套贴合辊之间。

5.根据权利要求4所述的双面复合锂带生产装置，其特征是，两排过渡辊中的一排过渡辊的直径大于另一排过渡辊的直径。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的双面复合锂带生产装置，其特征是，锂源收、放卷机构，电解质收、放卷机构以及复合锂带收、放卷机构均包括：用于收、放卷的收卷轴和放卷轴、用于导向的导辊、用于张紧的浮辊。

7.根据权利要求6所述的双面复合锂带生产装置，其特征是，所述贴合辊包括贴合辊，在使用时，带状锂源、固体电解质和复合锂带基体汇集到贴合辊上，并在贴合辊和过渡辊处实现五者的贴合。