CN207818767U - 集流体生产设备 - Google Patents

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刘震
李克强
周龙
李国栋
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Abstract

本申请涉及储能器件生产技术领域，尤其涉及一种集流体生产设备。所述集流体包括集流体基材、至少设置于所述集流体基材的一个表面的导电层，集流体生产设备包括：烘箱，具有集流体加热空间；和臭氧钝化风刀，所述臭氧钝化风刀具有集流体喷射口，所述集流体喷射口设置成使臭氧与所述集流体的导电层的表层物质反应，形成钝化层；所述臭氧钝化风刀设置于所述烘箱内。本申请生产的集流体能够阻止电解液中的HF与Al反应，进而改善活性物质与集流体脱模的问题，保证锂离子电池的性能。

Description

集流体生产设备
技术领域
本申请涉及储能器件生产技术领域，尤其涉及一种集流体生产设备。
背景技术
锂离子电池由于能量密度高，环境友好等优点被广泛应用于移动电话，笔记本电脑等电子装置。近年来，为了应对环境问题，汽油价格问题，以及能量存储问题，锂离子电池的应用已经快速扩展到油电混动车辆以及能量存储系统等。
锂离子电池包括壳体和容置于其内的电极组件和电解液，电解液需要充分浸润电极组件的极片，以保证锂离子电池的能量。然而，现有的极片的集流体为铝箔或者铜箔，集流体表面上涂覆有活性物质，在电解液注入壳体后，电解液中的HF会与集流体上的Al发生化学反应，生成的AlF3和H2，AlF3会直接导致活性物质与集流体脱模，严重影响锂离子电池的性能。
实用新型内容
本申请提供了一种集流体生产设备，能够解决上述问题。
本申请提供了一种集流体生产设备，所述集流体包括集流体基材、至少设置于所述集流体基材的一个表面的导电层，包括：
烘箱，具有集流体加热空间；和
臭氧钝化风刀，所述臭氧钝化风刀具有集流体喷射口，所述集流体喷射口设置成使臭氧与所述集流体的导电层的表层物质反应，形成钝化层；
所述臭氧钝化风刀设置于所述烘箱内。
优选地，所述烘箱包括：
箱体，包括相对设置的两个侧板，以及连接两个所述侧板的顶板；
两个网孔板，分别与两个所述侧板间隔相对且设置于所述箱体内；和
连接板，与所述顶板间隔相对且连接两个所述网孔板；
所述臭氧钝化风刀设置于所述网孔板和所述连接板围成的空间内。
优选地，两个所述侧板相对于所述集流体生产设备的走带方向相对设置。
优选地，所述烘箱还包括设置于所述顶板与所述连接板之间的风机；所述网孔板的各网孔中，位于靠近所述顶板一侧的网孔的开孔面积小于另一侧的网孔的开孔面积。
优选地，至少两个所述臭氧钝化风刀的集流体喷射口的出风方向相反，出风方向相反的两个所述臭氧钝化风刀之间形成集流体容置空间。
优选地，沿所述集流体生产设备的走带方向，各所述集流体喷射口的位置相错。
优选地，所述集流体喷射口的出风方向设置成垂直于所述集流体基材。
优选地，所述臭氧钝化风刀的集流体喷射口设置成其宽度大于所述集流体基材的宽度。
优选地，所述集流体喷射口设置成与所述导电层的距离大于或者等于1mm，且小于或者等于40mm；
优选地，所述集流体喷射口与所述导电层的距离大于或者等于10mm，且小于或者等于20mm。
优选地，所述臭氧钝化风刀的风速大于或者等于5m/min，且小于或者等于50m/min。
优选地，所述臭氧钝化风刀的风速大于或者等于20m/min，且小于或者等于30m/min。
优选地，所述烘箱的温度大于或者等于100℃，且小于或者等于250℃。
优选地，所述烘箱的温度大于或者等于200℃，且小于或者等于230℃。
优选地，还包括导向辊和张力辊，沿所述集流体生产设备的走带方向，所述烘箱两侧均设置有所述导向辊和所述张力辊，且沿所述走带方向，所述导向辊较所述张力辊靠近所述烘箱。
优选地，所述烘箱两侧的所述导向辊和所述张力辊对称设置。
优选地，还包括负压过渡仓，沿所述集流体生产设备的走带方向，所述烘箱的两侧均连通有所述负压过渡仓。
优选地，沿所述走带方向，在所述负压过渡仓远离所述烘箱的位置处设置有密封刷。
本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请所提供的集流体生产设备，设置有烘箱和臭氧钝化风刀，当表层设置有导电层的集流体基材经过烘箱时，烘箱对集流体基材和导电层加热，同时臭氧钝化风刀向导电层的表面喷射臭氧，从而使导电层的表层物质发生化学反应，即导电层上的Al与臭氧发生化学反应，生成Al2O3，形成钝化层，能够阻止电解液中的HF与Al反应，进而改善活性物质与集流体脱模的问题，保证锂离子电池的性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请所提供的集流体生产设备的一种具体实施例的结构示意图；
图2为本申请所提供的集流体生产设备中，烘箱的一种具体实施例的截面图；
图3为本申请所提供的集流体生产设备中，烘箱的一种具体实施例的气流走向图；
图4为本申请所提供的集流体的生产方法的一种具体实施例的流程图；
图5、图6为本申请所提供的集流体生产方法生产集流体的各过程中集流体的结构示意图。
附图标记：
100-集流体生产设备；
110-烘箱；
111-箱体；
1111-侧板；
1112-顶板；
1113-固定板；
1114-底板；
112-网孔板；
113-连接板；
114-风机；
120-臭氧钝化风刀；
121-集流体喷射口；
130-负压过渡仓；
140-导向辊；
150-张力辊；
160-放卷辊；
170-收卷辊；
200-集流体；
210-集流体基材；
220-导电层；
230-钝化层；
S-反应空间。
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例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。
如图1-3所示，本申请实施例提供了一种集流体生产设备100，用于生产集流体200，该集流体为多层结构，包括集流体基材210、至少设置于集流体基材210的一个表面的导电层220和在导电层220的一侧形成的钝化层230，可选地，集流体基材210的两面均设置有导电层220，如图6所示。
如图1所示，集流体生产设备100包括烘箱110和臭氧钝化风刀120，烘箱110具有集流体加热空间，用于对待加工的集流体基材210(其上设置有导电层220)进行加热。臭氧钝化风刀120设置于烘箱110内，臭氧钝化风刀120具有集流体喷射口121，集流体喷射口121设置成使臭氧与集流体200的导电层220的表层物质反应，形成钝化层230，如图6所示。
具体地，如图4所示，集流体的生产方法包括：
S1：在集流体基材210的至少一个表面形成导电层220，即形成半成品，也就是说，根据需要，可以在集流体基材210的一个表面或者两个表面形成导电层220，如图5所示，在集流体基材210的两个表面均形成导电层220。
S2：对集流体基材210和导电层220加热，同时向导电层220的表面喷射臭氧，以使臭氧与导电层220的表层物质反应，形成钝化层230，以得到集流体200，如图6所示，如可以将集流体基材210和导电层220放置于上述集流体生产设备的烘箱110内，并通过臭氧钝化风刀120向导电层220喷射臭氧，以使导电层220的表层物质在高温环境下与臭氧进行反应，进而生成钝化层230。
集流体基材210可以为绝缘材质，在集流体200作为阴极片时，导电层220的材质可以为铝(Al)材质，这样，在导电层220与臭氧(O3)发生反应时，生成Al2O3，即钝化层230，主要反应的化学式为：
2Al+3O3＝Al2O3+3O2；
4Al+3O2＝2Al2O3。
当具有钝化层230的集流体200形成电极组件安装于二次电池时，能够阻止电解液中的HF与Al反应，改善活性物质与集流体200脱模的问题，保证锂离子电池的性能。
其中，在集流体基材210的至少一个表面形成导电层220，可以通过蒸镀、涂布等方式实现。
在生产过程中，集流体基材210一般为带状结构，通过传送辊将其传送至烘箱110内。集流体生产设备100还包括放卷辊160和收卷辊170，集流体基材210和导电层220形成的半成品先安装于放卷辊160上，经烘箱110及其内部的部件加工后形成集流体200，通过收卷辊170收卷。
此外，集流体生产设备100还包括导向辊140和张力辊150，沿集流体生产设备100的走带方向X，烘箱110两侧均设置有导向辊140和张力辊150，以对集流体基材210的传送方向进行调整，以及通过张力辊150调整集流体基材210的张力，防止集流体基材210褶皱，提高集流体基材210的平展性，进而使导电层220与臭氧反应的更均匀。可选地，沿走带方向X导向辊140较张力辊150靠近烘箱110，这样使进入烘箱110的集流体基材210更稳定，进而保证导电层220各处与臭氧接触的均匀性，提高钝化层230的质量。
烘箱110两侧的导向辊140和张力辊150可以对称设置，即两个导向辊140、两个张力辊150关于烘箱110沿走带方向X上的中心面对称，以进一步提高集流体基材210的平展性。
为了保证集流体基材210在整个走带方向X上的平展性，尤其是在反应空间S内的平展性，上述放卷辊160、导向辊140、张力辊150、收卷辊170中，各辊的水平度不大于0.02mm。
进一步地，上述放卷辊160、导向辊140、张力辊150、收卷辊170中，任意两者之间的平行度不大于0.01mm，以保证集流体基材210在各辊之间传送的平稳性和平展性。
如图2、图3所示，烘箱110包括箱体111、两个网孔板112和连接板113，箱体111包括相对设置的两个侧板1111，以及连接两个侧板1111的顶板1112。网孔板112上设置有网孔，两个网孔板112分别与两个侧板1111间隔相对，连接板113与顶板1112间隔相对，且连接两个网孔板112，两个网孔板112和连接板113均设置于箱体111内。臭氧钝化风刀120设置于网孔板112和连接板113围成的空间内，该空间即为导电层220的反应空间S。也就是说，两个侧板1111、顶板1112与两个网孔板112、连接板113形成气流通道，反应空间S内的气体经其中一个网孔板112上的网孔进入到气流通道，然后沿着该网孔板112向上运动，绕过连接板113，流动至与另一个网孔板112相对的气流通道，然后经另一个网孔板112的网孔流动回反应空间S内，如图3所示的箭头方向为烘箱110内气流的流向，即气流通道与反应空间S形成气流循环路径，从而使烘箱110内的各处温度尽可能均匀，有利于臭氧与导电层220的充分反应。
可以理解地，沿上述走带方向，烘箱110还包括连接两个侧板1111的固定板1113，固定板1113上设置有传送孔，此外，烘箱110还包括同时连接固定板1113和侧板1111的底板1114，以使整个箱体111尽可能呈封闭结构，固定板1113上设置有传送孔，集流体基材210(和导电层220)通过传送孔进入烘箱110和传送出烘箱110。
可选地，两个侧板1111相对于集流体生产设备100的走带方向X相对设置，也就是说，两个侧板1111设置于集流体基材210的两侧，使气流循环路径绕集流体基材210的周向环绕设置，以避免集流体基材210的带材对气流的影响。
进一步地，烘箱110还包括设置于顶板1112与连接板113之间的风机114，通过设置风机114，使整个烘箱110内的气流能够更好地循环，进而使反应空间S内的环境温度更均匀。
在气流通道中，位于风机114入风口一侧的区域会形成负压腔，位于风机114出风口一侧的区域形成正压腔，即反应空间S内的气体先进入负压腔，然后由正压腔再回到反应空间S内。为了使整个气流通道中的气流比较均匀，网孔板112的各网孔中，位于靠近顶板1112一侧的网孔的开孔面积小于另一侧(即靠近底板1114的一侧)的网孔的开孔面积，即不论在正压腔还是负压腔，均靠近风机114一侧(即靠近顶板1112的一侧)的网孔的开孔面积较另一侧的网孔的开孔面积小，这样，在负压腔中，越靠近风机114的一侧(即靠近顶板1112的一侧)负压越大，通过减小该处的网孔的开孔面积，能够减小该处进入负压腔的气体量，而负压腔的另一侧(即靠近底板1114的一侧)的负压较小，通过增加该处网孔的开孔面积，能够增加该处进入负压腔的气体量，从而使整个负压腔在各处的气体量比较均衡，气流比较均匀，进而使反应空间S内靠近负压腔区域的气体比较均匀；在正压腔中，越靠近风机114的一侧(即靠近顶板1112的一侧)正压越大，通过减小该处的网孔的开孔面积，能够减小该处进入反应空间S内的气体量，而正压腔的另一侧(即靠近底板1114的一侧)的正压较小，通过增加该处网孔的开孔面积，能够增加该处排入反应空间S内的气体量，从而使整个正压腔在各处的气体量比较均衡，气流比较均匀，进而使反应空间S内靠近正压腔区域的气体比较均匀。如此，使整个反应空间S内的气流比较均匀，尽可能达到整个反应空间S内的各处温度一致。
一种实施例中，沿烘箱110的底部指向顶部的方向，即高度方向Z的正方向，网孔板112上的网孔的开孔面积逐渐减小，以更好地保证整个反应空间S内的各处温度一致。
烘箱110内可以设置单独的加热机构，也可以直接设置侧板1111为加热板，或者设置风机114为热风机，当然，也可以同时设置侧板1111为加热板，风机114为热风机，以保证反应空间S内的温度。
为了保证烘箱110内的温度，集流体生产设备100还包括负压过渡仓130，沿集流体生产设备100的走带方向X，烘箱110的两侧均连通有负压过渡仓130，负压过渡仓130与烘箱110的内腔连通，由于设置有负压过渡仓130，负压过渡仓130内的气压小于外界气压，能够防止反应空间S内的气体向外界流动，进而保持反应空间S内的温度，且即使反应空间S内有部分气体流动至负压过渡仓130，由于负压过渡仓130与气流通道连通，也会被风机114带动这些气体沿气流循环路径再次返回至反应空间S内。
如图3所示，沿集流体基材210的宽度方向Y，负压过渡仓130与箱体111宽度相等，进而使负压过渡仓130在集流体基材210的宽度方向Y上延伸至气流通道，与气流通道直接连通。
可以理解地，即使设置有负压过渡仓130，也难免会造成反应空间S内的部分气体泄漏，造成反应空间S内的温度不稳定；或者在传送过程中，常常会有一些异物等掉落至集流体基材210上，影响导电层220的反应，为了解决上述问题，一种实施例中，沿上述走带方向X，在负压过渡仓130远离烘箱110的位置处设置有密封刷，以对烘箱110尽可能起到一定的密封作用，保证其内部的温度；再者，在集流体基材210进入烘箱110前，通过密封刷还能够对导电层220的表面进行清理，保证导电层220表面的清洁度，以保证生成钝化层230的质量。
上述各实施例中，臭氧钝化风刀120可以仅设有一个，也可以设有多个，在设有多个时，至少两个臭氧钝化风刀120的集流体喷射口121的出风方向相反，出风方向相反的两个臭氧钝化风刀120之间形成集流体容置空间，也就是说至少有两个臭氧钝化风刀120分别位于集流体基材210的上方和下方，以便在集流体基材210的两个表面均设置有导电层220时，臭氧能够同时与两个导电层220的表层物质发生反应生成钝化层230，进而提高集流体200的生产效率。可选地，各臭氧钝化风刀120可以分别控制，在不需要时，如集流体基材210仅一个表面设置有导电层220时，可以控制仅与导电层220相对的臭氧钝化风刀120工作，与导电层220相背离的臭氧钝化风刀120关闭，以节省能源。
为了便于各臭氧钝化风刀120的维护，沿集流体生产设备100的走带方向X，各集流体喷射口121的位置相错，也就是说，沿上述走带方向X，尽可能使相邻的臭氧钝化风刀120之间留有间隔，尤其是在集流体基材210的上方和下方(指沿高度方向Z的上方和下方)均设置臭氧钝化风刀120时，集流体喷射口121距离集流体基材210的距离比较近，若位于集流体基材210的上方和下方的两个集流体喷射口121相对，则两个集流体喷射口121的距离比较近，清理和更换其中一个时，难免会触碰另一个，而采用这种相错的方式，明显能够为集流体喷射口121的清理等维护工作提供了更大的空间，降低清理更换其中一个集流体喷射口121时造成触碰另一个集流体喷射口121的几率。
进一步地，集流体喷射口121的出风方向设置成垂直于集流体基材210，这样臭氧能够垂直喷射于导电层220，增大了臭氧与导电层220表层物质的结合力，进而使二者充分反应，提高钝化层230的质量。当然，集流体喷射口121的出风方向也可以设置成与集流体基材210呈一倾角。
为了集中风力，臭氧钝化风刀120的集流体喷射口121设置成扁嘴式结构。考虑到集流体喷射口121的中心区域的风速较边缘区域均匀，为了保证到达导电层220上臭氧的均匀性，臭氧钝化风刀120的集流体喷射口121设置成其宽度(即沿集流体基材210的宽度方向Y的尺寸)大于集流体基材210的宽度，这样，在加工时，使集流体喷射口121的中心区域与集流体基材210正对，两个边缘区域分别位于集流体基材210沿自身宽度方向Y的两侧，从而使到达导电层220的臭氧主要来自于集流体基材210的中心区域，风速比较均匀。
一种实施例中，集流体喷射口121设置成与导电层220的距离大于或者等于1mm，且小于或者等于40mm，如集流体喷射口121与导电层220的距离为1mm、2mm、8mm、10mm、15mm、18mm、20mm、25mm、30mm、40mm等，优选地，集流体喷射口121与导电层220的距离大于或者等于10mm，且小于或者等于20mm，以使集流体喷射口121喷射出的臭氧尽可能多的到达导电层220，并与其反应，提高臭氧的利用率。
可以理解地，集流体200的钝化层230需要满足一定的厚度，为了保证钝化层230的厚度，臭氧钝化风刀120的风速大于或者等于5m/min，且小于或者等于50m/min，如风速为5m/min、10m/min、15m/min、20m/min、22m/min、25m/min、28m/min、30m/min、35m/min、40m/min，优选地，臭氧钝化风刀120的风速大于或者等于20m/min，且小于或者等于30m/min。
进一步地，烘箱110的温度大于或者等于100℃，且小于或者等于250℃，如100℃、150℃、180℃、200℃、205℃、210℃、220℃、225℃、230℃，优选地，烘箱110的温度大于或者等于200℃，且小于或者等于230℃，以控制导电层220的表面物质与臭氧的反应速度，进而控制钝化层230的厚度。
上述步骤S2中对集流体基材210和导电层220加热的时间大于或者等于2s，且小于或者等于60s，如加热时间为2s、4s、5s、6s、10s、15s、20s、25s、28s、30s、35s、50s、55s、60s，优选地，对集流体基材210和导电层220加热的时间大于或者等于5s，且小于或者等于30s，以保证导电层220的温度，进而保证其表层物质与臭氧的反应。具体地，上述加热时间可以通过设置烘箱110的尺寸以及走带速度进行调整。
此外，为了进一步保证导电层220的表层物质与臭氧的充分反应，臭氧的纯度大于或者等于80％，如臭氧的纯度为80％、85％、90％、99％等。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种集流体生产设备，所述集流体包括集流体基材、至少设置于所述集流体基材的一个表面的导电层，其特征在于，包括：
烘箱，具有集流体加热空间；和
臭氧钝化风刀，所述臭氧钝化风刀具有集流体喷射口，所述集流体喷射口设置成使臭氧与所述集流体的导电层的表层物质反应，形成钝化层；
所述臭氧钝化风刀设置于所述烘箱内。
2.根据权利要求1所述的集流体生产设备，其特征在于，所述烘箱包括：
箱体，包括相对设置的两个侧板，以及连接两个所述侧板的顶板；
两个网孔板，分别与两个所述侧板间隔相对且设置于所述箱体内；和
连接板，与所述顶板间隔相对且连接两个所述网孔板；
所述臭氧钝化风刀设置于所述网孔板和所述连接板围成的空间内。
3.根据权利要求2所述的集流体生产设备，其特征在于，两个所述侧板相对于所述集流体生产设备的走带方向相对设置。
4.根据权利要求2所述的集流体生产设备，其特征在于，所述烘箱还包括设置于所述顶板与所述连接板之间的风机；所述网孔板的各网孔中，位于靠近所述顶板一侧的网孔的开孔面积小于另一侧的网孔的开孔面积。
5.根据权利要求1所述的集流体生产设备，其特征在于，至少两个所述臭氧钝化风刀的集流体喷射口的出风方向相反，出风方向相反的两个所述臭氧钝化风刀之间形成集流体容置空间。
6.根据权利要求5所述的集流体生产设备，其特征在于，沿所述集流体生产设备的走带方向，各所述集流体喷射口的位置相错。
7.根据权利要求1所述的集流体生产设备，其特征在于，所述臭氧钝化风刀的集流体喷射口设置成其宽度大于所述集流体基材的宽度。
8.根据权利要求1所述的集流体生产设备，其特征在于，所述集流体喷射口设置成与所述导电层的距离大于或者等于1mm，且小于或者等于40mm。
9.根据权利要求1所述的集流体生产设备，其特征在于，所述集流体喷射口与所述导电层的距离大于或者等于10mm，且小于或者等于20mm。
10.根据权利要求1-9任一项所述的集流体生产设备，其特征在于，还包括导向辊和张力辊，沿所述集流体生产设备的走带方向，所述烘箱两侧均设置有所述导向辊和所述张力辊，且沿所述走带方向，所述导向辊较所述张力辊靠近所述烘箱。
11.根据权利要求1-9任一项所述的集流体生产设备，其特征在于，还包括负压过渡仓，沿所述集流体生产设备的走带方向，所述烘箱的两侧均连通有所述负压过渡仓。
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