CN211556037U - 一种锂离子电池电极补锂装置 - Google Patents

Abstract

一种锂离子电池电极补锂装置，包括依次布置的输送模块、补锂模块、清洗干燥模块和收卷模块；补锂模块包括依次布置的第一组合辊、第二组合辊、电解质槽、集流装置和若干补锂支撑辊；第一组合辊和第二组合辊分别位于电解质槽的上方两侧，若干补锂支撑辊布置于电解质槽内；集流装置设置于第一组合辊与第一输送辊之间。本实用新型的补锂过程避免了锂金属与极片表面直接接触形成镀层，提高了电池安全性；针对不同的电池体系，通过放卷不同锂层厚度的复合锂带，可以实现极片的精确补锂；本实用新型的整个补锂的操作过程简单且连续化，适合于规模化生产。

Description

一种锂离子电池电极补锂装置

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池电极补锂装置。

背景技术

锂离子电池可应用于高级便携式电子设备及更高续航能力的电动汽车等领域，尤其是较高的能量密度可显著增加电动汽车的行驶里程，而高容量的硅基负极在实现高能量密度的锂离子电池方面发挥着关键的作用，硅基负极材料的使用成为锂离子电池全球市场的热点。然而，硅基负极仍存在着首次库伦效率低、体积变化大和反复充放电后循环稳定性差等问题。因此，锂电池电极补锂技术成为被关注的一种关键技术之一。

目前锂电池电极补锂技术采用锂粉或锂带直接对极片补锂的方法最为普遍。如将惰性锂粉悬浊液喷洒在负极极片上，然后碾压后烘干得到预锂化的负极片，这种方法难免造成锂粉悬浊液的喷溅并且可能存在极片表面锂粉利用不完全的问题，存有安全隐患。再者，将硅氧化合物负极浸入电解质中润湿，然后将锂金属片与负极接触并施加压力使极片预锂化，该方法操作简单且补锂效果明显，但可控性差。因此开发出简单可控、易操作、能有效解决硅基负极材料不可逆容量问题的补锂技术具有重大的意义。

实用新型内容

针对现有技术中锂带、锂粉作为锂源的补锂工艺实际实施中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种锂离子电池电极补锂装置，可有效可控的为锂离子电池电极补锂。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池电极补锂装置，包括依次布置的输送模块、补锂模块、清洗干燥模块和收卷模块；

补锂模块包括依次布置的第一组合辊、第二组合辊、电解质槽、集流装置和若干补锂支撑辊；第一组合辊和第二组合辊分别位于电解质槽的上方两侧，若干补锂支撑辊布置于电解质槽内；集流装置设置于第一组合辊与补锂支撑辊之间。

本实用新型进一步的改进在于，电解质槽内填充有电解液。

本实用新型进一步的改进在于，集流装置包括第一集流器、第二集流器和控制器；第一集流器、第二集流器与控制器通过导线连接；第一集流器与极片集流体接触，第二集流器与复合锂带集流体接触。

本实用新型进一步的改进在于，清洗干燥模块包括第四张力调节辊、第一输送辊、第二输送辊、第三输送辊、溶剂槽和干燥箱；其中，第一输送辊设置在溶剂槽内，第四张力调节辊和第二输送辊位于溶剂槽一侧，第三输送辊设于溶剂槽另一侧，干燥箱位于第三输送辊一侧。

本实用新型进一步的改进在于，溶剂槽中填充有有机溶剂。

本实用新型进一步的改进在于，收卷模块包括依次布置的第四输送辊、第五张力调节辊、极片收卷辊、第五输送辊、第六张力调节辊、复合锂带收卷辊、第六输送辊、第七张力调节辊和隔膜收卷辊。

本实用新型进一步的改进在于，第五张力调节辊和极片收卷辊之间设置有第四纠偏器，第六张力调节辊和复合锂带收卷辊之间设置有第五纠偏器，第七张力调节辊和隔膜收卷辊之间设置有第六纠偏器。

本实用新型进一步的改进在于，输送模块包括依次布置的复合锂带放卷辊、隔膜放卷辊、极片放卷辊、第一张力调节辊、第二张力调节辊以及第三张力调节辊。

本实用新型进一步的改进在于，第一张力调节辊和复合锂带放卷辊之间设置有第一纠偏器，第二张力调节辊和隔膜放卷辊之间设置有第二纠偏器，第三张力调节辊和极片放卷辊之间设置有第三纠偏器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：本实用新型通过设置补锂模块，实现对锂离子电池电极补锂，补锂过程避免了锂金属与极片表面直接接触形成镀层，提高了电池安全性；针对不同的电池体系，通过放卷不同锂层厚度的复合锂带，可以实现极片的精确补锂；本实用新型的整个补锂的操作过程简单且连续化，适合于规模化生产。

进一步的，可通过改变控制器内部阻值调节放电电流大小，从而控制补锂速率。

进一步的，第五张力调节辊、第六张力调节辊和第七张力调节辊分别调节极片、复合锂带和隔膜的张力，并通过第四纠偏器、第五纠偏器和第六纠偏器分别纠正收卷极片、复合锂带和隔膜时出现偏差，使收卷紧实整齐。

进一步的，当装置运行时，卷绕在极片放卷辊上的极片、隔膜放卷辊上的隔膜和复合锂带放卷辊上的复合锂带分别经第三张力调节辊、第二张力调节辊和第一张力调节辊进入补锂模块。

附图说明

图1为本实用新型的电极补锂装置示意图；

图中，101为复合锂带放卷辊，102为隔膜放卷辊，103为极片放卷辊，104为第一纠偏器，105为第二纠偏器，106为第三纠偏器，107为第一张力调节辊，108为第二张力调节辊，109为第三张力调节辊；

201为第一组合辊，202为补锂支撑辊，203为第二组合辊，204为电解质槽，205为第一集流器，206为控制器，207为第二集流器；

301为第四张力调节辊，302为第一输送辊，303为第二输送辊，304为第三输送辊，305为溶剂槽，306为干燥箱；

401为第四输送辊，402为第五张力调节辊，403为第五输送辊，404为第六张力调节辊，405为第六输送辊，406为第七张力调节辊，407为极片收卷辊，408为复合锂带收卷辊，409为隔膜收卷辊，410为第四纠偏器，411为第五纠偏器，412为第六纠偏器；

1为复合锂带，2为隔膜，3为极片。

具体实施方式

下面参照附图并结合具体实施例对本实用新型的锂离子电池电极补锂装置做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参照图1，本实用新型的锂离子电池电极补锂装置包括依次布置的输送模块、补锂模块、清洗干燥模块和收卷模块。当装置运行时，极片3经输送模块、补锂模块、清洗干燥模块进入收卷模块。

其中，输送模块包括依次布置的极片放卷辊103、隔膜放卷辊102、复合锂带放卷辊101、第一纠偏器104、第二纠偏器105、第三纠偏器106、第一张力调节辊107、第二张力调节辊108和第三张力调节辊109；极片放卷辊103与第三张力调节辊109之间设置有第三纠偏器106，隔膜放卷辊102与第二张力调节辊108之间设置有第二纠偏器105，101复合锂带放卷辊101与第一张力调节辊107之间设置有第一纠偏器104；输送模块用于分别将极片3、隔膜2和复合锂带1输送至补锂模块；具体的，当装置运行时，卷绕在极片放卷辊103上的极片3、隔膜放卷辊102上的隔膜2和复合锂带放卷辊101上的复合锂带1分别经第三张力调节辊109、第二张力调节辊108和第一张力调节辊107进入补锂模块。

补锂模块包括依次布置的第一组合辊201、补锂支撑辊202、第二组合辊203、电解质槽204和集流装置；第一组合辊201和第二组合辊203分别位于电解质槽204的上方两侧，补锂支撑辊202布置于电解质槽204内；极片3、隔膜2和复合锂带1经第一组合辊201、集流装置、补锂支撑辊202和第三组合辊203进入清洗干燥模块和收卷模块；电解质槽204内填充有电解液，第一组合辊201和第三组合辊203用于将极片3、隔膜2和复合锂带1三者覆合在一起，补锂支撑辊202用于支撑极片3、隔膜2和复合锂带1三者在电解液中传输。

集流装置设置于第一组合辊201与补锂支撑辊202之间，包括第一集流器205、第二集流器207和控制器206；第一集流器205、第二集流器207与控制器206通过导线连接；第一集流器205与极片集流体接触，第二集流器207与复合锂带集流体接触；集流装置用于将极片3与复合锂带1连通，对极片3进行补锂；控制器206用于控制补锂过程中补锂速率。

清洗干燥模块包括第四张力调节辊301、第一输送辊302、第二输送辊303、第三输送辊304、溶剂槽305和干燥箱306；其中，第一输送辊302设置在溶剂槽305内，第四张力调节辊301和第二输送辊303位于溶剂槽305一侧，第三输送辊304设于溶剂槽305另一侧，干燥箱306位于第三输送辊304一侧；当装置运行时，极片3经第四张力调节辊301、第二输送辊303、第一输送辊302和第三输送辊304进入干燥箱；溶剂槽305中填充有有机溶剂，第二输送辊303用于支撑极片3在溶剂槽305有机溶剂中传输，第三输送辊304用于传输极片3至干燥箱306。

收卷模块包括依次布置的第四输送辊401、第五张力调节辊402、极片收卷辊407、第四纠偏器410、第五输送辊403、第六张力调节辊404、复合锂带收卷辊408、第五纠偏器411、第六输送辊405、第七张力调节辊406、隔膜收卷辊409和第六纠偏器412；第五张力调节辊402和极片收卷辊407之间设置有第四纠偏器410，第六张力调节辊404和复合锂带收卷辊408之间设置有第五纠偏器411，第七张力调节辊406和隔膜收卷辊409之间设置有第六纠偏器412；第四输送辊401、第五输送辊403和第六输送辊405分别用于将极片3、复合锂带1和隔膜2传输至极片收卷辊407、复合锂带收卷辊408和隔膜收卷辊409，第五张力调节辊402、第六张力调节辊404和第七张力调节辊406分别用于调节极片3、复合锂带1和隔膜2的张力，第四纠偏器410、第五纠偏器411和第六纠偏器412分别用于纠正收卷时极片3、复合锂带1和隔膜2出现的偏差；当装置运行时，极片3、复合锂带1和隔膜2分别经第四输送辊401与第五张力调节辊402、第五输送辊403与第六张力调节辊404和第六输送辊405与第七张力调节辊406后卷绕在极片收卷辊407、复合锂带收卷辊408和隔膜收卷辊409上。

本实用新型的锂离子电池电极补锂装置的具体工作过程为：通过输送模块将卷绕在极片放卷辊103上的极片3、隔膜放卷辊102上的隔膜和复合锂带放卷辊101上的复合锂带1分别经第三张力调节辊109、第二张力调节辊108和第一张力调节辊107传输进入补锂模块。复合锂带1的集流体表面覆合有锂层，集流体的材质为导电箔材，优选地，复合锂带1为铜箔表面覆合有锂层的锂铜复合带；隔膜2用于将复合锂带1与极片3隔开，优选地，隔膜2为聚乙烯、聚丙烯等聚合物材质。复合锂带1的锂层厚度可根据不同的电池体系配套对应，通过改变锂层厚度精确控制极片补锂量。根据设计，复合锂带1、隔膜2和极片3依次叠加，隔膜2设置于极片3与复合锂带1之间，三者的长中轴线重合；复合锂带1宽度与极片3宽度一致，且复合锂带1的锂层区域宽度与极片涂布区域宽度一致并对齐，隔膜2的宽度大于复合锂带1或极片3的宽度。目的在于使极片3与复合锂带1隔开，避免了锂金属与极片3表面直接接触形成镀层，提高电池安全性。

进一步，本实用新型的锂离子电池电极补锂装置的具体工作过程为：通过补锂模块实现对极片补锂，极片3、隔膜2和复合锂带1经第一组合辊201、集流装置、补锂支撑辊202和第三组合辊203进入清洗干燥模块；电解质槽204内填充有电解液，第一组合辊201和第三组合辊203用于将3极片、隔膜2和复合锂带1三者覆合在一起，补锂支撑辊202用于支撑极片3、隔膜2和复合锂带1三者在电解液中传输。根据设计，第一组合辊201和第二组合辊203材质为橡胶绝缘材质，且组合辊内组单辊之间距离可以适当调节，保证极片3、隔膜2和复合锂带1能够覆合而不会发生过紧极片被压变形或过松没有覆合效果；电解质槽204中电解液要求浸没电解质槽中传输的极片，根据设计，极片补锂时间可设置补锂支撑辊202的数量；补锂过程可设计为连续运行或间歇运行，当连续运行时可通过集流装置调节补锂过程电流大小和补锂支撑辊202的数量，从而调节补锂速率与时间，使补锂完全；当间歇运行时可设计极片3、隔膜2与复合锂带1三者经放卷模块完全进入补锂模块后停止输送，接通集流装置，待补锂模块中极片补锂完全后，切断集流装置，继续输送极片使未补锂部分再完全进入补锂模块，停止输送进行补锂，以此过程进行完成极片补锂。

本实用新型中，集流装置设置于第一组合辊201与补锂支撑辊202之间，包括集流器和控制器；集流器与控制器通过导线连接；集流装置用于将极片3与复合锂带1连通，对极片3进行补锂。根据设计，第一集流器205和第二集流器207的材质均为良好的导电材料，且分别与极片集流体和复合锂带集流体充分接触；控制器206用于控制补锂过程中补锂速率，可通过改变控制器内部阻值调节放电电流大小，从而控制补锂速率。

本实用新型中，清洗干燥模块的目的在于洗涤补锂后极片表面残留电解液。溶剂槽305填充有有机溶剂，有机溶剂的种类优选为环状碳酸酯或链状碳酸酯类。溶剂槽305中有机溶剂要求浸没溶剂槽中传输的极片；根据设计极片洗涤时间设置第一输送辊302的数量，使极片得到充分洗涤。极片经过干燥箱除去补锂后极片残留的有机溶剂，优选的干燥箱干燥方式采用室温风干，对风干带走的有机溶剂气体冷凝回收。

通过第四输送辊401、第五输送辊403和第六输送辊405分别将极片、复合锂带和隔膜传输至极片收卷辊、复合锂带收卷辊408和隔膜收卷辊409，第五张力调节辊402、第六张力调节辊404和第七张力调节辊406分别调节极片、复合锂带和隔膜的张力，并通过第四纠偏器410、第五纠偏器411和第六纠偏器412分别纠正收卷极片、复合锂带和隔膜时出现偏差，使收卷紧实整齐。

本实用新型的补锂过程避免了锂金属与极片表面直接接触形成镀层，提高了电池安全性；针对不同的电池体系，通过放卷不同锂层厚度的复合锂带，可以实现极片的精确补锂；本实用新型的整个补锂的操作过程简单且连续化，适合于规模化生产。

Claims (9)

1.一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，包括依次布置的输送模块、补锂模块、清洗干燥模块和收卷模块；

补锂模块包括依次布置的第一组合辊(201)、第二组合辊(203)、电解质槽(204)、集流装置和若干补锂支撑辊(202)；第一组合辊(201)和第二组合辊(203)分别位于电解质槽(204)的上方两侧，若干补锂支撑辊(202)布置于电解质槽(204)内；集流装置设置于第一组合辊(201)与补锂支撑辊(202)之间。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，电解质槽(204)内填充有电解液。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，集流装置包括第一集流器(205)、第二集流器(207)和控制器(206)；第一集流器(205)、第二集流器(207)与控制器(206)通过导线连接；第一集流器(205)与极片集流体接触，第二集流器(207)与复合锂带集流体接触。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，清洗干燥模块包括第四张力调节辊(301)、第一输送辊(302)、第二输送辊(303)、第三输送辊(304)、溶剂槽(305)和干燥箱(306)；其中，第一输送辊(302)设置在溶剂槽(305)内，第四张力调节辊(301)和第二输送辊(303)位于溶剂槽(305)一侧，第三输送辊(304)设于溶剂槽(305)另一侧，干燥箱(306)位于第三输送辊(304)一侧。

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，溶剂槽(305)中填充有有机溶剂。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，收卷模块包括依次布置的第四输送辊(401)、第五张力调节辊(402)、极片收卷辊(407)、第五输送辊(403)、第六张力调节辊(404)、复合锂带收卷辊(408)、第六输送辊(405)、第七张力调节辊(406)和隔膜收卷辊(409)。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，第五张力调节辊(402)和极片收卷辊(407)之间设置有第四纠偏器(410)，第六张力调节辊(404)和复合锂带收卷辊(408)之间设置有第五纠偏器(411)，第七张力调节辊(406)和隔膜收卷辊(409)之间设置有第六纠偏器(412)。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，输送模块包括依次布置的复合锂带放卷辊(101)、隔膜放卷辊(102)、极片放卷辊(103)、第一张力调节辊(107)、第二张力调节辊(108)以及第三张力调节辊(109)。

9.根据权利要求8所述的一种锂离子电池电极补锂装置，其特征在于，第一张力调节辊(107)和复合锂带放卷辊(101)之间设置有第一纠偏器(104)，第二张力调节辊(108)和隔膜放卷辊(102)之间设置有第二纠偏器(105)，第三张力调节辊(109)和极片放卷辊(103)之间设置有第三纠偏器(106)。

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