CN217035419U - 一种连续电极的制备系统装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种连续电极的制备系统装置。所述制备系统装置包括按电极极片传送方向依次连接的电解液浸润单元、预嵌锂单元和收集单元，所述电解液浸润单元包括电解液槽、注液管道、液位传感器和辊轴组，所述预嵌锂单元包括对辊辊压辊轴和对辊辊压辊轴之间的压力传感器。本实用新型中的系统装置能够在确保电极预嵌锂程度可控的前提下，实现电极预嵌锂过程的连续化生产，而且电极预嵌锂均匀，避免了使用穿孔箔所带来的成本增加，另外所述装置在无水无氧的环境中工作，消除了锂金属带来的安全风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂离子电容器储能技术领域，具体涉及一种连续电极的制备系统装置。
背景技术
目前，锂离子电容器(LIC)因具有自放电小、能量密度大、循环性能好、功率密度高、安全等优点而备受青睐。目前，对锂离子电容器的研究主要集中在高浓度电解液的开发、电极材料的选择以及负极预嵌锂工艺的优化。
Decaux等(Electrochimica Acta，2012，86：282-286)尝试用浓度比较高的LiTFSI为电解液，但LiTFSI对铝集流体具有腐蚀性而且价格比较昂贵，因此大部分锂离子电容器仍采用LiPF6作为电解液。可用于锂离子电容器正极材料的大多具有高比表面积，如纳米多孔炭、石墨烯等。这类材料的孔道结构(提供离子的进出通道)、表界面特性(影响电极与电解液之间的界面特性)及其形貌在很大程度上取决于制备手段、条件和原材料。目前，一些价格低廉且易得的活性炭是主要使用的正极材料。用于锂离子电容器负极材料的主要包括钛酸锂、石墨、硬炭、软炭等。钛酸锂循环性能好、充放电过程中体积变化小，但其嵌锂电位比较高因而使用钛酸锂做负极的锂离子电容器电压比较低，一般低于3.2V。炭材料由于存在不可逆容量，因此对炭负极进行预锂化必不可少。Sivakkumar等(Electrochimica Acta，2012，65：280-287)发现不同预嵌锂过程对锂离子电容器循环性能有很大影响，在负极表面形成稳定的SEI膜是保持良好循环性能的保障。
CN105190811A公开了一种锂离子电容器复合物电极的制备方法，锂离子电容器包括阴极、阳极以及置于阴极和阳极之间的多孔分隔器，采用活性炭形成阴极，从包含锂钛氧化物和碳材料(例如硬碳或石墨)的复合材料形成阳极。所述锂离子电容器还包括形成在所述阴极和所述阳极中的至少一个的朝向分隔器的表面上的锂复合物颗粒，所述锂复合物颗粒包含锂金属芯和包覆该芯的一层络合锂盐。
化学工业与工程，2015，32(6)：36-40公开了采用硬炭与锂源自放电这种简单的预锂化方法使锂嵌入硬炭，而后以预锂化硬炭和活性炭分别为负极和正极组装了锂离子电容器，研究了负极预锂化时间对锂离子电容器比容量的影响，结果表明随着预锂化时间的延长，比容量先增大后减小，15h为最适宜预锂化时间。
CN203562321U公开了一种用于锂离子电容器的预嵌锂装置，其特征在于：负极集流体与正极集流体位于反应电堆内，负极集流体与正极集流体成圆筒形；负极集流体位于最中间，其外圈上附有隔膜，其内圈为负极区域；正极集流体套在负极集流体外，正极集流体内圈与负极集流体之间留有距离为正极区域，正极集流体外圈上附有隔膜；正极连接管路和负极连接管路上均有泵和阀，负极集流体通过电源线引出负极，正极集流体通过电源线引出正极。
但是对于CN105190811A，其制备稳定的锂复合物颗粒是难点，不但工艺复杂，无法实现连续化生产，而且预嵌锂的程度难以控制；化学工业与工程，2015，32(6)：36-40采用一种简易的嵌锂方式，即让负极活性物质直接与锂源接触进行嵌锂，该过程中不需要拆装电池的复杂过程，但是这种方式仅适合于实验室研究使用，无法对预嵌锂程度和均匀度进行精准控制，更无法实现连续化生产；CN203562321U采用的预嵌锂装置融合了液流电池的结构主体特征，通过含锂活性物质的液相流动，实现锂离子电容器的预嵌锂，该装置不能进行预嵌锂电极的连续化生产。
如何在确保电极预嵌锂程度可控的前提下，实现电极预嵌锂过程的连续化安全生产，是本领域的重要研究方向。
实用新型内容
鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型的目的之一在于提高一种连续电极的制备系统装置。该装置能够在确保电极预嵌锂程度可控的前提下，实现电极预嵌锂过程的连续化生产，均匀嵌锂，低成本，高安全性。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型的目的之一在于提供一种连续电极的制备系统装置，所述制备系统装置包括按电极极片传送方向依次连接的电解液浸润单元、预嵌锂单元和收集单元，所述电解液浸润单元包括电解液槽、注液管道、液位传感器和辊轴组，所述预嵌锂单元包括对辊辊压辊轴和对辊辊压辊轴之间的压力传感器。
本实用新型的电极经电解液槽中电解液浸润，而后由从电解液槽中输出，电极经过与对辊辊压辊轴上的锂金属接触实现预嵌锂，最后电极被收集单元收集。当电解液箱中的液位传感器检测到电解液液位低于设定的低液位时，由注液管道对电解液槽加注电解液，直到电解液的液位达到设定的高液位。当对辊辊压辊轴上的锂金属消耗完时，采用新的锂金属进行替换。本实用新型中的系统装置能够在确保电极预嵌锂程度可控的前提下，实现电极预嵌锂过程的连续化生产，而且电极预嵌锂均匀，避免了使用穿孔箔所带来的成本增加，另外所述装置在无水无氧的环境中工作，消除了锂金属带来的安全风险。
作为本实用新型优选的技术方案，所述辊轴组包括按电极极片传送方向依次设置的放卷辊轴、电解液浸润辊轴和输出辊轴。
作为本实用新型优选的技术方案，所述电解液浸辊轴在电解液中浸润，所述输出辊轴从所述电解液槽中输出电极极片。
本实用新型中放卷辊轴上的电极极片经电解液槽中电解液浸润辊轴在电解液中浸润，而后由输出辊轴从电解液槽中输出。
作为本实用新型优选的技术方案，当所述液位传感器检测到电解液低于设定的低液位时，由所述注液管道向所述电解液槽加注电解液至设定的高液位。
作为本实用新型优选的技术方案，所述对辊辊压辊轴包括对辊辊压上辊轴和对辊辊压下辊轴。
作为本实用新型优选的技术方案，所述对辊辊压上辊轴和所述对辊辊压下辊轴之间的压力为0.1～5Mpa，其中所述压力可以是0.1Mpa、0.5Mpa、1Mpa、1.5Mpa、2Mpa、2.5Mpa、3Mpa、3.5Mpa、4Mpa、4.5Mpa或5Mpa等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本实用新型优选的技术方案，所述对辊辊压上辊轴的外侧和所述对辊辊压下辊轴的外侧分别独立地包裹锂金属带和/或金属片。
作为本实用新型优选的技术方案，所述对辊辊压上辊轴的外侧和所述对辊辊压下辊轴的外侧仅选其一包裹锂金属带和/或金属片。
作为本实用新型优选的技术方案，所述收集单元包括收卷辊轴。
作为本实用新型优选的技术方案，所述收卷辊轴的滚动速度为1×10-7～1×10- 2m/s，其中所述传送速度可以是1×10-7m/s、1×10-6m/s、1×10-5m/s、1×10-4m/s、1×10-3m/s或1×10-2m/s，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本实用新型中的装置所实现的电极极片预嵌锂的程度由电极极片传送速度和对辊辊压辊轴之间的压力共同控制。该装置的电极传送速度由收卷辊轴的滚动速度控制。
与现有技术方案相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
(1)本实用新型中系统装置可以实现电极预嵌锂过程的连续化生产，非常易于工业化；
(2)通过收卷辊轴的滚动速度和对辊辊压辊轴之间的压力共同控制预嵌锂程度，并能实现均匀预嵌锂；
(3)不使用穿孔箔，降低了技术复杂度和生产成本；
(4)本实用新型中的系统装置在无水无氧的环境中工作，消除了锂金属带来的安全风险。
附图说明
图1是本实用新型实施例1中的系统装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例1中双面电极极片的结构示意图。
图3是本实用新型实施例2中单面电极极片的结构示意图。
图中：101-电解液槽；102-注液管道；103-液位传感器；104-放卷辊轴；105-收卷辊轴；106-电解液浸润辊轴；107-输出辊轴；108-对辊辊压上辊轴；109-对辊辊压下辊轴；110-压力传感器；111-锂金属带；112-电极极片；201-双面电极集流体；202-双面电极固体物质；203-单面极片集流体；204-单面极片固体物质。
具体实施方式
下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
为更好地说明本实用新型，便于理解本实用新型的技术方案，本实用新型的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种如图1所示的连续电极的制备系统装置及利用该系统装置制备的电极极片：
制备系统装置包括按电极极片112传送方向依次连接的电解液浸润单元、预嵌锂单元和收集单元，所述电解液浸润单元包括电解液槽101、注液管道102、液位传感器103和辊轴组，所述预嵌锂单元包括对辊辊压辊轴和对辊辊压辊轴之间的压力传感器110。
电极经电解液槽101中电解液浸润，而后由从电解液槽101中输出，电极极片112经过与对辊辊压辊轴上的锂金属接触实现预嵌锂，最后电极被收集单元收集。当电解液槽101中的液位传感器110检测到电解液液位低于设定的低液位时，由注液管道102对电解液箱加注电解液，直到电解液的液位达到设定的高液位。当对辊辊压辊轴上的锂金属消耗完时，采用新的锂金属进行替换。
所述辊轴组包括按电极极片传送方向依次设置的放卷辊轴104、电解液浸润辊轴106和输出辊轴107。
所述电解液浸辊轴106在电解液中浸润，所述输出辊轴107从所述电解液槽101中输出电极极片。
其中，放卷辊轴104上的电极极片112经电解液槽101中电解液浸润辊轴106在电解液中浸润，而后由输出辊轴107从电解液槽中输出。
当所述液位传感器103检测到电解液低于设定的低液位H2时，由所述注液管道102对所述电解液槽101加注电解液至设定的高液位H2。
所述对辊辊压辊轴包括对辊辊压上辊轴108和对辊辊压下辊轴109。
所述对辊辊压上辊轴108和所述对辊辊压下辊轴109之间的压力为2.5Mpa。
所述对辊辊压上辊轴108的外侧和所述对辊辊压下辊轴109的外侧分别独立地包裹锂金属带111。
所述收集单元包括收卷辊轴105。
所述收卷辊轴105的滚动速度为1×10-4m/s。
本实施例所制备的电极极片为双面电极，其结构如图2所示，由双面电极集流体201和集流体两面的双面电极固体物质202组成。
实施例2
本实施例提供一种连续电极的制备系统装置及利用该系统装置制备的电极极片：
制备系统装置包括按电极极片112传送方向依次连接的电解液浸润单元、预嵌锂单元和收集单元，所述电解液浸润单元包括电解液槽101、注液管道102、液位传感器103和辊轴组，所述预嵌锂单元包括对辊辊压辊轴和对辊辊压辊轴之间的压力传感器110。
电极经电解液槽101中电解液浸润，而后由从电解液槽101中输出，电极极片112经过与对辊辊压辊轴上的锂金属接触实现预嵌锂，最后电极被收集单元收集。当电解液槽101中的液位传感器110检测到电解液液位低于设定的低液位时，由注液管道102对电解液箱加注电解液，直到电解液的液位达到设定的高液位。当对辊辊压辊轴上的锂金属消耗完时，采用新的锂金属进行替换。
所述辊轴组包括按电极极片传送方向依次设置的放卷辊轴104、电解液浸润辊轴106和输出辊轴107。
所述电解液浸辊轴106在电解液中浸润，所述输出辊轴107从所述电解液槽101中输出电极极片。
其中，放卷辊轴104上的电极极片112经电解液槽101中电解液浸润辊轴106在电解液中浸润，而后由输出辊轴107从电解液槽中输出。
当所述液位传感器103检测到电解液低于设定的低液位H2时，由所述注液管道102对所述电解液槽101加注电解液至设定的高液位H2。
所述对辊辊压辊轴包括对辊辊压上辊轴108和对辊辊压下辊轴109。
所述对辊辊压上辊轴108和所述对辊辊压下辊轴109之间的压力为2.5Mpa。
所述对辊辊压上辊轴108的外侧和所述对辊辊压下辊轴109的外侧仅选其一包裹锂金属带111。
所述收集单元包括收卷辊轴105。
所述收卷辊轴105的滚动速度为1×10-4m/s。
本实施例所制备的电极极片为单面电极，其结构如图3所示，由单面极片集流体203和集流体一面的单面极片固体物质204组成。
申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种连续电极的制备系统装置，其特征在于，所述制备系统装置包括按电极极片传送方向依次连接的电解液浸润单元、预嵌锂单元和收集单元，所述电解液浸润单元包括电解液槽、注液管道、液位传感器和辊轴组，所述预嵌锂单元包括对辊辊压辊轴和对辊辊压辊轴之间的压力传感器。
2.根据权利要求1所述的制备系统装置，其特征在于，所述辊轴组包括按电极极片传送方向依次设置的放卷辊轴、电解液浸润辊轴和输出辊轴。
3.根据权利要求2所述的制备系统装置，其特征在于，所述电解液浸辊轴在电解液中浸润，所述输出辊轴从所述电解液槽中输出电极极片。
4.根据权利要求1所述的制备系统装置，其特征在于，当所述液位传感器检测到电解液低于设定的液位值时，由所述注液管道向所述电解液槽加注电解液。
5.根据权利要求1所述的制备系统装置，其特征在于，所述对辊辊压辊轴包括对辊辊压上辊轴和对辊辊压下辊轴。
6.根据权利要求5所述的制备系统装置，其特征在于，所述对辊辊压上辊轴和所述对辊辊压下辊轴之间的压力为0.1～5Mpa。
7.根据权利要求6所述的制备系统装置，其特征在于，所述对辊辊压上辊轴的外侧和所述对辊辊压下辊轴的外侧分别独立地包裹锂金属带和/或金属片。
8.根据权利要求6所述的制备系统装置，其特征在于，所述对辊辊压上辊轴的外侧和所述对辊辊压下辊轴的外侧仅选其一包裹锂金属带和/或金属片。
9.根据权利要求1所述的制备系统装置，其特征在于，所述收集单元包括收卷辊轴。
10.根据权利要求9所述的制备系统装置，其特征在于，所述收卷辊轴的滚动速度为1×10-7～1×10-2m/s。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202220026928.7U CN217035419U (zh) | 2022-01-07 | 2022-01-07 | 一种连续电极的制备系统装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114373893A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-19 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种连续电极的制备系统装置及其制备方法和应用 |
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2022
- 2022-01-07 CN CN202220026928.7U patent/CN217035419U/zh active Active
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| CN114373893A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-19 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种连续电极的制备系统装置及其制备方法和应用 |
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