CN217334143U - 干法电极生产设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种干法电极生产设备（1），其包括：多个干粉供料和处理单元（11），用于输入制造电极用的干粉以及输出干粉压合膜（2）；以及集流体供料和处理单元（12），用于储存集流体以及输出处理后的集流体，所述干粉压合膜（2）以及所述处理后的集流体用于组合成干电极片，其中，所述干粉供料和处理单元（11）包括用于输入所述干粉的干粉供料组件（111），并且在所述集流体供料和处理单元（12）的两侧各设置有多个所述干粉供料组件（111），各侧的多个所述干粉供料组件（111）分别输出干粉压延膜片（3），用于组合成所述干粉压合膜（2）。

Description

干法电极生产设备

技术领域

本实用新型涉及电极生产领域，具体而言，涉及一种干法电极生产设备，能够连续生产干电极片。

背景技术

现阶段，电极的涂布、例如锂离子电池或超级电容器电极的涂布，都采用的是湿法涂布工艺，这种工艺需要将锂离子电池或超级电容器的活性材料与相应的溶剂混合，制备成具有一定粘度和固含量的液态浆料，再通过转移涂布或挤压涂布的方式涂布到基材上。由于溶剂在锂离子电池或超级电容器中并不起作用，所以涂布后的湿电极膜需要经过电加热、油加热或蒸汽加热等方式进行烘烤，以除去电极活性物质中的溶剂，从而将液态浆料变为固态干料。一方面烘烤湿电极膜需要消耗大量的能源，如果所使用的溶剂为具有可燃性有机溶剂NMP（N-Methylpyrrolidone，N-甲基吡咯烷酮），那么其在使用过程和回收利用过程中又会增加设备投资成本且具有安全风险；另一方面，尽管电极膜在生产制备过程会进行严格的高温高真空等条件干燥处理，但实际很难将电极膜活性材料中的溶剂完全去除，残留的溶剂会与电解液相互发生化学反应，从而影响电极的电化学性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于以干法的方式生产电极来代替现有技术的湿法涂布工艺，并且保证用于与处理后的集流体进行组合的干粉压合膜具有稳定且优良的品质，避免或减少其存在孔隙等缺陷的风险。

此外，本实用新型还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

本实用新型通过提供一种干法电极生产设备来解决上述问题，具体而言，根据本实用新型的一方面，提供了：

一种干法电极生产设备，其中，其包括：

多个干粉供料和处理单元，用于输入制造电极用的干粉以及输出干粉压合膜；以及

集流体供料和处理单元，用于储存集流体以及输出处理后的集流体，

所述干粉压合膜以及所述处理后的集流体用于组合成干电极片，

其中，所述干粉供料和处理单元包括用于输入所述干粉的干粉供料组件，并且在所述集流体供料和处理单元的两侧各设置有多个所述干粉供料组件，各侧的多个所述干粉供料组件分别输出干粉压延膜片，用于组合成所述干粉压合膜。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，在所述集流体供料和处理单元的两侧各设置有两个所述干粉供料组件。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述干粉供料组件包括干粉供料装置和干粉压延辊组，所述干粉压延辊组布置于所述干粉供料装置的下游，用于对由所述干粉供料装置所提供的干粉进行压延成型，以形成所述干粉压延膜片。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述干粉供料组件还包括第一切边装置，所述第一切边装置布置于所述干粉压延辊组的下游，用于对经压延成型的干粉进行切边。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述干粉供料和处理单元还包括压合辊组和第二切边装置，所述压合辊组和所述第二切边装置依次布置于所述干粉供料组件的下游，用于将所述干粉压延膜片压合并切边以形成所述干粉压合膜。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述集流体供料和处理单元包括彼此依次布置的集流体放卷装置、电晕装置以及预热装置。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述干法电极生产设备还包括彼此依次布置的复合辊组、冷却辊组以及收卷装置，所述复合辊组用于将所述干粉压合膜与所述处理后的集流体压延形成复合的干电极片。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述干法电极生产设备还包括导向辊，所述导向辊布置于所述复合辊组与所述冷却辊组之间，用于对所述复合的干电极片的输送方向进行导向。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述预热装置包括预热辊组和烘箱中的一个或多个，并且所述预热装置的工作温度在80至250℃的范围内可调节。

可选地，根据本实用新型的一种实施方式，两组所述压合辊组分别配属于各侧的多个所述干粉供料组件。

所提供的干法电极生产设备的有益之处包括：结构简单、功能集成度高，能够实现两面电极膜同时与集流体合体，能够工业化大规模、高效率地生产厚度和面密度可控的高质量电极膜；基本不使用任何加工添加剂、例如水、NMP等。

附图说明

参考附图，本实用新型的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，

图1示出了根据本实用新型的一种干法电极生产设备的结构示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

参考图1，其示出了根据本实用新型的一种干法电极生产设备的结构示意图。应当理解，由于各个部件的具体形状和连接方式并非本实用新型的主题，故为清楚简明起见，所有这些部件都以结构模块的形式示意地给出，本领域技术人员在结构简图的启示下可自行选择适当的模块形状与连接方式等。此外，所给出的结构简图为本实用新型的一种实施例，本领域技术人员在参考简图后可作出不脱离本实用新型精神的各种修改，这些修改也应在本实用新型的保护范围内。

根据一种实施例，所述干法电极生产设备1包括：

多个干粉供料和处理单元11，用于输入制造电极用的干粉以及输出干粉压合膜2；以及

集流体供料和处理单元12，用于储存集流体以及输出处理后的集流体，

所述干粉压合膜2以及所述处理后的集流体用于组合成干电极片，

其中，所述干粉供料和处理单元11包括用于输入所述干粉的干粉供料组件111，并且在所述集流体供料和处理单元12的两侧各设置有多个所述干粉供料组件111，各侧的多个所述干粉供料组件111分别输出干粉压延膜片3，用于组合成所述干粉压合膜2。

由此可见，所述干粉压合膜2在所述处理后的集流体的两侧（如上下两侧）与所述集流体进行复合，完成成品干电极片的生产工作。此外，由于所述干粉供料组件111输出的物料可能存在有厚度不均匀（凹凸不平）、凹坑、裂痕、甚至孔隙、气泡等缺陷，因此本技术方案在所述集流体供料和处理单元12的两侧各采用了多个所述干粉供料组件111，因此各侧的干粉压合膜2至少能够由两个干粉压延膜片3来形成，由此它们可以互相弥补和补充，能够在很大程度上减少或甚至避免存在上述缺陷的风险，提高了干粉压合膜2的形状完整可靠性、品质稳定性，最终质量可以得到保证。

具体地，从图中看出的是，在所述集流体供料和处理单元12的两侧各设置有两个所述干粉供料组件111。由此，能够在得到上述技术效果的同时对这个设备的搭建时间和金钱成本进行控制，能够以性价比较高的方式实现技术目的，并且同时具有占地空间小的优点。

例如，各侧的两个所述干粉供料组件111整体上看是竖直设置的，彼此并排并间隔开（但彼此之间没有其它构件），而物料的运输方向总体上为水平方向，因此能够充分利用布局空间。而搭建所述集流体供料和处理单元12的零件少于所述干粉供料和处理单元11，因此其在中间侧所留下的富余空间也可以被下侧的多个所述干粉供料组件111所利用。

此外，本领域技术人员应当清楚，所述干粉供料和处理单元11连同所述干粉供料组件111相对于所述集流体供料和处理单元12的布置位置设计不应当影响所述集流体供料和处理单元12本身的物料输送。例如在图中，所述集流体供料和处理单元12由左向右进行物料输送，因此上述技术方案的两侧可以是图中的上下两侧，亦可以选用于纸面平面之外的里外两侧等等，只要能够实现干粉压合膜2于集流体膜的两面与集流体进行复合即可。

干粉即不额外添加液体成分的粉末颗粒。所使用的干粉原料可以是混合干活性材料和干粘结剂粉末，具体地，可包括含有电池或电容器活性材料粉体和热塑性粘结剂粉料的干纤丝化混合物，或由活性材料和热塑性粘结剂制成的二次干颗粒。应当理解，制造电极用的原料为粉末颗粒，比如：正极活性物质为磷酸铁锂粉末，负极活性物质为石墨粉末，干粉的意思就是这些粉末中不额外添加液体成分。由于热塑性粘结剂具有粘结性能，能够把这些干粉粘结在一起，从而能够压延成膜。二次干颗粒是由热塑性粘结剂和活性材料粉末先进行造粒，形成类似于小豌豆大小的颗粒，然后再去进行压延成膜。所谓的二次是相对于粉末原来的粉末颗粒来说的。集流体也可以被称作为基材，具体可以包括各类材质的箔片、例如铜箔、铝箔等。最终生产出的干电极片可例如用于锂离子电池或超级电容器的电极，或是其它适用的电极。

关于所述干粉供料组件111的具体设计，在一种实施例中，其包括干粉供料装置1111和干粉压延辊组1112，所述干粉压延辊组1112布置于所述干粉供料装置1111的下游，用于对由所述干粉供料装置1111所提供的干粉进行压延成型，以形成所述干粉压延膜片3。通过所述干粉压延辊组1112能够将干粉料压延形成具有一定厚度的自支持连续压延膜片（自支持是指该压延膜片能够在运输过程中维持住其本身的膜片形状，而不需要借助任何支撑装置），便于后续的压延膜片组合。

所述干粉压延辊组1112具体可构造为两个辊子，对称设置于干粉输送方向的两侧，以彼此相反旋转的方式同时实现压延和运输功能。下文中提到的其它辊组可以类似地进行设置，因此不再赘述。

除此之外，所述干粉供料组件111还包括第一切边装置1113，所述第一切边装置1113布置于所述干粉压延辊组1112的下游，用于对经压延成型的干粉进行切边。通过所述第一切边装置1113来实现对经压延成型的干粉的尺寸（例如宽度）进行控制和固定，便于后续处理。考虑到本实施例还具有第二切边装置（后文将进行介绍），因此该第一切边装置可以省去。

为了提高切边效果，所述第一切边装置1113（以及还有下文还要介绍的第二切边装置）也可以如辊组那样设置成多个，并对称设置于干粉输送方向的两侧。

所述干粉供料和处理单元11还包括压合辊组112和第二切边装置113，所述压合辊组112和所述第二切边装置113依次布置于所述干粉供料组件111的下游，用于将所述干粉压延膜片3压合并切边以形成所述干粉压合膜2。经由所述压合辊组112能够将多个所述干粉压延膜片3压合在一起，形成厚度均匀且面密度一致的压合膜片，再通过所述第二切边装置113，形成宽度固定、厚度均匀、面密度一致的干粉压合膜2，由此完成所述干粉供料和处理单元11的物料输出工作。

还可以看出的是，两组所述压合辊组112分别配属于各侧的多个所述干粉供料组件111，也就是说每侧的干粉供料和处理单元11各具有两组压合辊组112。这是考虑到压合辊组112同时需要处理至少两个干粉压延膜片3，因此依次设置两组压合辊组112能够对较厚的干粉压延膜片3复合物进行初级和二次压合，以综合实现更加稳定品质的干粉压合膜2。

关于所述集流体供料和处理单元12的具体结构设计，示例性的是，其包括彼此依次布置的集流体放卷装置121、电晕装置122以及预热装置123。应当理解，所述集流体放卷装置121用于放卷基材，以提供集流体原料，可选地所述集流体原料被展开为膜片形状，所述电晕装置122的电晕处理用于对集流体表面产生清洗、活化的作用，以提高基材膜面的表面能，从而改善基材膜面与干粉压合膜2的粘接性能。本实施方式利用高频率高电压在电极间产生电晕放电，并产生低温等离子体，对基材表面进行极化改性，可用于材料改性、接枝、流延镀膜、油墨印刷等实验工艺中，提高基材表面粘附力，改善涂布质量。所述预热装置123用于将基材预热到一定温度，便于后续复合处理过程的进行。其中，所述预热装置123包括预热辊组和烘箱中的一个或多个，并且所述预热装置123的工作温度在80至250℃的范围内可调节。

在分别通过所述干粉供料和处理单元11和所述集流体供料和处理单元12得到了干粉压合膜2以及处理后的集流体之后，为了将它们进行复合，所述干法电极生产设备1还包括彼此依次布置的复合辊组13、冷却辊组15以及收卷装置16，其中，所述复合辊组13用于将所述干粉压合膜2与所述处理后的集流体压延形成复合的干电极片，所述冷却辊组15用于对复合后的成品电极片进行冷却，所述收卷装置16用于对复合后的成品电极片进行收卷。应当理解，在进行复合前，干粉压合膜2能够在上下两侧紧贴处理后的集流体，并且所述复合辊组13通过压延的方式将两侧的干粉压合膜2复合在基材膜面上，以形成复合的电极片。此外，所述冷却辊组15（包括之前提到的预热辊组）由多个辊子构成，并且这些辊子彼此间隔开，以便所运输的基材膜与各个辊子均能够有充分的接触和作用空间。

可选的是，所述干法电极生产设备1还包括导向辊14，所述导向辊14布置于所述复合辊组13与所述冷却辊组15之间，用于对所述复合的干电极片的输送方向进行导向。如此即可无需严格要求所述复合辊组13与所述冷却辊组15彼此之间的位置关系，它们能够根据实际的客观情况对布置位置进行适应性的调节。应当理解，本领域技术人员可以根据实际布局需要而在本设备的其它零件之间设置各自的导向辊。

还可选的是，所述集流体放卷装置121和收卷装置16都具有纠偏张紧功能，所述压合辊组112、干粉压延辊组1112和复合辊组13构造为热压辊，各辊的表面温度在80至250℃的范围内可调节，它们的辊缝大小也可通过PID控制进行调节，以实现纠偏和稳定作业的功能。此外，这些辊组还可以具有清洁装置。

下面简述使用本干法电极生产设备1的干法电极生产方法：

（1）将混合物干粉连续稳定地分别加入干粉供料装置1111；

（2）位于基材膜面两侧的至少四个干粉供料装置1111连续地将混合物干粉喂入各自对应的干粉压延辊组1112，经压延成型和第一切边装置1113切边后，形成具有一定厚度和宽度的自支撑连续的干粉压延膜片3；

（3）位于基材膜面同侧的至少两片具有一定厚度和宽度的自支撑连续的干粉压延膜片3互相紧贴，经过压合辊组112两次压合，可以消除单片的干粉压延膜片3表面的缺陷，确保得到的干粉压合膜2的厚度均匀，表面无裂痕、凹坑、空洞等缺陷，再经第二切边装置113切边，形成厚度均匀、面密度一致的连续的干粉压合膜2；

（4）基材经集流体放卷装置121放卷，依次经过电晕装置122电晕处理，去除基材膜面异物，提高基材膜面表面能；经过预热装置123预热到一定温度；

（5）位于基材膜面两侧的两片连续的干粉压合膜2，分别贴紧基材两个膜面，经过复合辊组13，直接压延在基材表面上，经过冷却辊组15冷却后，在收卷装置16收卷得到最终干电极片。

其中，步骤（2）的干粉压延膜片3的厚度范围可为5至250μm，步骤（2）的位于基材膜面同侧的，至少两片具有一定厚度和宽度的自支撑连续的干粉压延膜片3之间的厚度差范围为0至250μm，步骤（3）的位于基材膜面两侧的两片连续的干粉压合膜2的厚度相差不超过±5μm、面密度相差不超过±10 g/m²。这些指标主要通过各辊组的辊子之间的辊隙大小和辊组之间压力大小的调整来实现。

应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本实用新型的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本实用新型的法律保护范围内。

Claims (10)

1. 一种干法电极生产设备（1），其特征在于，其包括：

多个干粉供料和处理单元（11），用于输入制造电极用的干粉以及输出干粉压合膜（2）；以及

集流体供料和处理单元（12），用于储存集流体以及输出处理后的集流体，

所述干粉压合膜（2）以及所述处理后的集流体用于组合成干电极片，

其中，所述干粉供料和处理单元（11）包括用于输入所述干粉的干粉供料组件（111），并且在所述集流体供料和处理单元（12）的两侧各设置有多个所述干粉供料组件（111），各侧的多个所述干粉供料组件（111）分别输出干粉压延膜片（3），用于组合成所述干粉压合膜（2）。

2.根据权利要求1所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，在所述集流体供料和处理单元（12）的两侧各设置有两个所述干粉供料组件（111）。

3.根据权利要求1所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，所述干粉供料组件（111）包括干粉供料装置（1111）和干粉压延辊组（1112），所述干粉压延辊组（1112）布置于所述干粉供料装置（1111）的下游，用于对由所述干粉供料装置（1111）所提供的干粉进行压延成型，以形成所述干粉压延膜片（3）。

4.根据权利要求3所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，所述干粉供料组件（111）还包括第一切边装置（1113），所述第一切边装置（1113）布置于所述干粉压延辊组（1112）的下游，用于对经压延成型的干粉进行切边。

5.根据权利要求1所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，所述干粉供料和处理单元（11）还包括压合辊组（112）和第二切边装置（113），所述压合辊组（112）和所述第二切边装置（113）依次布置于所述干粉供料组件（111）的下游，用于将所述干粉压延膜片（3）压合并切边以形成所述干粉压合膜（2）。

6.根据权利要求1所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，所述集流体供料和处理单元（12）包括彼此依次布置的集流体放卷装置（121）、电晕装置（122）以及预热装置（123）。

7.根据权利要求1所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，其还包括彼此依次布置的复合辊组（13）、冷却辊组（15）以及收卷装置（16），所述复合辊组（13）用于将所述干粉压合膜（2）与所述处理后的集流体压延形成复合的干电极片。

8.根据权利要求7所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，其还包括导向辊（14），所述导向辊（14）布置于所述复合辊组（13）与所述冷却辊组（15）之间，用于对所述复合的干电极片的输送方向进行导向。

9.根据权利要求6所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，所述预热装置（123）包括预热辊组和烘箱中的一个或多个，并且所述预热装置（123）的工作温度在80至250℃的范围内可调节。

10.根据权利要求5所述的干法电极生产设备（1），其特征在于，两组所述压合辊组（112）分别配属于各侧的多个所述干粉供料组件（111）。

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