CN218891574U - 负极粗化复合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池生产领域，公开了一种负极粗化复合系统。该系统包括集流体粗化线路和至少一条复合材料输送线路，集流体粗化线路上设置有打磨粗化机构，集流体粗化线路和复合材料输送线路汇聚于复合机构；打磨粗化机构包括打磨砂轮和与打磨砂轮相对的支撑轮，打磨砂轮与复合材料输送线路位于集流体粗化线路的同一侧，打磨砂轮与支撑轮之间形成打磨区域，复合机构包括第一复合辊和第二复合辊，第一复合辊和第二复合辊之间形成使集流体和复合材料受压复合的复合区域。该系统采用在线连续打磨粗化集流体的砂轮打磨粗化机构，将其结合于负极复合系统中，先进行负极集流体的打磨粗化，然后进行复合材料的复合，可以连续性生产，有效提高生产效率。

Description

负极粗化复合系统

技术领域

本实用新型涉及电池生产领域，尤其是一种负极粗化复合系统。

背景技术

近年来，新能源汽车在外观设计和续航里程上均取得了较大的突破，国内电动汽车的保有量出现爆发式增长趋势。但“里程焦虑”问题仍未得到突破性的改善，人们仍迫切希望电动汽车续航里程突破1000km。为实现这一目标，高能量密度的固态电池成为当前的研究热点。

为提高固态电池的能量密度，国内头部企业以及国外固态电池初创公司均在开发锂金属电池，同时锂金属负极的研究与产业化也在同步推行。与常规负极极片一致，锂金属负极仍采用铜箔作为集流体，将金属锂附在铜集流体表面。目标比较高效、简便的方式为将金属锂带与铜箔通过复合辊施加一定压力进行复合。

授权公告号CN111360073B的专利申请公开了一种提高压延铜箔表面粗糙度的方法，其中提出铜箔表面粗糙度过时复合锂带存在锂铜界面结合力不强的现象。通过液氮冷冻粗糙平整辊辊压和液态二氧化碳刻蚀达到铜箔表面粗糙度增加的效果，从而增强锂铜界面结合强度。但该方法在卷对卷连续处理过程中会消耗大量的液氮和液态二氧化碳，其实施难度高。此外大量的氮气和二氧化碳排入干燥间对操作人员和金属锂带均有一定负面影响。申请公布号为CN 113903876A的专利申请公开了锂铜复合带及其制备方法与设备，其中提出将铜箔通过微针扎孔形成扎孔区域，且扎孔后会形成尖刺或凸起。在与锂带复合过程中，残留的尖刺或凸起嵌入锂带中从而提高了锂铜界面的结合强度。该方法虽然能解决锂铜结合强度问题，但铜箔两面的金属锂在电化学反应过程中会通过扎孔后的铜箔形成的微孔来回穿梭，从而导致铜箔两面的容量差异。

申请公布号为CN114171798 A的专利申请公开了一种改善负极表面覆锂的方法、补锂负极和锂离子二次电池，其中提到在负极的负极活性材料层的表面形成粗化层，所述粗化层具有均匀分布的纳米级别的粗糙度；将厚度为1-50um的超薄金属锂或锂合金膜压力复合到粗化层上，得到补锂负极。其在实施例中分别公开了采用砂纸对原始负极表面进行打磨抛光处理得到表面粗化负极；采用乙炔黑、聚偏氟乙烯、溶剂N-甲基吡咯烷酮混合得到均匀的浆料借助微凹涂布机，在原始负极表面涂布得到表面粗化的负极。总体而言，该申请的方案还处于实验阶段，还未投入批量化的生产中，在实际投入生产过程中，需要保证工艺的生产效率和可持续性，而该技术方案还无法满足这样的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种负极粗化复合系统，在同一系统内实现负极集流体的粗化和表面材料的复合，提高生产效率。

本实用新型公开的负极粗化复合系统，包括集流体粗化线路和至少一条复合材料输送线路，所述集流体粗化线路上设置有打磨粗化机构，所述集流体粗化线路和复合材料输送线路汇聚于复合机构；所述打磨粗化机构包括打磨砂轮和与打磨砂轮平行设置的支撑轮，所述打磨砂轮与复合材料输送线路位于集流体粗化线路的同一侧，所述打磨砂轮与支撑轮之间形成打磨区域，所述复合机构包括第一复合辊和第二复合辊，所述第一复合辊和第二复合辊之间形成使集流体和复合材料受压复合的复合区域。

优选地，所述的负极粗化复合系统，其特征在于包括有两条复合材料输送线路，两条复合材料输送线路分别汇聚于集流体粗化线路的两侧面。

优选地，所述打磨砂轮包括相对设置的第一砂轮和第二砂轮，所述第一砂轮和第二砂轮之间形成供集流体通过的打磨区域，所述第二砂轮作为第一砂轮的支撑轮，所述第一砂轮作为第二砂轮的支撑轮。

优选地，所述的负极粗化复合系统还包括有第一除尘机构，所述第一除尘机构包括有第一除尘罩，所述第一除尘罩与打磨砂轮位于同一侧，且所述打磨砂轮位于第一除尘罩内，所述第一除尘罩的端部通过吸尘通道连接有负压吸尘装置。

优选地，所述的负极粗化复合系统还包括有第二除尘机构，所述第二除尘机构位于集流体粗化线路上且位于打磨粗化机构的下游，所述第二除尘机构包括除尘毛刷，所述除尘毛刷位于打磨砂轮的同一侧，所述除尘毛刷对应的区域形成除尘区域。

优选地，所述第二除尘机构还包括有第二除尘罩，所述第二除尘罩与除尘毛刷位于同一侧，且所述除尘毛刷位于第二除尘罩内，所述第二除尘罩的端部设置有吸尘通道，所述吸尘通道连接有负压吸尘装置。

优选地，所述的负极粗化复合系统包括有两条复合材料输送线路，两条复合材料输送线路分别汇聚于集流体粗化线路的上方和下方；

所述除尘毛刷包括第一毛刷和第二毛刷，所述第一毛刷和第二毛刷之间形成供集流体通过的除尘区域。

优选地，所述除尘毛刷连接有驱动机构，所述除尘毛刷在除尘区域的运行方向与集流体输送方向相反。

优选地，所述打磨砂轮连接有驱动机构，所述打磨砂轮在打磨区域的运行方向与集流体输送方向相反。

优选地，所述集流体粗化线路在打磨粗化机构的上游以及复合材料输送线路上均依次设置有集流体放卷装置、张力控制机构、纠偏机构，所述复合机构的下游依次设置有张力控制机构和收卷装置。

本实用新型的有益效果是：本申请的负极粗化复合系统采用在线连续打磨粗化集流体的砂轮打磨粗化机构，将其结合于负极复合系统中，先进行负极集流体的打磨粗化，然后进行复合材料的复合，可以连续性生产，有效提高生产效率，而且通过集流体的粗化可以降低复合辊压力，减小锂带厚度变化，提升锂铜复合界面结合强度。

附图说明

图1是本申请的一种实施方式的示意图；

图2是本申请的另一种实施方式的示意图。

附图标记：第一放卷装置1，第二放卷装置2，第三放卷装置3，收卷装置4，第一张力控制机构51，第二张力控制机构52，第三张力控制机构53，第一纠偏导轮61，第二纠偏导轮62，第三纠偏导轮63，第一纠偏机构71，第二纠偏机构72，第三纠偏机构73，第一砂轮81，第二砂轮82，第一除尘罩91，第一毛刷101，第二毛刷102，吸尘通道111，第一复合辊121，第二复合辊122，支撑轮13。

具体实施方式

下面对本实用新型进一步说明。

本申请的负极粗化复合系统是集合了负极的集流体粗化和复合材料与集流体的复合两方面功能的系统，该系统包括集流体粗化线路和至少一条复合材料输送线路，所述集流体粗化线路上设置有打磨粗化机构，所述集流体粗化线路和复合材料输送线路汇聚于复合机构；所述打磨粗化机构包括打磨砂轮和与打磨砂轮平行设置的支撑轮13，所述打磨砂轮与复合材料输送线路位于集流体粗化线路的同一侧，所述打磨砂轮与支撑轮13之间形成打磨区域，所述复合机构包括第一复合辊121和第二复合辊122，所述第一复合辊121和第二复合辊122之间形成使集流体和复合材料受压复合的复合区域。

目前实际生产中，负极的集流体通常采用铜箔，必要情况下也可以此采用银箔等其他材料，复合材料则通常采用金属锂带或者锂合金带，锂合金带包括锂基材料和掺杂与所述锂基材料中的金属元素，所述金属元素包括镁、硼、铝、钙、硅、铟、锡、锌、银、锰、钠、铜等中的至少一种。生产时，将集流体通过集流体粗化线路输送，复合材料通过复合材料输送线路输送。在复合前，集流体首先被输送至打磨粗化机构，在打磨区域中被打磨砂轮打磨粗化，在打磨过程中，支撑轮13相对于打磨砂轮设置，起到支撑效果，保证打磨的稳定。打磨砂轮与复合材料输送线路位于集流体粗化线路的同一侧，使得打磨粗化的集流体一面与复合材料在复合机构中接触，在第一复合辊121和第二复合辊122之间的复合区域内，复合材料与集流体通过复合辊的压力被复合在一起形成负极。

集流体上可以仅在一面复合，也可以在两面都进行复合，而后者通常为更优的生产方式，为此达到两面复合的目的，该系统包括有两条复合材料输送线路，两条复合材料输送线路分别汇聚于集流体粗化线路的两侧面，在集流体的两个侧面均进行复合。为此，就需要在集流体的两侧面均设置打磨砂轮。具体可以是如图2所示的实施例，分别前后设置两组打磨砂轮和支撑轮13。不过此结构无疑较为复杂，因而，如图1所示，在本申请的优选实施方案中，所述打磨砂轮包括相对设置的第一砂轮81和第二砂轮82，所述第一砂轮81和第二砂轮82之间形成供集流体通过的打磨区域，所述第二砂轮82作为第一砂轮81的支撑轮13，所述第一砂轮81作为第二砂轮82的支撑轮13。第一砂轮81和第二砂轮82不但作为打磨砂轮，而且互为支撑轮13，可以首先结构的简化，而且上下同时打磨，可以使集流体两侧面受力更加均匀，从而提高运行的稳定性，保证质量的稳定。打磨砂轮优选采用可拆卸组装，其组装宽度范围为50-400，优选80-150mm，宽度不超过所附锂带宽度。打磨砂轮与支撑轮13之间或者第一砂轮81和第二砂轮82之间的可随集流体厚度变化，且压力不超过100N。打磨砂轮目数通常为50-2000目，优选400-1000目。

在打磨粗化集流体时会产生较大的尘屑，为了降低尘屑对于生产环境的影响，在本申请的优选实施例中，所述负极粗化复合系统还包括有第一除尘机构，所述第一除尘机构包括有第一除尘罩91，所述第一除尘罩91与打磨砂轮位于同一侧，且所述打磨砂轮位于第一除尘罩91内，所述第一除尘罩91的端部通过吸尘通道111连接有负压吸尘装置。磨粗化产生的尘屑被隔离在第一除尘罩91内，并由负压吸尘装置通过吸尘通道111吸出，从而可以防止尘屑影响外界生产环境，这里的负压吸尘装置采用常规的吸尘抽风设备即可，后段还可以连接尘屑收集装置等设备，对金属尘屑进行回收处理。若仅打磨集流体的一个侧面，则仅在该侧面设置第一除尘罩91即可，若集流体的两个侧面均进行打磨，则需要在两侧均设置第一除尘罩91，两侧的第一除尘罩91之间设置开口以供集流体的输入和输出。

虽然采用了第一除尘机构可以很好地将打磨过程中飞散出来的尘屑回收，但是，在集流体表面仍然会附着部分尘屑，这部分尘屑会影响复合质量，为此，在本申请的优选实施方式中，该系统还包括有第二除尘机构，所述第二除尘机构位于集流体粗化线路上且位于打磨粗化机构的下游，所述第二除尘机构包括除尘毛刷，所述除尘毛刷位于打磨砂轮的同一侧，所述除尘毛刷对应的区域形成除尘区域。集流体先通过打磨粗化机构的打磨粗化后，到达第二除尘机构，在除尘区域内，被除尘毛刷洗刷，从而去除集流体表面附着的尘屑，以防止尘屑影响后续复合的牢固。在集流体两面均进行抛光时，可以在两面分别除尘毛刷，即图1和2中所示，所述除尘毛刷包括第一毛刷101和第二毛刷102，所述第一毛刷101和第二毛刷102之间形成供集流体通过的除尘区域，同时对集流体两面进行刷洗。

毛刷去除尘屑时，同样会使尘屑飘散在空气中，为此，在本申请的优选实施例中，所述第二除尘机构还包括有第二除尘罩，所述第二除尘罩与除尘毛刷位于同一侧，且所述除尘毛刷位于第二除尘罩内，所述第二除尘罩的端部设置有吸尘通道111，所述吸尘通道111连接有负压吸尘装置。第二除尘罩将毛刷清理扬起的尘屑包裹住，防止其向外溢出，同时，负压吸尘装置通过吸尘通道111将尘屑吸出。第一除尘罩91和第二除尘罩的各个吸尘通道111可以采用同一套负压吸尘装置吸尘，也可以分别连接不同的负压吸尘装置。此外，也可以将第一除尘罩91和第一除尘罩91合为在一起形成一个大罩体，打磨砂轮和除尘毛刷均设置于该大罩体内。第一除尘罩91和第一除尘罩91可以采用可上下移动或者可拆卸的结构，以便于更换打磨砂轮和除尘毛刷。复合辊12优选为防粘辊，防粘材质为聚甲醛、聚乙烯、聚四氟乙烯、陶瓷等。复合辊复合压力为0-6000N，优选为2000-6000N。

除尘毛刷、打磨砂轮虽然在理论上可以采用无动力结构，但是毫无疑问，其清理效果和打磨效果都不会太好，因此，通常采用对应的电机等驱动机构对其进行驱动，为了达到良好的清理效果，在本申请的优选实施例中，所述除尘毛刷在除尘区域的运行方向与集流体输送方向相反。如图1所示，集流体从左向右输送，位于上方的除尘毛刷在在除尘区域的运行方向与集流体输送方向相反，则其顺时针旋转，而位于下方的除尘毛刷则是逆时针旋转。如此可以加快毛刷与集流体表面的相对运动，从而提高清理效果。类似地，所述打磨砂轮在打磨区域的运行方向与集流体输送方向相反，是为了使打磨砂轮发挥更好的打磨效果。

该负极粗化复合系统的集流体粗化线路和复合材料输送线路可以参考现有的复合系统中的输送线路设置，例如在本申请的一个优选实施例中，所述集流体粗化线路在打磨粗化机构的上游以及复合材料输送线路上均依次设置有放卷装置、张力控制机构、纠偏机构，所述复合机构的下游依次设置有张力控制机构和收卷装置4。放卷装置用于放置待加工的集流体和复合材料，张力控制机构用于控制材料的张力，纠偏机构防止材料跑偏，收卷装置4用于收取加工后的负极，均有现有的成熟产品。如图1所示，集流体粗化线路上依次设置有第一放卷装置(1)、第一张力控制机构51、第一纠偏导轮61、第一纠偏机构71到达打磨粗化机构，再到达复合机构，而上侧的复合材料依次通过第二放卷装置2、第二张力控制机构52、第二纠偏导轮62、第二纠偏机构72到达复合机构，下侧的复合材料依次通过第三放卷装置3、第三张力控制机构、第三纠偏导轮63、第三纠偏机构73到达复合机构，下侧和下侧的复合材料通过复合机构被复合在经粗化后的集流体的上下面，复合后的电池负极通过第四张力控制机构，被收卷于收卷装置4上。对于铜箔符合锂带而言，第一张力控制机构51和第四张力控制机构的张力范围优选为1-100N，精度0.5N，第二张力控制机构52和第三张力控制机构的张力范围优选为0.5-20N，精度0.1N。纠偏机构可以采用超声波感应或激光感应，其纠偏精度为0.5mm。

以铜箔上复合锂带为例，锂带的宽度为50-400mm，优选80-150mm，锂带厚度为5-200μm，优选20-120μm，锂带强度δ大于0.8Mpa，锂带可选择性覆承载膜，所述承载膜为PP、PE、PET等高分子聚合物中的一种，承载膜至于锂带远离铜箔一侧。18、所铜箔宽度为50-600mm，优选为80-200mm。所述铜箔厚度为2-17μm，优选6-12μm。所述铜箔为光面铜箔，其光面粗糙度Rz＜2μm。所述铜箔经过砂轮打磨增粗后两面粗糙度Rz≥2μm，优选为2.3-3.3μm。所述锂锂带至少复合在铜箔的一个表面，所述锂铜复合带的剥离强度大于10N/m，优选为无法剥离。所述锂带厚度＜35μm时，可直接附在光面铜箔上，无需打磨增粗，且剥离强度大于10N/m。锂带厚度≥35μm时，则需对铜箔打磨增粗后才能进行复合。双面光铜箔由放卷轴1放卷通过砂轮8进行双面打磨，砂轮旋转方向与铜箔走带方向相反，旋转线速度≥0m/min，以粗糙度不磨穿铜箔为佳。上下砂轮设置有负压除尘装置91、92，此外砂轮后方还设有毛刷101、102和负压除尘装置111和112以彻底除尘，最后通过复合辊12由收卷轴14收卷。可将两卷锂带分别从放卷轴2、3放卷通过复合辊12分别复合在铜箔上下表面由收卷轴14收卷。所述锂带宽度不超过铜箔宽度，所述铜箔与锂带的相对位置通过纠偏传感器调节，一般地，铜箔与锂带居中对齐。通过张力机构5调节铜带和上下锂带的张力大小，可获得较平整的复合版面，且张力调节应避免带材发生断带。通过逐渐提升复合辊121和122之间的压力可提升锂铜复合界面强度直至无法剥离。

以下为本申请的实施例和对比例。

实施例一、将200mm宽8μm厚的铜箔由第一放卷装置1以2m/min的速度放卷，通过600目砂轮打磨，砂轮线速度为0.5m/min，同时100mm宽60μm厚的锂带分别从第二放卷装置2、第三放卷装置3以2m/min的速度放卷，通过纠偏调节后与铜箔居中对齐。在复合压力4000N下分别复合在铜箔的上下表面。所打磨后铜箔粗糙度Rz＞2.3μm。锂铜复合版面结合力良好，无法剥离。

实施例二、将200mm宽8μm厚的铜箔由第一放卷装置1以2m/min的速度放卷，通过1000目砂轮打磨，砂轮线速度为0.5m/min，同时100mm宽60μm厚的锂带分别从第二放卷装置2、第三放卷装置3以2m/min的速度放卷，通过纠偏调节后与铜箔居中对齐。在复合压力4000N下分别复合在铜箔的上下表面。打磨后铜箔粗糙度Rz＞2.3μm。锂铜复合版面结合力良好，无法剥离。

对比例一、将200mm宽8μm厚的铜箔由第一放卷装置1以2m/min的速度放卷，未经打磨。100mm宽60μm厚的锂带分别从第二放卷装置2、第三放卷装置3以2m/min的速度放卷，通过纠偏调节后与铜箔居中对齐。在复合压力6000N下分别复合在铜箔的上下表面。未打磨的铜箔粗糙度Rz＜2μm。锂铜复合版面较差，特别是边缘出现褶皱区域，未与铜箔充分结合。

Claims (10)

1.负极粗化复合系统，其特征在于，包括集流体粗化线路和至少一条复合材料输送线路，所述集流体粗化线路上设置有打磨粗化机构，所述集流体粗化线路和复合材料输送线路汇聚于复合机构；所述打磨粗化机构包括打磨砂轮和与打磨砂轮平行设置的支撑轮(13)，所述打磨砂轮与复合材料输送线路位于集流体粗化线路的同一侧，所述打磨砂轮与支撑轮(13)之间形成打磨区域；所述复合机构包括第一复合辊(121)和第二复合辊(122)，所述第一复合辊(121)和第二复合辊(122)之间形成使集流体和复合材料受压复合的复合区域。

2.如权利要求1所述的负极粗化复合系统，其特征在于：包括有两条复合材料输送线路，两条复合材料输送线路分别汇聚于集流体粗化线路的两侧面。

3.如权利要求2所述的负极粗化复合系统，其特征在于：所述打磨砂轮包括相对设置的第一砂轮(81)和第二砂轮(82)，所述第一砂轮(81)和第二砂轮(82)之间形成供集流体通过的打磨区域，所述第二砂轮(82)作为第一砂轮(81)的支撑轮(13)，所述第一砂轮(81)作为第二砂轮(82)的支撑轮(13)。

4.如权利要求1所述的负极粗化复合系统，其特征在于：还包括有第一除尘机构，所述第一除尘机构包括有第一除尘罩(91)，所述第一除尘罩(91)与打磨砂轮位于同一侧，且所述打磨砂轮位于第一除尘罩(91)内，所述第一除尘罩(91)的端部通过吸尘通道(111)连接有负压吸尘装置。

5.如权利要求1所述的负极粗化复合系统，其特征在于：还包括有第二除尘机构，所述第二除尘机构位于集流体粗化线路上且位于打磨粗化机构的下游，所述第二除尘机构包括除尘毛刷，所述除尘毛刷位于打磨砂轮的同一侧，所述除尘毛刷对应的区域形成除尘区域。

6.如权利要求5所述的负极粗化复合系统，其特征在于：所述第二除尘机构还包括有第二除尘罩，所述第二除尘罩与除尘毛刷位于同一侧，且所述除尘毛刷位于第二除尘罩内，所述第二除尘罩的端部设置有吸尘通道(111)，所述吸尘通道(111)连接有负压吸尘装置。

7.如权利要求5所述的负极粗化复合系统，其特征在于：包括有两条复合材料输送线路，两条复合材料输送线路分别汇聚于集流体粗化线路的上方和下方；

所述除尘毛刷包括第一毛刷(101)和第二毛刷(102)，所述第一毛刷(101)和第二毛刷(102)之间形成供集流体通过的除尘区域。

8.如权利要求5所述的负极粗化复合系统，其特征在于：所述除尘毛刷连接有驱动机构，所述除尘毛刷在除尘区域的运行方向与集流体输送方向相反。

9.如权利要求1所述的负极粗化复合系统，其特征在于：所述打磨砂轮连接有驱动机构，所述打磨砂轮在打磨区域的运行方向与集流体输送方向相反。

10.如权利要求1所述的负极粗化复合系统，其特征在于：所述集流体粗化线路在打磨粗化机构的上游以及复合材料输送线路上均依次设置有集流体放卷装置、张力控制机构、纠偏机构，所述复合机构的下游依次设置有张力控制机构和收卷装置。

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