CN219123265U - 一种极片补锂装置及电池生产设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种极片补锂装置及电池生产设备。极片补锂装置包括：极片处理组件、补锂单元及嵌锂组件，极片处理组件适于制备并沿第一方向放出极片料带；补锂单元设置在极片处理组件的下游，适于在极片料带的表面补充金属锂，以形成复合极片料带；嵌锂组件，设置在补锂单元的下游，嵌锂组件具有烘烤单元，烘烤单元适于烘烤复合极片料带，以使金属锂嵌入极片料带。通过对复合极片料带进行加热，实现固相嵌锂，使得金属锂嵌入极片料带中，增加对极片料带补锂的稳定性，避免了在后续加工过程中极片料带上的锂黏附到其它设备表面，保证补锂的可靠性，也可以避免在注液过程金属锂与电解液发生副反应，从而提高电池性能。

Description

一种极片补锂装置及电池生产设备

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种极片补锂装置及电池生产设备。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优势而成为消费类电子电池与新能源汽车动力电池的首选。然而锂离子电池电极材料在首次充放电过程中，由于固态电解质膜(SEI膜)形成而造成的锂损耗限制了锂离子电池能量密度的发挥，在硅基负极材料体系中表现尤为明显，而循环过程中副反应引起的活性锂损耗也会造成循环寿命缩短。现有技术中有通过对极片补锂来提升锂离子电池能量密度与循环寿命的方式，然而，现有技术中的补锂装置对极片进行补锂后，金属锂层直接覆盖在极片的表面，可能存在黏附不牢的情况，在极片后续加工过程中极片表面的金属锂可能会黏附到后续加工用到的其它设备表面，造成补锂量减少甚至补锂失效。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的极片补锂后金属锂在极片表面黏附不牢固的缺陷，从而提供一种能够使得金属锂不易从极片上脱落的极片补锂装置及电池生产设备。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种极片补锂装置，包括：极片处理组件，适于制备并沿第一方向放出极片料带；补锂单元，设置在极片处理组件的下游，适于在极片料带的表面补充金属锂，以形成复合极片料带；嵌锂组件，设置在补锂单元的下游，嵌锂组件具有烘烤单元，烘烤单元适于烘烤复合极片料带，以使金属锂嵌入极片料带。

可选的，嵌锂组件还包括输气单元，输气单元适于向烘烤单元中输送保护气体。

可选的，烘烤单元的烘烤温度为80-100℃。

可选的，烘烤单元的烘烤时间为2-12h。

可选的，极片处理组件包括：极片制备单元，适于制备极片料带；极片干燥单元，设置在极片制备单元的下游，适于对极片料带进行干燥；极片辊压单元，设置在极片干燥单元的下游，适于辊压极片料带。

可选的，极片处理组件还包括：分切单元，分切单元设置在极片辊压单元的下游，适于沿第一方向对极片料带进行分切。

可选的，补锂单元包括：第一补锂单元，沿极片料带的厚度方向设置在极片料带的第一侧，适于对极片料带的第一侧补锂；第二补锂单元，沿极片料带的厚度方向设置在极片料带的第二侧，适于对极片料带的补锂。

可选的，复合极片料带的补锂面容量为0.2-4mAh/cm²。

本实用新型还提供了一种电池生产设备，其包括：上述的极片补锂装置；组装组件，设置在极片补锂装置的下游，适于裁切复合极片料带并组装成电池；注液单元，设置在组装组件的下游，适于向电池中注入电解液。

可选的，电池组装组件包括：装配单元，具有裁切模块和组装模块，裁切模块适于裁切复合极片料带，以形成多个极片单元，组装模块适于将极片单元组装成电池；电池干燥单元，设置在装配单元的下游，适于对电池进行干燥。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的极片补锂装置，通过在极片料带进行移动的第一方向上依次设置极片处理组件、补锂单元及嵌锂组件，依次实现对极片料带的制备、补锂及烘烤，并且通过嵌锂组件的烘烤单元对补锂后的复合极片料带进行烘烤加热，实现固相嵌锂，使得金属锂嵌入极片料带中，增加极片料带补锂的稳定性，避免了在后续加工过程中极片料带上的锂黏附到其它设备表面，保证补锂的可靠性，也可以避免在注液过程金属锂与电解液发生副反应，从而提高电池性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本实用新型实施例的电池生产设备的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例一的补锂单元的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例二的补锂单元的结构示意图。

附图标记说明：

10、极片料带；11、第一锂带放卷辊；111、第一锂带；12、第二锂带放卷辊；121、第二锂带；31、第一压延辊组件；32、第二压延辊组件；511、第一载体膜放卷辊；512、第二载体膜放卷辊；521、第一载体膜收卷辊；522、第二载体膜收卷辊；531、第一载体膜过辊；532、第二载体膜过辊；611、第一转移辊；612、第二转移辊；621、第三转移辊；622、第四转移辊；81、第一驱动模块；82、第二驱动模块；83、极片改向辊；91、第一载体膜；92、第二载体膜；

100、极片处理组件；101、极片制备单元；102、极片干燥单元；103、极片辊压单元；202、第二补锂单元；103、极片辊压单元；104、分切单元；200、补锂单元；201、第一补锂单元；300、嵌锂组件；400、组装组件；401、装配单元；402、电池干燥单元；500、注液单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例一

如图1至图2所示，本实施例提供的极片补锂装置包括：极片处理组件100、补锂单元200及嵌锂组件300，极片处理组件100适于制备并沿第一方向放出极片料带10；补锂单元200设置在极片处理组件100的下游，适于在极片料带10的表面补充金属锂，以形成复合极片料带；嵌锂组件300，设置在补锂单元200的下游，嵌锂组件300具有烘烤单元，烘烤单元适于烘烤复合极片料带，以使金属锂嵌入极片料带10。

需要说明的是，第一方向指的是图1中箭头所指的“第一方向”，极片料带10沿第一方向移动；下游指的是沿图1中箭头所指的“第一方向”的下游，极片处理组件100、补锂单元200及嵌锂组件300沿第一方向依次设置；极片料带10为负极片料带。

应用本实施例的极片补锂装置，通过在极片料带10进行移动的第一方向上依次设置极片处理组件100、补锂单元200及嵌锂组件300，依次实现对极片料带10的制备、补锂及烘烤，并且通过嵌锂组件300的烘烤单元对补锂后的复合极片料带进行烘烤加热，实现固相嵌锂，使得金属锂嵌入极片料带10中，增加极片料带10补锂的稳定性，避免了在后续加工过程中极片料带10上的锂黏附到其它设备表面，保证补锂的可靠性，也可以避免在注液过程金属锂与电解液发生副反应，从而提高电池性能。

需要说明的是，在经过补锂单元200补锂后的复合极片料带上，金属锂直接贴合在极片料带10的表面，但金属锂可能会从极片料带10的表面脱落，而经过烘烤单元的烘烤后，在热的作用下，加速了锂与极片料带10上的活性材料之间的相互作用，锂元素以化合物或者合金的形式嵌入到极片活性物质的内部，从而实现固相嵌锂，得到稳定的复合极片料带。

优选地，极片料带10上覆锂宽度小于活性物质层的宽度，极片料带10两侧各留未补锂空白区域宽度1-5mm。其中，宽度指的是极片料带10的表面上垂直于第一方向的宽度方向的尺寸。

在本实施例中，嵌锂组件300还包括输气单元，输气单元适于向烘烤单元中输送保护气体。通过输气单元向烘烤单元中输送保护气体，使得烘烤过程在保护气体环境中进行，有效防止金属锂与氮气等发生副反应，从而保证对极片料带10的补锂效果。可选地，保护气体为氧气、氩气、二氧化碳中的至少一种。

在本实施例中，烘烤单元的烘烤温度为80-100℃。在该烘烤温度下对复合极片料带进行烘烤，既能够加速固相嵌锂过程，又可以避免因温度过高而对极片料带10中的粘结剂等组分造成破坏。优选地，烘烤温度为100℃。

可选地，烘烤方式包括烘箱热烘烤、电磁诱导式加热和近红外加热烘烤等，优选近红外加热烘烤方式。

在本实施例中，烘烤单元的烘烤时间为2-12h。在上述时间范围内对复合极片料带进行烘烤，一方面可以保证足够多的锂进入到极片料带10的活性材料中，即实现固相嵌锂，另一方面也可以避免因烘烤时间过长而造成极片料带10中的活性物质、粘结剂等组分失效。

在本实施例中，极片处理组件100包括：极片制备单元101、极片干燥单元102及极片辊压单元103，极片制备单元101适于制备极片料带10；极片干燥单元102设置在极片制备单元101的下游，适于对极片料带10进行干燥；极片辊压单元103设置在极片干燥单元102的下游，适于辊压极片料带10。具体地，极片制备单元101制得的极片料带10为负极极片料带，极片料带10包括金属集流体层和活性物质层，集流体层优选为铜箔，活性物质层涂覆在集流体层上，活性物质层的活性材料为天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、SiO、SnO、纳米Si、纳米Sn、金属锂的一种或多种；极片干燥单元102对极片料带10进行烘烤，以降低极片料带10中的水分，烘烤方式包括烘箱热烘烤、电磁诱导式加热和近红外加热烘烤等，优选近红外加热烘烤方式，烘烤后负极极片料带的水分含量小于200ppm；极片辊压单元103用于对极片料带10进行辊压，以增大极片料带10的压实密度，防止活性物质层脱落。

在本实施例中，极片处理组件100还包括：分切单元104，分切单元104设置在极片辊压单元103的下游，适于沿第一方向对极片料带10进行分切。极片料带10经过分切单元104的分切后，形成至少两个并列的料带，分切后的料带的宽度变窄，以便于后期再次进行裁切形成组装到电池中的极片单元，分切后的料带仍沿第一方向移动。

在本实施例中，补锂单元200包括：第一补锂单元201及第二补锂单元202，第一补锂单元201沿极片料带10的厚度方向设置在极片料带10的第一侧，适于对极片料带10的第一侧补锂；第二补锂单元202沿极片料带10的厚度方向设置在极片料带10的第二侧，适于对极片料带10的补锂。通过设置补锂单元200包括分别设置在极片料带10的两侧的第一补锂单元201和第二补锂单元202，可以实现对极片料带10的双面补锂，从而增加补锂量，提高补锂效率。

进一步结合图2所示，极片料带10由第一驱动模块81放出，并由第二驱动模块82牵引，实现极片料带10的移动，极片料带10依次绕过四个极片改向辊83，四个极片改向辊83呈“Z”字型排布，从而极片料带10呈弯折状前进，节约空间，其中，第一驱动模块81位于图1所示的补锂单元200的上游，第二驱动模块82位于图1所示的补锂单元200的下游，第一驱动模块81和第二驱动模块82共同配合实现极片料带10的移动；第一补锂单元201和第二补锂单元202沿图2所示的“第二方向”对称设置在极片料带10的两侧，具体地，第一补锂单元201包括第一牵引机构和第一转移辊组件，第一牵引机构适于牵引第一载体膜91移动，第一载体膜91位于极片料带10沿第二方向的第一侧，第一载体膜91上靠近极片料带10的一侧粘附有第一锂箔，第一转移辊组件适于夹紧并辊压极片料带10和第一载体膜91，以将第一锂箔转移至极片料带10沿厚度方向的第一表面；第二补锂单元202沿极片料带10的移动方向设置在第一补锂单元201的下游，第二补锂单元202包括第二牵引机构和第二转移辊组件，第二牵引机构适于牵引第二载体膜92移动，第二载体膜92位于极片料带10沿厚度方向的第二侧，第二载体膜92上靠近极片料带10的一侧粘附有第二锂箔，第二转移辊组件适于夹紧并辊压极片料带10和第二载体膜92，以将第二锂箔转移至极片料带10的第二表面。其中，第一载体膜91和第二载体膜92均为PET膜，厚度方向指的是垂直于极片料带10的表面的方向。

具体地，第一转移辊组件包括相对设置的第一转移辊611和第二转移辊612，第一转移辊611设置在极片料带10的第一侧，即设置有PET膜的一侧，第二转移辊612设置在极片料带10的第二侧，即未设置有PET膜的一侧，第一转移辊611将第一载体膜91上对应位置的金属锂压至极片料带10的第一表面上；第二转移辊组件包括相对设置的第三转移辊621和第四转移辊622，第三转移辊621设置在极片料带10的第二侧，即设置有PET膜的一侧，第四转移辊622设置在极片料带10的第一侧，即未设置有PET膜的一侧，第三转移辊621将第二载体膜92上对应位置的金属锂压至极片料带10的第二表面上。需要说明的是，极片料带10沿厚度方向具有相对的第一表面和第二表面两个表面，极片料带10的第一侧对应第一表面，极片料带10的第二侧对应第二表面。

优选地，为了更好的适应不同剥离力的PET膜与极片料带10，转移辊组件采取差速的方式，PET膜侧的转移辊的速度快于极片侧的转移辊的速度，差速0.1％-5％，具体地，第一转移辊611的运行速度大于第二转移辊612的运行速度，第三转移辊621的运行速度大于第四转移辊622的运行速度，运行速度的范围为20-100m/min。转移辊组件中的两个转移辊之间的压力大小优选为1-5T。通过差速补锂的方式，可以避免在极片料带10双侧补锂过程中极片剥离力与PET膜剥离力相近情况下发生负极活性材料反剥离，造成补锂失败的问题，实现了对PET膜与极片补锂兼容范围的大幅拓宽，保障了补锂的高成品率。

需要说明的是，第二补锂单元202沿极片料带10的移动方向设置在第一补锂单元201的下游，第二补锂单元202对极片料带10的第二表面补锂在第一补锂单元201对极片料带10的第一表面补锂之后，为了避免在第二补锂单元202对极片料带10的第二表面补锂过程中发生补锂后第一表面的金属锂与第四转移辊622发生粘连，在第四转移辊622表面涂有润滑油，其中，润滑油选自白油与硅油。

具体地，第一牵引机构包括第一载体膜放卷辊511、第一载体膜收卷辊521和第一载体膜过辊531，第一载体膜放卷辊511适于放出第一载体膜91，第一载体膜收卷辊521适于收起第一载体膜91，第一载体膜91经由第一载体膜放卷辊511放出后绕过第一载体膜过辊531，以张紧第一载体膜91并改变其延伸方向，然后由第一载体膜收卷辊521收起；同理，第二牵引机构包括第二载体膜放卷辊512、第二载体膜收卷辊522和第二载体膜过辊532，第二载体膜放卷辊512放出第二载体膜92，第二载体膜收卷辊522收起第二载体膜92，第二载体膜过辊532适于张紧第二载体膜92并改变其方向。第一补锂单元201还包括第一锂带放卷辊11和第一压延辊组件31，第一锂带放卷辊11适于放出第一锂带111，第一压延辊组件31适于夹紧并辊压第一锂带111和第一载体膜91，以将第一锂带111压延成第一锂箔并粘附在第一载体膜91上；第二补锂单元202还包括第二锂带放卷辊12和第二压延辊组件32，第二锂带放卷辊12适于放出第二锂带121，第二压延辊组件32适于夹紧并辊压第二锂带121和第二载体膜92，以将第二锂带121压延成第二锂箔并粘附在第二载体膜92上。

优选地，锂带放卷辊直接放出的锂带是厚度为1-2mm的厚锂带，厚锂带进入压延辊组件之间进行压延得到厚度为2-6μm的超薄锂箔，并且锂箔在压延辊组件的辊压下粘附在PET膜表面。进一步优选地，压延辊组件之间的压延压力大小2-10T，PET膜变形量小于5％。

在本实施例中，复合极片料带的补锂面容量为0.2-4mAh/cm²，优选为优选0.5-1.0mAh/cm²。需要说明的是，面容量指的是单位面积上的容量，具体地，补锂面容量指的是在极片料带10的表面的单位面积上所补充的锂的容量。

实施例二

如图3所示，实施例二的极片补锂装置与实施例一的区别在于补锂单元200的结构形式不同，在实施例二中，第一补锂单元201和第二补锂单元202相对设置在极片料带10沿厚度方向的两侧，第一补锂单元201的转移辊组件仅设置有一个第一转移辊611，第一转移辊611同时兼具第一载体膜收卷辊收卷第一载体膜91的功能，第二补锂单元202的转移辊组件仅设置有一个第三转移辊621，第三转移辊621同时兼具第二载体膜收卷辊收卷第二载体膜92的功能，且第一转移辊611和第三转移辊621相对应地设置在极片料带10的两侧，且共同夹紧极片料带10，通过第一转移辊611和第三转移辊621之间的辊压力实现将PET膜上的金属锂转移到极片料带10上，同样可以实现对极片料带10的双面补锂。

在本实施例中，通过双PET膜夹1-2mm厚锂带在两个压延辊之间进行压延，得到2-6μm的超薄锂箔。具体地，第一载体膜91的数量为两个，第一锂带111位于两个第一载体膜91之间，第一压延辊组件31夹紧并辊压两个第一载体膜91，远离极片料带10的一个第一载体膜91上可以涂覆离型剂，可以避免金属锂黏附到上面，从而实现将辊压后的金属锂箔黏附在靠近极片料带10的一个第一载体膜91上，进而通过第一转移辊611的辊压将金属锂转移到极片料带的表面；同理，第二压延辊组件32紧并辊压两个第二载体膜92，远离极片料带10的一个第二载体膜92上可以涂覆离型剂，可以避免金属锂黏附到上面，从而实现将辊压后的金属锂箔黏附在靠近极片料带10的一个第二载体膜92上进而通过第三转移辊621的辊压将金属锂转移到极片料带的表面。

本实用新型还提供了一种电池生产设备，其包括：上述的极片补锂装置、组装组件400及注液单元500，组装组件400设置在极片补锂装置的下游，适于裁切复合极片料带并组装成电池；注液单元500设置在组装组件400的下游，适于向电池中注入电解液。可选地，使用上述补锂装置加工得到的复合极片料带经过裁切后得到适于组装成极组的尺寸，极组可以是叠片式或卷绕式，进而将极组装入电池壳体中并密封后即可得到电池。

在本实施例中，电池组装组件400包括：装配单元401及电池干燥单元402，装配单元401具有裁切模块和组装模块，裁切模块适于裁切复合极片料带，以形成多个极片单元，组装模块适于将极片单元组装成电池；电池干燥单元402设置在装配单元401的下游，适于对电池进行干燥，降低电池中的水分，从而保证电池的安全性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种极片补锂装置，其特征在于，包括：

极片处理组件，适于制备并沿第一方向放出极片料带；

补锂单元，设置在所述极片处理组件的下游，适于在所述极片料带的表面补充金属锂，以形成复合极片料带；

嵌锂组件，设置在所述补锂单元的下游，所述嵌锂组件具有烘烤单元，所述烘烤单元适于烘烤所述复合极片料带，以使所述金属锂嵌入所述极片料带。

2.根据权利要求1所述的极片补锂装置，其特征在于，所述嵌锂组件还包括输气单元，所述输气单元适于向所述烘烤单元中输送保护气体。

3.根据权利要求1所述的极片补锂装置，其特征在于，所述极片处理组件包括：

极片制备单元，适于制备所述极片料带；

极片干燥单元，设置在所述极片制备单元的下游，适于对所述极片料带进行干燥；

极片辊压单元，设置在所述极片干燥单元的下游，适于辊压所述极片料带。

4.根据权利要求3所述的极片补锂装置，其特征在于，极片处理组件还包括：分切单元，所述分切单元设置在所述极片辊压单元的下游，适于沿所述第一方向对所述极片料带进行分切。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的极片补锂装置，其特征在于，所述补锂单元包括：

第一补锂单元，沿所述极片料带的厚度方向设置在所述极片料带的第一侧，适于对所述极片料带的第一侧补锂；

第二补锂单元，沿所述极片料带的厚度方向设置在所述极片料带的第二侧，适于对所述极片料带的补锂。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的极片补锂装置，其特征在于，所述复合极片料带的补锂面容量为0.2-4mAh/cm²。

7.一种电池生产设备，其特征在于，包括：

权利要求1-6中任意一项所述的极片补锂装置；

组装组件，设置在所述极片补锂装置的下游，适于裁切复合极片料带并组装成电池；

注液单元，设置在所述组装组件的下游，适于向所述电池中注入电解液。

8.根据权利要求7所述的电池生产设备，其特征在于，所述组装组件包括：

装配单元，具有裁切模块和组装模块，所述裁切模块适于裁切所述复合极片料带，以形成多个极片单元，所述组装模块适于将所述极片单元组装成所述电池；

电池干燥单元，设置在所述装配单元的下游，适于对所述电池进行干燥。

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