一种负极极片制备系统装置的制作方法

1.本实用新型属于电池技术领域，尤其涉及一种负极极片制备系统装置。


背景技术：

2.随着锂离子电池在电子设备以及电动汽车领域中的应用普及，人们对锂离子电池要求也越来越高。能量密度作为锂离子电池最重要的性能指标之一，它的提高意味着用电设备将具备更强的续航能力，是目前锂离子电池领域研究的重点。提高能量密度最为直接的方法是选用更高容量的正负极活性材料，但高容量的储能材料，例如硅基及锡基负极材料，往往伴随着不可逆容量高、首次充放电效率低的问题，对电芯的循环寿命有极大的影响。
3.预锂化是提升高容量负极材料首次效率的有效方法。目前，常用的预锂化工艺是通过电化学预锂化、正极补锂、负极补锂来实现。电化学预锂化具有高度可控、锂化均匀的优点，但过程繁复、条件苛刻、成本高昂限制了其规模化应用。而且浸泡电解液后的负极极片需要清洗干燥，将附着的电解液和溶剂去除。
4.cn111162246a公开了一种连续化可控有效的预锂化系统和补锂方法，所述的预锂化系统包括放卷装置、负压间接锂化装置、清洗装置、烘干装置、辊压装置和收卷装置。补锂方法包括以下步骤：首先金属锂锭包覆一层电阻缓冲膜，连续化极片通过负压间接缓冲装置，在电解液存在条件下极片与包覆电阻缓冲膜的金属锂锭间接接触，实现电极的预锂化。但是依然存在清洗困难的问题。
5.cn112701253a公开了一种预锂化复合负极片及其制备方法和应用，所述预锂化复合负极片的制备方法包括：将负极极片、锂箔以及离型膜进行预压，得到复合半成品；所述负极极片位于两片锂箔之间，所述两片锂箔位于两层离型膜之间；将得到的复合半成品进行压延，得到预锂化复合负极片。通过压延预锂的方法，存在覆锂不均匀和不稳定的问题。
6.cn210576212u公开了一种锂离子电池硅基负极极片用预锂化装置，包括电池极片、动力机、金属锂层包覆的下轧辊、上轧辊、清洗槽、放卷机构和收卷机构。该装置将电极片与金属锂棒直接接触进行直接预锂化过程，可通过改变接触压力，接触时间等参数改变预锂化程度。依然是通过压合锂材料对极片覆锂，存在覆锂不均匀和不稳定的问题。
7.现有覆锂装置均存在结构复杂、覆锂不均匀贺覆锂不稳定等问题，因此，如何在保证覆锂装置具有结构简单的情况下，还能够对覆锂后残留在极片上的电解液和溶剂进行快速清洗干燥，成为目前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种负极极片制备系统装置，负极极片通过进料导电辊与锂源电性连接形成原电池进行覆锂，覆锂后依次进行超声加热清洗和干燥，能够快速去除极片上残留的电解液和溶剂，具有结构简单、覆锂效果好和生产效率高等特点。
9.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
10.本实用新型提供了一种负极极片制备系统装置，沿极片加工方向，所述的负极极片制备系统装置包括依次设置的覆锂装置、清洗装置和干燥装置；所述的覆锂装置包括注入有电解液的壳体，所述壳体内设置至少一个导向辊，所述壳体内还设置浸入电解液的锂源，所述壳体的进料端设置有进料导电辊，所述进料导电辊与锂源电性连接，所述进料导电辊与锂源电性连接的线路上设置电流调节器，负极极片绕过所述进料导电辊与导向辊，浸入电解液中，负极极片经所述进料导电辊与锂源电性连接进行覆锂；所述清洗装置包括注入有清洗剂的清洗槽，所述清洗槽内设置有超声发生器和加热器；所述干燥装置包括烘箱，所述烘箱内设置有至少一个压辊组，所述压辊组包括上压辊和下压辊，负极极片经上压辊和下压辊压合；负极极片依次绕过进料导电辊和导向辊浸入电解液中覆锂，覆锂后进入清洗装置清洗，清洗后的负极极片进入干燥装置内干燥。可选地，上压辊和下压辊之间的距离为1～5mm。
11.本实用新型通过负极极片与锂源连通形成原电池，并通过电流调节器对负极极片与锂源之间的电流进行调节，无需外接电源对极片进行电化学覆锂，负极极片两侧覆锂均匀且稳定，进一步地，通过调整电流大小和时间，能够对覆锂量精确控制；此外，在电化学覆锂的过程中，负极极片与电解液接触的界面上同时发生副反应，形成sei膜，在电池化成时，能够降低电解液和正极材料中活性锂的消耗，有效提高电池的首次库伦效率和后期的循环性能，覆锂后的负极极片在超声和加热的条件下进行清洗，有效提高清洗效率，清洗后的负极极片经压辊组压合下干燥，避免卷边问题的发生，本实用新型具有结构简单、覆锂效果好和生产效率高等特点。
12.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述的负极极片制备系统装置还包括放卷装置和收卷装置，沿极片加工方向，所述的负极极片制备系统装置包括依次设置的放卷装置、覆锂装置、清洗装置、干燥装置和收卷装置。
13.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述清洗装置内设置有至少一个引导辊，负极极片绕过所述的引导辊呈蛇形运动。
14.本实用新型通过负极极片呈蛇形运动，从而使更多的负极极片浸入清洗剂中，从而减小设备的占地面积，并提高清洗效率。
15.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述烘箱位于负极极片的出料端开设有进风口，所述烘箱位于负极极片的进料端开设有出风口，所述出风口连接有废气处理器。
16.本实用新型通过设置负极极片的运动方向与烘箱内风向相反，从而以对流的形式对极片进行干燥，提高干燥效率。
17.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述压辊组沿水平方向并排设置，负极极片依次穿过所述的压辊组呈直线运动。
18.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述压辊组在烘箱内呈矩阵排布，负极极片依次穿过每个所述压辊组呈蛇形运动。
19.本实用新型通过设置负极极片在烘箱内尘蛇形运动，增加负极极片在烘箱内的停留时间，提高干燥效率。
20.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述的锂源包括锂块和/或锂板。
21.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述的进料导电辊包括进料上辊和进料下
辊，所述进料上辊和进料下辊压合所述的负极极片，所述锂源与所述的进料上辊电性连接。
22.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述导向辊在壳体内交错设置，负极极片绕所述导向辊在壳体内呈蛇形排布。
23.本实用新型通过设置负极极片在电解液内呈蛇形运动，增加负极极片的停留时间，从而保证负极极片的覆锂均匀和稳定。
24.作为本实用新型的一个优选技术方案，所述清洗装置包括与加热器电性连接控制器，所述控制器用于调节加热器的加热功率。
25.所述壳体上设置有液位传感器，所述液位传感器用于检测壳体内电解液的液位高度。
26.所述壳体外接有储存电解液的储液罐，所述储液罐与壳体连接的管路上设置有电磁阀和溶液泵。
27.示例性地，提供一种上述负极极片制备系统装置对负极极片进行制备的方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
28.(ⅰ)负极极片由放卷装置放出后，由进料上辊和进料下辊压合，并绕过导向辊浸入电解液，浸入电解液的负极极片与锂源形成原电池，在保护气氛下，电流调节器至少两次调节负极极片与锂源之间的电流进行覆锂，电流调节的范围为0.005～1c，时间为0～3h，每次电流调节的电流和时间均依次增大，
29.(ⅱ)覆锂后的负极极片进入清洗装置，在超声和加热的条件下进行清洗，超声的频率为10～50khz，功率为10～100w，加热的温度为40～150℃，清洗后进入干燥装置，在上压辊和下压辊的压合下进行干燥，干燥后进入收卷装置收卷。
30.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
31.本实用新型通过负极极片与锂源连通形成原电池，并通过电流调节器对负极极片与锂源之间的电流进行调节，无需外接电源对极片进行电化学覆锂，负极极片两侧覆锂均匀且稳定，进一步地，通过调整电流大小和时间，能够对覆锂量精确控制；此外，在电化学覆锂的过程中，负极极片与电解液接触的界面上同时发生副反应，形成sei膜，在电池化成时，能够降低电解液和正极材料中活性锂的消耗，有效提高电池的首次库伦效率和后期的循环性能，覆锂后的负极极片在超声和加热的条件下进行清洗，有效提高清洗效率，清洗后的负极极片经压辊组压合下干燥，避免卷边问题的发生，本实用新型具有结构简单、覆锂效果好和生产效率高等特点。
附图说明
32.图1为本实用新型一个具体实施方式中提供的负极极片制备系统装置的结构示意图；
33.图2为本实用新型实施例1中提供的清洗装置的结构示意图；
34.图3为本实用新型实施例2中提供的清洗装置的结构示意图；
35.图4为本实用新型实施例3中提供的清洗装置的结构示意图
36.图5为本实用新型实施例1中提供的干燥装置的结构示意图；
37.图6为本实用新型实施例2中提供的干燥装置的结构示意图；
38.图7为本实用新型实施例3中提供的干燥装置的结构示意图。
39.其中，100-放卷装置；200-覆锂装置；201-进料导电辊；202-导线；203-电流调节器；204-锂源；205-液位传感器；206-导向辊；207-壳体；208-电解液；209-电磁阀；210-储液罐；211-溶液泵；300-清洗装置；301-超声发生器；302-加热器；303-控制器；304-清洗槽；305-引导辊；306-清洗剂；400-干燥装置；401-烘箱；402-进风口；403-出风口；404-压辊组；500-废气处理器；600-收卷装置。
具体实施方式
40.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。
41.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.本领域技术人员理应了解的是，本实用新型中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本实用新型的主要创新点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本实用新型对此不做特殊要求和具体限定。
43.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
44.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种负极极片制备系统装置，如图1所示，沿极片加工方向，所述的负极极片制备系统装置包括依次设置的覆锂装置200、清洗装置300和干燥装置400；覆锂装置200包括注入有电解液208的壳体207，壳体207内设置至少一个导向辊206，壳体207内还设置浸入电解液208的锂源204，壳体207的进料端设置有进料导电辊201，进料导电辊201与锂源204电性连接，进料导电辊201与锂源204电性连接的线路上设置电流调节器203，负极极片绕过进料导电辊201与导向辊206，浸入电解液208中，负极极片经进料导电辊201与锂源204电性连接进行覆锂；清洗装置300包括注入有清洗剂306的清洗槽304，清洗槽304内设置有超声发生器301和加热器302；干燥装置400包括烘箱401，烘箱401内设置有至少一个压辊组404，压辊组404包括上压辊和下压辊，负极极片经上压辊和下压辊压合；负极极片依次绕过进料导电辊201和导向辊206浸入电解液208中覆锂，覆锂后进入清洗装置300清洗，清洗后的负极极片进入干燥装置400内干燥。可选地，电性连接的方式为导线202连接，上压辊和下压辊之间的距离为1～5mm。
45.本实用新型通过负极极片与锂源204连通形成原电池，并通过电流调节器203对负极极片与锂源204之间的电流进行调节，无需外接电源对极片进行电化学覆锂，负极极片两侧覆锂均匀且稳定，进一步地，通过调整电流大小和时间，能够对覆锂量精确控制；此外，在电化学覆锂的过程中，负极极片与电解液208接触的界面上同时发生副反应，形成sei膜，在电池化成时，能够降低电解液208和正极材料中活性锂的消耗，有效提高电池的首次库伦效
率和后期的循环性能，覆锂后的负极极片在超声和加热的条件下进行清洗，有效提高清洗效率，清洗后的负极极片经压辊组404压合下干燥，避免卷边问题的发生，本实用新型具有结构简单、覆锂效果好和生产效率高等特点。
46.进一步地，负极极片制备系统装置还包括放卷装置100和收卷装置600，沿极片加工方向，负极极片制备系统装置包括依次设置的放卷装置100、覆锂装置200、清洗装置300、干燥装置400和收卷装置600。
47.进一步地，清洗装置300内设置有至少一个引导辊305，负极极片绕过引导辊305呈蛇形运动。本实用新型通过负极极片呈蛇形运动，从而使更多的负极极片浸入清洗剂306中，从而减小设备的占地面积，并提高清洗效率。
48.进一步地，烘箱位于负极极片的出料端开设有进风口402，烘箱位于负极极片的进料端开设有出风口403，出风口403连接有废气处理器500。本实用新型通过设置负极极片的运动方向与烘箱401内风向相反，从而以对流的形式对极片进行干燥，提高干燥效率。
49.进一步地，压辊组404沿水平方向并排设置，负极极片依次穿过压辊组404呈直线运动。
50.进一步地，压辊组404在烘箱401内呈矩阵排布，负极极片依次穿过每个压辊组404呈蛇形运动。本实用新型通过设置负极极片在烘箱401内尘蛇形运动，增加负极极片在烘箱401内的停留时间，提高干燥效率。
51.进一步地，锂源204包括锂块和/或锂板。进料导电辊201包括进料上辊和进料下辊，进料上辊和进料下辊压合所述的负极极片，锂源204与所述的进料上辊电性连接。
52.进一步地，导向辊206在壳体207内交错设置，负极极片绕导向辊206在壳体207内呈蛇形排布。本实用新型通过设置负极极片在电解液208内呈蛇形运动，增加负极极片的停留时间，从而保证负极极片的覆锂均匀和稳定。
53.进一步地，清洗装置300包括与加热器302电性连接控制器303，控制器303用于调节加热器302的加热功率。壳体207上设置有液位传感器205，液位传感器205用于检测壳体207内电解液208的液位高度。壳体207外接有储存电解液208的储液罐210，储液罐210与壳体207连接的管路上设置有电磁阀209和溶液泵211。
54.示例性地，提供一种上述负极极片制备系统装置对负极极片进行制备的方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：
55.(ⅰ)负极极片由放卷装置100放出后，由进料上辊和进料下辊压合，并绕过导向辊206浸入电解液208，浸入电解液208的负极极片与锂源204形成原电池，在保护气氛下，电流调节器203至少两次调节负极极片与锂源204之间的电流进行覆锂，电流调节的范围为0.005～1c，时间为0～3h，每次电流调节的电流和时间均依次增大，
56.(ⅱ)覆锂后的负极极片进入清洗装置300，在超声和加热的条件下进行清洗，超声的频率为10～50khz，功率为10～100w，加热的温度为40～150℃，清洗后进入干燥装置400，在上压辊和下压辊的压合下进行干燥，干燥后进入收卷装置600收卷。
57.实施例1
58.本实施例提供了一种负极极片制备系统装置，基于一个具体实施方式，其中，如图2所示，清洗槽304内有一个引导辊305，如图5所示，烘箱401内设置有四个沿水平方向并排设置的压辊组404。
59.实施例2
60.本实施例提供了一种负极极片制备系统装置，基于一个具体实施方式，其中，如图3所示，清洗槽304内有三个交替设置的引导辊305，如图6所示，烘箱401内设置有十二个呈矩阵排布的压辊组404，负极极片呈蛇形运动。
61.实施例3
62.本实施例提供了一种负极极片制备系统装置，基于一个具体实施方式，其中，如图4所示，清洗槽304内有九个引导辊305，如图7所示，烘箱401内设置有十六个沿水平方向并排设置的压辊组404。
63.通过以上实施例，本实用新型通过负极极片与锂源204连通形成原电池，并通过电流调节器203对负极极片与锂源204之间的电流进行调节，无需外接电源对极片进行电化学覆锂，负极极片两侧覆锂均匀且稳定，进一步地，通过调整电流大小和时间，能够对覆锂量精确控制；此外，在电化学覆锂的过程中，负极极片与电解液208接触的界面上同时发生副反应，形成sei膜，在电池化成时，能够降低电解液208和正极材料中活性锂的消耗，有效提高电池的首次库伦效率和后期的循环性能，覆锂后的负极极片在超声和加热的条件下进行清洗，有效提高清洗效率，清洗后的负极极片经压辊组404压合下干燥，避免卷边问题的发生，本实用新型具有结构简单、覆锂效果好和生产效率高等特点。
64.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。