一种锂离子电池极片补锂装置

专利摘要:
本实用新型提供了一种锂离子电池极片补锂装置。锂离子电池极片补锂装置包括惰性气体室，所述惰性气体室包括相互隔设的冷却室和容纳室，所述锂离子电池极片补锂装置还包括设于所述容纳室中的锂液供应液化池、挤压喷涂装置、第一对辊装置、第二对辊装置以及逗号辊装置，所述锂液供应液化池的内腔为用于收容金属锂的收容腔，所述收容腔、所述挤压喷涂装置、所述第一对辊装置以及所述逗号辊装置均设有加热结构，所述加热结构用于熔融所述金属锂及更好的浸润锂液。本实用新型提供的锂离子电池极片补锂装置，能显著改善补锂极片的一致性，精确控制补锂量以及补锂后极片的厚度，简化补锂操作，提高锂离子电池的能量密度，使产品的性能大幅提高。
公开号:CN214336747U
申请号:CN202022295164.5U
申请日:2020-10-15
公开日:2021-10-01
发明作者:弋大为；戈志敏；王乾；韦向红；黎莉；乔晓宁
申请人:Dongguan Ganfeng Electronics Co ltd；
IPC主号:H01M4-139

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及新能源锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池极片补锂装置。
[n0002] 锂离子电池因具有高比容量、高电压、长循环寿命、良好的热稳定性、无记忆效应且环境污染小等特点在储能领域得到广泛的应用，其中包括在一些小型的便携式智能设备、大型的动力汽车和储能装置领域中应用较广。
[n0003] 由于电芯首次充电会形成SEI膜导致一部分锂被消耗，使得为电芯提供容量的活性锂减少，因此，通过一些补锂的技术能减少这种活性锂的损失，提升电芯的能量密度。
[n0004] 申请号CN 203282824 U公开了一种在锂离子电池负极极片锂粉补充装置，该装置依次设置了放卷、第一补锂、第一辊压、张力调节、第二补锂、第二辊压和收卷的程序，实行连续均匀的在负极片表面补充锂粉。该装置存在安全隐患，锂粉的质量较小，在空气中易漂浮，当密度一定时，易发生爆炸等危险且技术人员在操作的过程中易吸入不利于身体健康，此外，锂粉的化学性质较活泼，易与空气中的水分发生反应导致起火等事故。
[n0005] 申请号CN 109346664 U公开了一种用于向极片表面补锂的装置，包括熔融态锂液供应单元、锂液转移单元和锂液涂覆单元，采用该装置可以将金属锂以熔融锂液的形式快速、定量转移到极片上，实现稳定可控的极片补锂。受表面张力的影响，该装置在设计温度下无法使得熔融态的锂液完全浸润于对辊上，因此会造成锂液在对辊上分布不均，从而使得在极片上补充的锂不均匀。此外，该装置无法精确控制锂液加入的量，需要控制合适的转速才能实现锂液在对辊上的分布，不利于操作。
[n0006] 针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种锂离子电池极片补锂装置，能显著改善补锂极片的一致性，精确控制补锂量以及补锂后极片的厚度，简化补锂操作，提高锂离子电池的能量密度，使产品的性能大幅提高。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[n0007] 一种锂离子电池极片补锂装置，所述锂离子电池极片补锂装置包括所述锂离子电池极片补锂装置包括惰性气体室，所述惰性气体室包括相互隔设的冷却室和容纳室，所述锂离子电池极片补锂装置还包括设于所述容纳室中的锂液供应液化池、挤压喷涂装置、第一对辊装置、第二对辊装置以及逗号辊装置，所述锂液供应液化池的内腔为用于收容金属锂的收容腔，所述收容腔、所述挤压喷涂装置、所述第一对辊装置以及所述逗号辊装置均设有加热结构，所述加热结构用于熔融所述金属锂及更好的浸润锂液，所述挤压喷涂装置设于所述锂液供应液化池的下方，所述挤压喷涂装置用于喷涂锂液，所述第一对辊装置的设置位置和所述挤压喷涂装置的设置位置相对应，所述第二对辊装置和所述第一对辊装置抵接，所述逗号辊装置设于所述第一对辊装置的上方。
[n0008] 进一步的，所述冷却室的温度为15～30℃。
[n0009] 进一步的，所述锂液供应液化池具有阀门，所述阀门设于所述锂液供应液化池的下方，所述阀门能够与所述挤压喷涂装置的进口连通。
[n0010] 进一步的，所述第一对辊装置的上表面、所述第二对辊装置的上表面以及所述挤压喷涂装置的喷嘴位于同一水平面上。
[n0011] 进一步的，所述锂液供应液化池的所述加热结构的加热温度为 400～550℃，所述挤压喷涂装置的所述加热结构的加热温度为400～ 550℃，所述逗号辊装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃，所述第一对辊装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃。
[n0012] 进一步的，所述的惰性气体室内充有氦、氖、氩、氪以及氙中任意一种或两种气体。
[n0013] 进一步的，所述第一对辊装置与所述第二对辊装置传动方向相反。
[n0014] 进一步的，所述逗号辊装置与所述第一对辊装置上表面之间的距离为0.1～20μm。
[n0015] 一种锂离子电池极片补锂的方法，所述方法应用于如上中任一项所述的锂离子电池极片补锂装置，所述方法包括以下步骤：
[n0016] 步骤一：将锂液供应液化池中的金属锂加热至熔融态，获得锂液；
[n0017] 步骤二：将步骤一得到的锂液利用挤压喷涂装置喷涂在第一对辊装置上，在第一对辊装置上形成锂液层；
[n0018] 步骤三：将步骤二得到的第一对辊装置上形成的均匀锂液层转移到第二对辊装置搭载的极片上，获得补锂后的极片；
[n0019] 步骤四：将步骤三得到的补锂后的极片进行冷却。
[n0020] 由于现有技术的不足之处在于补锂过程中的流程较为复杂，不易操作，受表面张力的影响，锂液难以完全浸润在转移对辊上且难以获得一致性较好的极片，同时环境的安全难以保证。
[n0021] 本实用新型提供的锂离子电池极片补锂装置及其方法，基于锂离子电池在首次充电的过程中负极、电解液及活性锂发生反应形成SEI 膜导致活性锂被消耗，减少了可嵌入脱出的活性锂的量，从而提高锂离子电池的能量密度和首次效率。进一步的，本实用新型提供的锂离子电池极片补锂装置，提高补锂极片的一致性，将金属锂以熔融液态的形式喷涂在对辊上，由于锂液张力随着温度的升高在减小，因此控制合适的温度实现锂液完全浸润于对辊，然后均匀的转移在极片上，该装置有利于获得厚度均一、一致性较好的产品且操作简单，易于控制。更进一步的，本实用新型提供的锂离子电池极片补锂装置，稳定性好，可以很好的改善对辊上锂液浸润不均的问题，解决补锂极片涂布不均匀的问题，同时还能控制调节极片补锂的厚度，提升产品的一致性和能量密度。
[n0022] 为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，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。
[n0023] 图1为本实用新型实施例提供的锂离子电池极片补锂装置的结构示意图。
[n0024] 附图中附图标记所对应的名称为：
[n0025] 锂液供应液化池1，收容腔2，挤压喷涂装置3，第一对辊装置 4，第二对辊装置5，逗号辊装置6，冷却室7，惰性气体室8。
[n0026] 以下是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
[n0027] 请参考图1，本实用新型的一种锂离子电池极片补锂装置，所述锂离子电池极片补锂装置包括惰性气体室8，所述惰性气体室包括相互隔设的冷却室7和容纳室，所述锂离子电池极片补锂装置还包括设于所述容纳室中的锂液供应液化池1、挤压喷涂装置3、第一对辊装置4、第二对辊装置5以及逗号辊装置6，所述锂液供应液化池的内腔为用于收容金属锂的收容腔2，所述收容腔、所述挤压喷涂装置、所述第一对辊装置以及所述逗号辊装置均设有加热结构，所述加热结构用于熔融所述金属锂及更好的浸润锂液，所述挤压喷涂装置设于所述锂液供应液化池的下方，所述挤压喷涂装置用于喷涂锂液，所述第一对辊装置的设置位置和所述挤压喷涂装置的设置位置相对应，所述第二对辊装置和所述第一对辊装置抵接，所述逗号辊装置设于所述第一对辊装置的上方。
[n0028] 在本实施方式中，所述冷却室的温度为15～30℃，在惰性气氛下自然冷却。
[n0029] 在本实施方式中，所述锂液供应液化池具有阀门，所述阀门设于所述锂液供应液化池的下方，所述阀门能够与所述挤压喷涂装置的进口连通。具体的，所述阀门设于所述锂液供应液化池的正下方。
[n0030] 在本实施方式中，所述第一对辊装置的上表面、所述第二对辊装置的上表面以及所述挤压喷涂装置的喷嘴位于同一水平面上。
[n0031] 在本实施方式中，所述锂液供应液化池的所述加热结构的加热温度为400～550℃。
[n0032] 在本实施方式中，所述挤压喷涂装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃。
[n0033] 在本实施方式中，所述逗号辊装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃。
[n0034] 在本实施方式中，所述第一对辊装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃。
[n0035] 在本实施方式中，所述第一对辊装置与所述第二对辊装置传动方向相反。
[n0036] 在本实施方式中，所述逗号辊装置上刮刀长度可调节，所述逗号辊装置与所述第一对辊装置上表面之间的距离为0.1～20μm；
[n0037] 在本实施方式中，所述的惰性气体室内充有氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)以及氙(Xe)等任意一种或两种气体。
[n0038] 本实用新型提供了一种锂离子电池极片补锂的方法，所述方法包括以下步骤：
[n0039] 步骤一：将锂液供应液化池中的金属锂加热至熔融态，获得锂液；
[n0040] 步骤二：将步骤一得到的锂液利用挤压喷涂装置喷涂在第一对辊装置上，在第一对辊装置上形成一层均匀的锂液层；
[n0041] 步骤三：将步骤二得到的第一对辊装置上形成的均匀锂液层转移到第二对辊装置搭载的极片上，获得补锂后的极片；
[n0042] 步骤四：将步骤三得到的补锂极片自然冷却。
[n0043] 例如，(1)首先向惰性气体室通入干燥的氩气，然后调节所述锂液供应液化池中加热结构温度，设定为500℃，使金属锂熔融为液态锂液，得到熔融态的锂液；
[n0044] (2)将挤压喷涂装置中的加热结构和逗号辊装置中的加热结构均加热至500℃，第一对辊装置中的加热结构加热至450℃，打开所述锂液供应液化池的阀门，锂液喷涂到所述第一对辊装置上，经所述逗号辊装置调节厚度后形成锂液层；
[n0045] (3)第一对辊装置和搭载厚度为150μm的极片的第二对辊装置点接触，接触点压力为30N，接触点处线速度方向相反，两者辊速比为1:2，第一对辊装置上的锂层转移到第二对辊装置的极片上，经自然冷却后得到补锂极片。
[n0046] 测试补锂极片的厚度，确认在合理误差范围内后，将补锂极片组装成锂离子电池，并对该锂离子电池进行循环测试和首次充放电效率测试，测试条件为25℃，0.5C充放电，充放电前后分别静置 5min。
[n0047] 在本实施方式中，所述补锂极片厚度均匀，界面平整，经测试锂层的厚度为4.5μm，对于组装成电池的钴酸锂电池，其首次充放电效率可达96％，比未补进行补锂的极片高出4％左右。
[n0048] 本实用新型提供的锂离子电池极片补锂装置及其方法，基于锂离子电池在首次充电的过程中负极、电解液及活性锂发生反应形成SEI 膜导致活性锂被消耗，减少了可嵌入脱出的活性锂的量，从而提高锂离子电池的能量密度和首次效率。进一步的，本实用新型提供的锂离子电池极片补锂装置，提高补锂极片的一致性，将金属锂以熔融液态的形式喷涂在对辊上，由于锂液张力随着温度的升高在减小，因此控制合适的温度实现锂液完全浸润于对辊，然后均匀的转移在极片上，该装置有利于获得厚度均一、一致性较好的产品且操作简单，易于控制。更进一步的，本实用新型提供的锂离子电池极片补锂装置，稳定性好，可以很好的改善对辊上锂液浸润不均的问题，解决补锂极片涂布不均匀的问题，同时还能控制调节极片补锂的厚度，提升产品的一致性和能量密度。
[n0049] 以上实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求:
Claims (8)
[0001] 1.一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述锂离子电池极片补锂装置包括惰性气体室，所述惰性气体室包括相互隔设的冷却室和容纳室，所述锂离子电池极片补锂装置还包括设于所述容纳室中的锂液供应液化池、挤压喷涂装置、第一对辊装置、第二对辊装置以及逗号辊装置，所述锂液供应液化池的内腔为用于收容金属锂的收容腔，所述收容腔、所述挤压喷涂装置、所述第一对辊装置以及所述逗号辊装置均设有加热结构，所述加热结构用于熔融所述金属锂及更好的浸润锂液，所述挤压喷涂装置设于所述锂液供应液化池的下方，所述挤压喷涂装置用于喷涂锂液，所述第一对辊装置的设置位置和所述挤压喷涂装置的设置位置相对应，所述第二对辊装置和所述第一对辊装置抵接，所述逗号辊装置设于所述第一对辊装置的上方。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述冷却室的温度为15～30℃。
[0003] 3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述锂液供应液化池具有阀门，所述阀门设于所述锂液供应液化池的下方，所述阀门能够与所述挤压喷涂装置的进口连通。
[0004] 4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述第一对辊装置的上表面、所述第二对辊装置的上表面以及所述挤压喷涂装置的喷嘴位于同一水平面上。
[0005] 5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述锂液供应液化池的所述加热结构的加热温度为400～550℃，所述挤压喷涂装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃，所述逗号辊装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃，所述第一对辊装置的所述加热结构的加热温度为400～550℃。
[0006] 6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述的惰性气体室内充有氦、氖、氩、氪以及氙中任意一种或两种气体。
[0007] 7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述第一对辊装置与所述第二对辊装置传动方向相反。
[0008] 8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池极片补锂装置，其特征在于：所述逗号辊装置与所述第一对辊装置上表面之间的距离为0.1～20μm。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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