一種動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)是一種動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備。包括振動盤、泡沫金屬模具、電極固態(tài)填充料粉體箱、泡沫金屬，泡沫金屬模具置于振動盤上，電極固態(tài)填充料粉體箱置于泡沫金屬模具的上方，泡沫金屬置于泡沫金屬模具內(nèi)。本實用新型專利技術(shù)的集流體采用具有電導(dǎo)熱導(dǎo)率高，比表面積大，通孔均勻細(xì)致等特點的泡沫金屬，且泡沫金屬的骨架結(jié)構(gòu)穿插于活性物質(zhì)粉末中進(jìn)行加壓得到結(jié)合力強的電極片，活性物質(zhì)不易脫落，有效提高電極活性物質(zhì)的電導(dǎo)率，降低內(nèi)阻，減少電池產(chǎn)熱和有利于散熱，延長電池使用壽命；此外，本實用新型專利技術(shù)以固態(tài)活性物質(zhì)直接填充泡沫金屬，不使用水或非水溶劑，制得的極片無需烘烤去除溶劑，縮短了電池的制造周期，降低了能量消耗，節(jié)約了生產(chǎn)成本。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)是一種動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備，屬于動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備的改造技術(shù)。
技術(shù)介紹
石油短缺以及燃燒化石能源帶來的環(huán)境污染問題使得世界各國加大了對電動汽車等新能源汽車的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)力度。電池驅(qū)動的電動汽車以及混合動力汽車，可以利用核電、風(fēng)電和光伏電力，也可以利用常規(guī)電力夜間充電。這對減少汽車對化石燃料的過度依賴，平衡電力需求都具有重大意義。以鋰離子電池為代表的動力電池技術(shù)受到各國政府、企業(yè)、大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究者的關(guān)注，成為電動汽車產(chǎn)業(yè)化過程的最關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，對于進(jìn)一步提高動力型鋰離子電池的容量、功率、壽命，以及降低成本等問題各國均做了大量研究。電極的制造方法和具體工藝條件是鋰離子電池制造技術(shù)中的關(guān)鍵 和核心步驟，不僅影響到電池的電化學(xué)性能，還決定電池的制造成本。目前鋰離子電池電極的制造方法是將活性物質(zhì)涂布于鋁箔或者銅箔集流體表面，然后經(jīng)烘烤、壓片、切片制成電極片。這種技術(shù)和工藝對于小型電池，特別是對于功率輸出需求相對較低的3C類電器(計算機(jī)、通訊、消費類電子產(chǎn)品)用鋰離子電池來講，是一種高效的生產(chǎn)方式。但是對于功率要求更高、壽命要求更長的動力鋰離子電池來講，如果仍沿用上述制造極片的生產(chǎn)方式將會出現(xiàn)如下問題(1)由于箔狀集流體與電池活性物質(zhì)之間缺乏三維的機(jī)械固定作用，這樣的電池在使用過程中將很快出現(xiàn)極板上活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與金屬集流體之間電接觸的惡化，甚至造成活性物質(zhì)脫落，導(dǎo)致電池的容量損失，降低使用壽命。(2)采用涂布技術(shù)，活性物質(zhì)中需加入較大數(shù)量的導(dǎo)電劑、黏結(jié)劑、溶劑等非電化學(xué)活性成分，降低了單位體積電極片中活性物質(zhì)比例，同時大量粘合劑的存在還增加了內(nèi)阻，不利于電池材料以及整個電池容量和功率性能的發(fā)揮。電池內(nèi)阻的增加也直接影響電池充放電時的發(fā)熱量，且對散熱不利，造成電池溫度過高以及電池內(nèi)部溫度不均衡，能使動力型電池堆中的部分電池過早失效，造成電池堆維修和失效電池更換成本的劇烈增加。(3)由于粘合劑、合漿用溶劑中存在水或非水溶劑，必須經(jīng)過高溫烘烤工藝加以去除，而隨著電池正負(fù)極活性材料納米化、多孔化發(fā)展趨勢越來越明確，溶劑的去除將變得越來越困難。因此濕法制片工藝對工作環(huán)境的要求越來越高，耗費的能源越來越大，電池的制造成本也將直線上升。由于存在以上問題，大幅度改進(jìn)動力型鋰離子電池的極片制造工藝，十分迫切和必要。電極中集流體的主要作用是集中傳導(dǎo)電子、均勻分布電流。傳統(tǒng)的電極集流體是鋁箔和銅箔，用于制造動力鋰離子電池電極片時存在前述弊病。其中采用三維結(jié)構(gòu)的泡沫金屬集流體代替鋁箔和銅箔，實現(xiàn)能耗更低的電極片制作工藝很有發(fā)展?jié)摿ΑＶ袊鴮＠暾執(zhí)枮?00610154100. 5的專利申請中公開了一種將泡沫金屬用于鋰離子二次電池的集流體，但還是沿用傳統(tǒng)的拉漿等工藝填涂集流體，電池正負(fù)極材料膏狀體由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑等在溶劑中混合得到。顯然這一技術(shù)仍然不能解決上述濕法工藝制造動力型鋰離子電池極片所面臨的三個問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于考慮上述問題而提供一種設(shè)計合理，方便實用的動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備。用本技術(shù)制造的電極能有效提高電極活性物質(zhì)的電導(dǎo)率，降低內(nèi)阻，減少電池產(chǎn)熱和有利于散熱，延長動力型鋰離子電池使用壽命。本技術(shù)的技術(shù)方案是本技術(shù)的動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備，包括有振動盤、泡沫金屬模具、電極固態(tài)填充料粉體箱、泡沫金屬，其中泡沫金屬模具置于振動盤上，電極固態(tài)填充料粉體箱置于泡沫金屬模具的上方，泡沫金屬置于泡沫金屬模具內(nèi)。上述填充后的泡沫金屬放置于載物臺上，并通過刮片刮平；上述刮平后的泡沫金屬放置于能將填充后的泡沫金屬均勻壓實成薄片的成型模具內(nèi)。上述刮片是塑料刮片，或金屬刮片，或合金刮片。 上述成型模具的加壓壓力為80—600噸/平方厘米。上述震動盤的下部安裝有震動方向為上下的振動器；上述電極固態(tài)填充料粉體箱是塑料箱體，或金屬箱體，或金屬合金箱體。上述電極固態(tài)填充料粉體箱的底面開有通孔，開有通孔的底面的下面設(shè)置有通過開合控制活性物質(zhì)粉體箱內(nèi)粉末的下落的擋板。上述電極固態(tài)填充料粉體箱的底面開有的通孔為圓孔，孔與孔間的間距為l_5mm，圓孔的直徑為O. 5mm-10mm。本技術(shù)采用泡沫金屬作為電池集流體，固態(tài)填充料填充其中采用加壓工藝制造動力型鋰離子電池極片，具有以下優(yōu)點(I)三維骨架結(jié)構(gòu)穿插于固態(tài)填充料粉末中，具有持久性三維機(jī)械握裹應(yīng)力，活性物質(zhì)不易脫落，對于充放電期間因脫嵌鋰引起材料結(jié)構(gòu)膨脹-收縮現(xiàn)象導(dǎo)致體積嚴(yán)重變形的正負(fù)極材料(如錫基和硅基負(fù)極材料)，具有抑制和矯正形變作用，從而較大的延長動力型鋰離子電池的壽命。(2)泡沫金屬纖維狀骨架結(jié)構(gòu)比表面積巨大，電導(dǎo)熱導(dǎo)率高，通孔均勻細(xì)致，活性物質(zhì)填充其中，與其接觸的內(nèi)表面積達(dá)到最大化，顯著縮短了電子的傳輸距離，減小了內(nèi)阻，大大增強了動力型鋰離子電池的大電流放電能力，降低了大電流放電時所產(chǎn)生的熱量，對于迅速散熱也有很大幫助。(3)泡沫金屬獨特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)允許采用固體干粉填充，電極固態(tài)填充料由電池活性材料、固體導(dǎo)電劑和固體粘結(jié)劑組成，無需加入溶劑，故不經(jīng)過烘烤階段經(jīng)加壓工藝直接制得極片使用，大大降低了能耗。(4)上述泡沫金屬細(xì)致的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遍布于活性物質(zhì)中，加上骨架的三維機(jī)械握裹應(yīng)力，極大的提高了活性物質(zhì)顆粒間的導(dǎo)電能力和凝聚力，減小了活性物質(zhì)對導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的依賴，故添加少量導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑就能滿足要求。如此，在不改變單體電池體積的前提下，增大了活性物質(zhì)在電極極片中的有效容量，從而提高了電池的能量密度。上述硅基和錫基材料因為理論容量極高、嵌鋰電位低而被認(rèn)為具有大發(fā)展?jié)摿Φ匿囯x子電池負(fù)極材料，但由于在脫、嵌鋰循環(huán)過程中經(jīng)歷嚴(yán)重的體積變化(硅基材料體積變化率280% 300%，錫基材料體積變化率100% 300%)，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力使硅基和錫基材料本身的宏觀機(jī)械應(yīng)力不足以抵抗，從而導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞和機(jī)械粉化，材料顆粒與顆粒間、材料顆粒與集流體間失去電接觸，致使電池容量迅速衰減。本技術(shù)使用泡沫金屬作為動力型鋰離子電池電極集流體，其三維細(xì)致的骨架結(jié)構(gòu)對電極材料具有強而長久性的宏觀握裹應(yīng)力，對填充于其中的電極活性物質(zhì)具有固定作用，對前述活性材料在充放電過程中發(fā)生的體積形變具有抑制和緩沖作用。本技術(shù)為硅基和錫基負(fù)極材料在動力型鋰離子電池實際工程應(yīng)用中的實施提供了可行性。本技術(shù)能有效提高電極活性物質(zhì)的電導(dǎo)率，降低內(nèi)阻，減少電池產(chǎn)熱和有利于散熱，延長動力型鋰離子電池使用壽命；此外，本技術(shù)不僅縮短了電池的制造周期，更大大降低了能量消耗，節(jié)約了電池生產(chǎn)成本。本技術(shù)是一種設(shè)計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備。附圖說明圖I為本技術(shù)泡沫金屬填充電極固態(tài)填充料的示意圖；圖2為本技術(shù)電極固態(tài)填充料粉體箱的底面示意圖；圖3為本技術(shù)電極固態(tài)填充料粉體箱箱底擋板的示意圖；圖4為本技術(shù)刮片刮去泡沫金屬表面多余粉末的示意圖；圖5為本技術(shù)電極薄片成型的示意圖。圖中振動盤I;泡沫金屬模具2;電極固態(tài)填充料粉體箱3;電極固態(tài)填充料粉體箱的底面31 ;電極固態(tài)填充料粉體箱擋板32;泡沫金屬4;載物臺5;刮片6;成型模具7。具體實施方式實施例本技術(shù)的動力型本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種動力型鋰離子電池用電極的制造設(shè)備，其特征在于包括有振動盤（1）、泡沫金屬模具（2）、電極固態(tài)填充料粉體箱（3）、泡沫金屬（4），其中泡沫金屬模具（2）置于振動盤（1）上，電極固態(tài)填充料粉體箱（3）置于泡沫金屬模具（2）的上方，泡沫金屬（4）置于泡沫金屬模具（2）內(nèi)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張國慶，熊中瓊，張云云，熊俊俏，李新喜，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：實用新型
國別省市：