一种碱金属离子电池极片的制备设备的制作方法

本技术涉及电池领域，涉及一种碱金属离子电池极片及其制备方法和设备，特别涉及一种干法制片的钠离子/锂离子电池。

背景技术：

1、新能源电池行业已经发展成国民经济中的支柱产业，目前该行业总产值达到近2万亿。中国制造的新能源汽车和动力电池在全球范围内都具有很强的竞争力，纯电动汽车和电池大量出口欧美国家。

2、不论是钠离子电池还是锂离子电池目前批量生产主要还是采用湿混、涂布和辊轧工艺，需要投资大量固定设备和消耗很多化工材料。湿混的稀释剂要用nmp材料，每吨20万左右，价格昂贵。另外一台性能良好的大型涂布价值近2000万元，而且正负极各需要一台。另外，辊轧设备也是极其昂贵的，大规模量产的动力电池厂每套辊轧机也要近3000万元。

3、干法制造工艺，不使用nmp溶剂，也不需要涂布机，整个制造成本降低约40％。目前很多电池公司都在研究和试验干法工艺制造电池。另外，干法工艺也是制造固态电池的首选工艺，因为性能优越的硫化物固态电解质很难和溶剂混合湿法涂布。

4、目前，干粉工艺仍然不够成熟还存在一些问题，主要表现在电池内阻大、倍率性能差，工艺复杂，还需要使用辊轧机等设备。再究其具体原因乃是粘结剂纤维化程度不够，分散不均匀等。另外冷轧的时间较短，设备调节复杂，不能充分使粘结剂纤维化。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是：解决现有技术中干法制造电极片的过程中粘结剂纤维化程度不高，分散不均匀，使得电池内阻大、倍率性能差。本实用新型提出了一种新的干法制片的碱金属电池电极片的制造方法以及配套装备，使得电极片料棒在制造的过程中受到不同的方向上的反复挤压，使得粘结剂纤维化程度高，电池性能得到改善。

2、技术方案是：

3、一种碱金属电池电极片，包括至少两层电极材料层，两层之间还设有集流体，电极材料层中包括了电极活性材料、导电剂、粘结剂以及添加剂，并且电极材料是经过了不同方向上的多次挤压后得到的。

4、所述的电极活性材料是指正极活性材料或者负极活性材料。

5、所述的不同方向是指两个方向相互之间夹角为30-90°。

6、粘结剂是ptfe。

7、上述的碱金属电池电极片的制造装置，包括：纤维化设备、切片机和敷压机；

8、纤维化设备中包括：

9、料坑，其数量为至少两个，为长方体，相互之间具有不同的形状参数，用于使粉料在其中受到挤压后形成料棒；并且在一个料坑中形成的料棒的尺寸能够嵌入另一个料坑中；

10、夯头，形状与料坑的水平尺寸匹配，用于在料坑中挤压粉料；

11、顶杆，位于料坑的下方，用于将料坑中形成的料棒向上顶出；

12、切片机中包括：

13、模具，用于使料棒套接于其中；

14、伺服电机，位于模具的一侧，用于将料棒从模具中顶出一定距离；

15、冲刀，位于模具的另一侧，用于将从模具中挤出的料棒进行切片；

16、敷压机中包括：

17、平台，用于铺设极片；

18、压头，用于对平台上的极片及其他层状配件材料进行压片成型。

19、所述的料坑底部为一个可以上下活动的底板，其与料坑周边贴合，且底部包括一个限位槽，用于限制底板的向下活动；并且顶杆为一个或多个，当顶杆为一个时，其可以在各个料坑的下方转换位置。

20、所述的顶杆的数量与料坑的数量相同，并且分别顶杆分别与料坑相对应，每个料坑中的顶杆顶面形状与该料坑的水平面的截面相匹配。

21、料坑中至少包括第一料坑和第二料坑，垂直方向上的边分别为a1和a2，第一料坑水平方向的两条边为b1和c1，第二料坑水平方向的两条边为b2和c2；尺寸关系应该满足以下条件：料棒在第一料坑中被压实后的垂直高度小于c2的长度，料棒在第二料坑被压实后的垂直高度小于b1的长度，同时b1<b2长度，且c2<c1长度。

22、还包括机械手，用于将被顶杆顶出料坑的料棒在不同的料坑位置中移动。

23、在平台和/或压头上都设有加热器。

24、一种干法制片的方法，包括如下步骤：

25、步骤1，将电极材料、导电剂、粘结剂和添加剂混合均匀后，作为粉料；

26、步骤2，将粉料加入于一个料坑中，通过夯头进行挤压，将获得的料棒顶出后，转移至另一个料坑中；

27、步骤3，再通过夯头对料棒进行挤压，再进行顶出；

28、步骤2和步骤3作为一个循环，共循环操作1-50次；

29、步骤4，将得到的料棒放置于模具中，挤出模具的端面一定距离后，通过冲刀进行切片处理；

30、步骤5，将获得的切片及其他层状配件材料按照电池器件要求铺设于平台上后，进行压片成型。

31、夯头的挤压压力5-20mpa。

32、有益效果

33、本实用新型提出了一种新的干法制片的碱金属电池电极片的制造方法以及配套装备，使得电极片料棒在制造的过程中受到不同的方向上的反复挤压，使得粘结剂纤维化程度高，电池性能得到改善。

技术特征：

1.碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，纤维化设备、切片机和敷压机；

2.根据权利要求1所述的碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，所述的料坑（11）底部为一个可以上下活动的底板（15），其与料坑（11）周边贴合，且底部包括一个限位槽（14），用于限制底板（15）的向下活动。

3.根据权利要求1所述的碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，顶杆（13）为一个或多个，当顶杆（13）为一个时，其可以在各个料坑（11）的下方转换位置。

4.根据权利要求1所述的碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，所述的顶杆（13）的数量与料坑（11）的数量相同，并且分别顶杆（13）分别与料坑（11）相对应，每个料坑（11）中的顶杆（13）顶面形状与该料坑（11）的水平面的截面相同。

5.根据权利要求1所述的碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，料坑（11）中至少包括第一料坑和第二料坑，垂直方向上的边分别为a1和a2，第一料坑水平方向的两条边为b1和c1，第二料坑水平方向的两条边为b2和c2；尺寸关系应该满足以下条件：料棒在第一料坑中被压实后的垂直高度小于c2的长度，料棒在第二料坑被压实后的垂直高度小于b1的长度，同时b1长度<b2长度，且c2长度<c1长度。

6.根据权利要求5所述的碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，a1=25-35cm，b1=35-45cm，c1=35-45cm，a2=35-45cm，b2=40-50cm，c2=20-30cm。

7.根据权利要求1所述的碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，还包括机械手，用于将被顶杆（13）顶出料坑（11）的料棒在不同的料坑（11）位置中移动。

8.根据权利要求1所述的碱金属离子电池极片的制备设备，其特征在于，在平台（33）和/或压头（32）上都设有加热器。

技术总结
本技术公开了一种碱金属离子电池极片及其制备方法和设备，属于碱金属离子电池技术领域。与目前市面上通常采用的干混、冷轧、热敷工艺不同，本技术使用了新开发的纤维化设备和切片设备以及敷压设备。新开发的纤维化设备由可变形料槽和夯头组成，可以反复捶打粉料，捶打后粘结剂的纤维化更彻底，分散更均匀。纤维化设备最后将干粉挤压成高压实密度料棒，在切片机上通过伺服电机送料，用冲刀切成薄片。然后将薄片挤压在集流体上制造成极片，最后通过叠片、焊极耳、封装、烘烤、注液、化成等工艺制造成各类钠离子电池和锂离子电池。

技术研发人员：李义,刘彦宏,朱武青,王博
受保护的技术使用者：江苏浩钠新能源科技有限公司
技术研发日：20230802
技术公布日：2024/6/11