造孔装置及极片生产线的制作方法

1.本实用新型涉及极片生产技术领域，特别是涉及一种造孔装置及极片生产线。


背景技术：

2.锂离子电池极片制造一般工艺流程为：将活性物质，粘结剂和导电剂等混合制备成浆料，然后涂敷在铜或铝集流体两面，经干燥后去除溶剂形成极片，极片的浆料膜层经过压实致密化，再裁切或分条。
3.辊压是锂电池极片最常用的压实工艺，在对极片进行压实的时候，对于浆料颗粒与浆料颗粒之间的空隙，容易被压实，造成不通孔，从而辊压对极片孔隙结构的改变巨大，而且也会影响导电剂的分布状态，从而影响电池的电化学性能。
4.为了获得最优化的孔隙结构结构，在不增加工序，保证辊压冷压速度前提下，在极片制备过程中可控的增加膜片的孔隙率，是目前锂电子电池极片制造过程中急需解决的问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对如何在不影响辊压冷压速度前提下，在极片制备过程中可控的增加膜片的孔隙率的问题，提供一种造孔装置及极片生产线。
6.一种造孔装置，用于在极片表面的浆料膜层上形成通孔，包括：
7.第一本体，其上设有气体通道及喷出口，喷出口用于将气体通道内的二氧化碳气体喷至极片表面；及
8.第二本体，被构造为能够冷冻极片表面，以将进入至极片内部的二氧化碳气体凝结为干冰；
9.其中，第一本体与第二本体均布置于极片的传送路径上，且第一本体与第二本体受控依次对极片执行对应操作。
10.如此，第二本体冷冻后的极片被辊压的时候，浆料膜层的颗粒与颗粒之间缝隙的被压缩，造成不通孔。随后浆料膜层内部的干冰受热升华体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，从而完成了物理造孔。使得膜层空隙率增大，提高极片的电解液浸润性，减小载流子的输运阻力，从而实现提高电池的电化学性能目的。
11.在其中一个实施例中，在极片的传送路径上，第一本体位于第二本体的上游。如此，在极片的传送过程中，能够先通过第一本体，以将极片中的空气替换为二氧化碳，再通过第二本体，以将进入极片中的二氧化碳冷冻凝结为干冰，以便于下一步的压实和升华操作。
12.在其中一个实施例中，气体通道呈s型延伸设置，沿气体通道的延伸方向，第一本体上开设有多个与气体通道均连通的喷出口。当通过外部装置向气体通道内通二氧化碳气体时，随着二氧化碳气体在气体管路内的流动，二氧化碳气体会沿途从多个喷出口位置喷出，从而实现能够全面的覆盖极片且快速的将二氧化碳气体送入极片表面的浆料膜层内
部。
13.在其中一个实施例中，第二本体包括液氮通道，液氮通道内的液氮用于冷冻极片；液氮是一种温度极低的液体，当第二本体与极片之间的距离比较小的时候，液氮能能够迅速冷冻极片，使得二氧化碳气体凝结形成干冰。
14.在其中一个实施例中，沿极片的传送方向，第一本体与第二本体均呈平板状延伸。如此，当极片逐渐被传送至与第一本体正对，第一本体喷出的二氧化碳气体能够充气的进入浆料膜层内。而后极片继续传送，远离第一本体后与第二本体正对，第二本体能够高效的对极片进行冷冻，且使得第一本体和第二本体对极片的每一位置都能够均匀的执行对应操作。
15.在其中一个实施例中，当极片与第一本体或第二本体正对时，与极片正对的第一本体或第二本体面向极片的正投影覆盖极片。使得极片被第一本体或第二本体完全覆盖，保证第一本体和第二本体快速的完成对极片的对应处理。
16.在其中一个实施例中，当极片与第一本体或第二本体正对时，与极片正对的第一本体或第二本体与极片之间的垂直间距为10mm-1cm。
17.在其中一个实施例中，第一本体和第二本体为注塑一体成型或3d打印一体成型。即第一本体和第二本体形成一个整体作为本技术的造孔装置，且使本技术提供的造孔装置制作方便，成本低。
18.在其中一个实施例中，第一本体和第二本体均为有机高分子材料或不锈钢材质。在保证造孔效果的同时还能够避免造孔装置本身发生其他反应。
19.根据本实用新型的另一方面，提供一种极片生产线，其特征在于，包括用于承载并传送极片的传输件、冷压辊以及上述实施例中任一项的造孔装置；
20.在所述极片的传送路径上，所述造孔装置位于所述冷压辊的上游。
21.上述造孔装置，用于在极片表面的浆料膜层上形成通孔，包括第一本体和第二本体，第一本体上设有气体通道及喷出口，喷出口用于将气体通道内的二氧化碳气体喷向极片表面，喷向极片表面的二氧化碳分子会进入极片内部，从而将极片表面浆料颗粒与浆料颗粒之间的空气替换为二氧化碳气体。而后，第二本体被构造为能够冷冻极片表面，以将进入极片内部的二氧化碳气体凝结为干冰。其中，第一本体与第二本体均布置于极片的传送路径上，且第一本体与第二本体受控依次对极片执行对应操作。如此，第二本体冷冻后的极片被辊压的时候，浆料膜层的颗粒与颗粒之间缝隙的被压缩，造成不通孔。随后浆料膜层内部的干冰受热升华体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，从而完成了物理造孔。使得膜层空隙率增大，提高极片的电解液浸润性，减小载流子的输运阻力，从而实现提高电池的电化学性能目的。
附图说明
22.通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。
23.在附图中：
24.图1为本实用新型一实施例提供的造孔装置第一本体的结构示意图；
25.图2为图1中提供的造孔装置中第二本体的结构示意图。
26.附图标记：10、第一本体；11、喷出口；12、气体通道；20、第二本体；21、液氮通道。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
29.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
31.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
32.在本技术实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
33.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”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技术实施例和简化描述，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技术实施例的限制。
34.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，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或两个元件的相互作用关系。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技术实施例中的具体含义。
35.目前，从市场形势的发展来看，锂离子电池的应用越加广泛。锂离子电池不仅被应用于新能源领域，而且还被广泛应用于手机、手提电脑等电子产品及航空航天等多个领域。随着锂离子电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
36.本发明人注意到，在锂电池生产过程中，比较重要的原材料之一为正负极极片，即正极极片和负极极片(以下统称极片)，极片表面涂敷具有活性的浆料之后被辊压，从而保证了极片表面浆料膜层的密实度，并且能够使得电极厚度符合电池装配尺寸。
37.在对极片进行辊压的过程中，一般是将极片承载在一定的物体上，将冷压辊放置在极片的另一侧对极片进行压实(或者采用双冷压辊，将极片放置于双冷压辊之间)。在压实的过程中，不可避免的，会将浆料颗粒与浆料颗粒之间充填的空气挤出，从而导致浆料膜层内部产生大量的不通孔，进而导致孔隙率降低，进一步的影响到电池的电化学性能。
38.因此，为了保证电池的电化学性能，提高极片表面浆料膜层的孔隙率，则需要保证辊压工序进行的同时，增加通孔的数量，从而在辊压完成之后的同时还能够在极片表面形成多个通孔，从而使得极片的电解液浸润性被提高，减小载流子的输运阻力，从而实现提高电芯动力学的目的。
39.基于以上考虑，发明人经过深入研究，设计了一种造孔装置，通过将浆料颗粒与浆料颗粒之间的空气替换为二氧化碳气体，而后将浆料膜层内部的二氧化碳气体凝结为干冰。如此，对极片进行冷冻之后，执行对极片的辊压操作，浆料膜层的颗粒与颗粒之间的缝隙被压缩，造成不通孔，随后浆料膜层内部的干冰受热升华体积膨胀，使得间隙中的干冰升华，体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，从而实现提高孔隙率以及提高电池的电化学性能目的。
40.本技术实施例公开的造孔装置不仅可以应用于锂电池中，也可以应用于其他需要增加膜片的孔隙率的极片的电池制造工艺中，从而提高电池的电化学性能。
41.以下实施例为了方便说明，以本技术一实施例的一种造孔装置为例进行说明。
42.请参照图1至图2，图1为本技术一些实施例提供的造孔装置第一本体10的结构示意图，图2为本技术一些实施例提供的造孔装置中第二本体20的结构示意图。其中，造孔装置可以应用于锂离子电池，也可以应用于其他需要提高孔隙率的电池中，从而提升电池的电化学性能。
43.具体地，造孔装置包括第一本体10和第二本体20，第一本体10上设有气体通道12及喷出口11，喷出口11用于将气体通道12内的二氧化碳气体喷向极片表面，喷向极片表面的二氧化碳分子会进入极片内部，从而将极片表面浆料颗粒与浆料颗粒之间的空气替换为二氧化碳气体。而后，第二本体20被构造为能够冷冻极片表面的浆料膜层，以将进入极片内部的二氧化碳气体凝结为干冰。其中，第一本体10和第二本体20均布置于极片的传送路径上，且第一本体10和第二本体20受控依次对极片执行对应操作。如此，第二本体20冷冻后的极片被辊压的时候，浆料膜层的颗粒与颗粒之间缝隙的被压缩，造成不通孔。随后浆料膜层内部的干冰受热升华体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，从而完成了物理造孔。使得膜层空隙率增大，提高极片的电解液浸润性，减小载流子的输运阻力，从而实现提高电池的电化学性能目的。
44.在其中一个实施例中，在极片的传送路径上，第一本体10位于第二本体20的上游，如此，在极片的传送过程中，能够先通过第一本体10，以将极片中的空气替换为二氧化碳，再通过第二本体20，以将进入极片中的二氧化碳冷冻凝结为干冰，以便于下一步的压实和升华操作。
45.在其他一些实施例中，也可控制第一本体10和第二本体20依次开启从而对极片执行对应操作，即本技术提供的第一本体10和第二本体20的位置并不限于上述实施例中提出的上下游，但执行步骤需要满足先后顺序。
46.在其中一个实施例中，第一本体10上的气体通道12呈s型延伸设置，经过多个s型
环绕，在第一本体10内铺满蛇形气体通道12，沿气体通道12的延伸方向，第一本体10上开设有多个与气体通道12均连通的喷出口11，如此，多个喷出口11呈矩阵式排列。当通过外部装置向气体通道12内通二氧化碳气体时，随着二氧化碳气体在气体管路内的流动，二氧化碳气体会沿途从多个喷出口11位置喷出，从而实现能够全面的覆盖极片且快速的将二氧化碳气体送入极片表面的浆料膜层内部。
47.具体地，气体通道12是在第一本体10内部开设形成的，具有进气口和出气口，外部装置通过进气口与气体通道12连通从而向气体通道内充二氧化碳气体，多个喷出口11即为出气口，喷出口11的形状、尺寸均能够根据极片所需气体的量以及实际情况进行设计，本技术在此不做限定。
48.在其中一个实施例中，第二本体20具有液氮通道21，液氮通道21内流通有液氮，液氮是一种温度极低的液体，当第二本体20与极片之间的距离比较小的时候，液氮能能够迅速冷冻极片，使得二氧化碳气体凝结形成干冰。
49.具体地，液氮通道21在第二本体20内也呈s形设置，经过多个s型环绕，在第二本体20内铺满蛇形液氮通道21，液氮通道21具有进液口与出液口，外部装置通过进液口与液氮通道21连通并向液氮通道21内充入液氮，使用完成之后，液氮通道21内的液氮通过出液口排出。
50.需要注意的是，液氮是一种温度极低的液体，在使用时，在保证对极片的冷冻效果的同时还需要注意使用安全。
51.在其中一个实施例中，沿极片的传送方向，第一本体10与第二本体20均呈平板状延伸，如此，当极片逐渐被传送至与第一本体10正对，第一本体10喷出的二氧化碳气体能够充气的进入浆料膜层内。而后极片继续传送，远离第一本体10后与第二本体20正对，第二本体20能够高效的对极片进行冷冻，且使得第一本体10和第二本体20对极片的每一位置都能够均匀的执行对应操作。
52.进一步的，当极片与第一本体10或第二本体20正对时，与极片正对的第一本体10或第二本体20面向极片的正投影覆盖极片，如此，当极片与第一本体10或第二本体20正对时，使得极片被第一本体10或第二本体20完全覆盖，保证第一本体10和第二本体20快速的完成对极片的对应处理。
53.具体地，当极片与第一本体10正对，极片与第一本体10之间的垂直间距为10mm到1cm，以保证浆料膜层内的空气能够被二氧化碳气体充分的置换。同样地，当极片与第二本体20正对，极片与第二本体20之间的垂直间距也为10mm到1cm，以保证第二本体20对极片的冷冻效果。
54.在其中一个实施例中，第一本体10和第二本体20为注塑一体成型或3d打印一体成型，即第一本体10和第二本体20形成一个整体作为本技术的造孔装置，且使本技术提供的造孔装置制作方便，成本低。
55.在其中一个实施例中，第一本体10和所二本体均为有机高分子材料或不锈钢材质，在保证造孔效果的同时还能够避免造孔装置本身发生其他反应。
56.根据本技术的另一方面，提供一种极片生产线，其特征在于，包括用于承载并传送极片的传输件、冷压辊及上述实施例中任一项所述的造孔装置，极片生产线用于生产制造极片。在极片的传送路径上，造孔装置位于冷压辊的上游。如此，在冷压辊对极片进行辊压
之前，通过造孔装置的作用，将极片表面浆料颗粒与浆料颗粒之间的空气替换为二氧化碳气体，而后，第二本体20冷冻极片表面的浆料膜层，以将浆料膜层内部的二氧化碳气体凝结为干冰。之后，通过冷压辊对极片表面进行辊压，使得浆料膜层的颗粒与颗粒之间缝隙的被压缩，造成不通孔。随后浆料膜层内部的干冰受热升华体积膨胀，使得间隙中的干冰升华，体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，膜层空隙率增大，既不影响冷压辊的辊压速度，同时实现了可控的增加极片的孔隙率。
57.具体地，第一本体10为二氧化碳气体交换部件，第二本体20为液氮凝华固化部件，在冷压辊对极片进行辊压之前，极片顺序通过二氧化碳气体交换部件与液氮凝华固化部件，首先将极片浆料膜层中的空气替换为二氧化碳，随后在液氮凝华固化部件下凝华为干冰，再随后冷压辊对极片进行冷压，浆料膜层中间隙和孔道被压缩，造成不通孔。随后间隙和孔道中的干冰升华，体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，增大膜层的空隙率，提高极片的电解液浸润性，减小载流子的输运阻力，从而实现提高电芯动力学的目标。
58.具体地，沿在极片的传送路径上，第一本体10位于第二本体20的上游，第二本体20位于冷压辊的上游，如此，在极片的制备过程中，能够先通过第一本体10，以将极片中的空气替换为二氧化碳，再通过第二本体20，以将进入极片中的二氧化碳冷冻凝结为干冰，再通过冷压辊被冷压，将浆料膜层中间隙和孔道被压缩，造成不通孔。当极片离开冷压辊之后吸热，使得间隙中的干冰升华，体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，从而完成造孔。
59.在其中一些实施例中，提供了一种具体地造孔装置，具体设置方式如下：
60.具体地，二氧化碳气体交换部件为注塑一体成型或3d打印成型，材质为有机高分子材料或不锈钢材质，呈平板状延伸，长宽高尺寸为1000mm*190mm*20mm，气体通道12直径为6mm，内部s型布局，相邻喷出口11间距20mm，喷出口11直径2mm，喷口排布密度为9排*98个，共882个，该部件作为造孔装置的第一本体10。应用二氧化碳气体交换部件，采用二氧化碳交换部件，对现有极片生产线影响较小，只需要增加一个二氧化碳气体交换部件即可可以高效实现将极片中空气替换为二氧化碳气体的目的。
61.具体地，液氮凝华固化部件为注塑一体成型或3d打印成型，材质为有机高分子材料或不锈钢材质，呈平板状延伸，长宽高尺寸为1000mm*180mm*20mm，液氮通道21直径为8mm，通道之间的中心间距为25mm，该部件作为造孔装置的第二本体20且沿极片的传送路径排布在第一本体10之后，采用液氮冷却凝华部件，可以高效实现对极片中二氧化碳气体的凝华作用，使气体凝华为干冰。
62.进一步地，沿极片的传送路径，第一本体10与第二本体20形成整体的造孔装置且安装在冷压辊之前，且造孔装置与传输件上的极片之间的垂直间距为10mm。极片经过造孔装置之后随后通过冷压辊对极片进行冷压，浆料膜层中间隙和孔道被压缩，造成不通孔，随后极片吸热使得间隙和孔道中的干冰升华，体积膨胀，使被压实的不通孔变为通孔，增大膜层的空隙率，提高极片的电解液浸润性，减小载流子的输运阻力，从而实现提高电芯动力学的目标。
63.如此，使得本技术提供的极片生产线，能够提高制造所得的极片的孔隙率，同时不影响冷压辊对极片的辊压过程，结构简单且造孔高效。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。