焦軍峰

（廣東捷盟智能裝備有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷發(fā)展，極片的預(yù)鋰化處理越來越重要。目前，主要的預(yù)鋰化方法均存在補(bǔ)鋰均勻性不好控制的問題，因此該文提出了一種新型可調(diào)壓金屬箔壓輥裝置，用于提高極片的預(yù)鋰化效果。該設(shè)備包括放卷裝置、收卷裝置和遮蔽機(jī)構(gòu)，放卷裝置和收卷裝置之間設(shè)置有電鍍池。遮蔽機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)輪組件和繞設(shè)在傳動(dòng)輪組件上的輸送帶，輸送帶上沿前進(jìn)方向間隔固定有遮蔽層。電鍍時(shí)，輸送帶與極片同步穿過電鍍池，而遮蔽層則覆蓋在極片的留白區(qū)，使極片上遮蔽層覆蓋的留白區(qū)不會(huì)被鍍鋰。該設(shè)備還包括控制器、色標(biāo)傳感器和用于檢測(cè)電鍍池內(nèi)電鍍區(qū)域電流密度的檢測(cè)裝置。此外，設(shè)備中還設(shè)置了浸潤(rùn)池、清洗池和干燥裝置，可使極片依次穿過浸潤(rùn)池、電鍍池、清洗池和干燥裝置。該設(shè)備不僅可以提高極片的預(yù)鋰化效果，還可以控制補(bǔ)鋰的均勻性，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 極片電鍍預(yù)鋰設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

極片電鍍預(yù)鋰設(shè)備如圖1 所示。極片的電鍍預(yù)鋰設(shè)備包括放卷裝置、收卷裝置和遮蔽機(jī)構(gòu)，放卷裝置和收卷裝置之間設(shè)置有電鍍池，并通過極片連接。遮蔽機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)輪組件和繞設(shè)在傳動(dòng)輪組件上的輸送帶，輸送帶上沿前進(jìn)方向間隔固定有遮蔽層，遮蔽層與極片的留白區(qū)相對(duì)應(yīng)。電鍍時(shí)，輸送帶與極片同步穿過電鍍池，遮蔽層覆蓋在極片的留白區(qū)，使極片上遮蔽層覆蓋的留白區(qū)不會(huì)被鍍鋰。該設(shè)備能較好地控制補(bǔ)鋰的均勻性[1]。

圖1 極片電鍍預(yù)鋰設(shè)備圖

輸送帶由2 個(gè)并列設(shè)置的傳送帶組成，分別繞設(shè)在傳動(dòng)輪組件上。遮蔽層的兩端分別與2 個(gè)傳送帶連接。相鄰2 個(gè)遮蔽層的間距可以不同，與極片電鍍區(qū)的寬度相對(duì)應(yīng)，以進(jìn)一步控制預(yù)鋰區(qū)域。

此外，遮蔽機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)輪組件的運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置包括第一驅(qū)動(dòng)裝置和第二驅(qū)動(dòng)裝置，分別連接第一遮蔽機(jī)構(gòu)和第二遮蔽機(jī)構(gòu)。第一遮蔽機(jī)構(gòu)和第二遮蔽機(jī)構(gòu)分別固定有第一遮蔽層和第二遮蔽層，二者之間形成避空空間，使極片可以穿過避空空間，而第一遮蔽層和第二遮蔽層分別與極片的正面和背面的留白區(qū)相對(duì)應(yīng)。

電鍍池內(nèi)設(shè)置了陽極和液下管道，電鍍池外設(shè)置了導(dǎo)電管道。傳動(dòng)輪組件包括主動(dòng)輪和傳動(dòng)輪，輸送帶繞設(shè)在主動(dòng)輪、傳動(dòng)輪和液下管道上，使第一輸送帶和第二輸送帶疊合設(shè)置，以提供穩(wěn)定的走帶路徑。

此外，設(shè)備還包括浸潤(rùn)池、清洗池和干燥裝置，極片依次穿過浸潤(rùn)池、電鍍池、清洗池和干燥裝置。在電鍍池內(nèi)，陽極包括第一陽極和第二陽極，二者位于第一遮蔽層和第二遮蔽層的背向一側(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)更好的控制效果，該設(shè)備中設(shè)置了控制器、色標(biāo)傳感器和檢測(cè)裝置。色標(biāo)傳感器位于遮蔽層的來料端，用于檢測(cè)電鍍池內(nèi)電鍍區(qū)域的電流密度。這些組件與控制器電性連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)[2]。電鍍池圖如圖2所示。

圖2 電鍍池圖

在該裝置中，還設(shè)置有多個(gè)滾軸和多個(gè)壓輥。極片繞設(shè)在滾軸上，滾軸帶動(dòng)極片走帶。而壓輥位于浸潤(rùn)池和清洗池上方，并與滾軸并排設(shè)置，形成間隙。極片通過間隙，壓輥對(duì)經(jīng)過間隙的極片起到壓制作用。

綜上所述，這種極片電鍍預(yù)鋰設(shè)備通過設(shè)置遮蔽機(jī)構(gòu)和相關(guān)組件，使遮蔽層與極片在電鍍過程中同步穿過電鍍池進(jìn)行補(bǔ)鋰，并且遮蔽層覆蓋在極片的不補(bǔ)鋰區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了預(yù)鋰區(qū)域的可控性。同時(shí)，通過電鍍方式進(jìn)行預(yù)鋰，提高了極片補(bǔ)鋰的鍍層均勻性，解決了現(xiàn)有補(bǔ)鋰過程中均勻性不易控制的問題。

1.2 工作原理

極片電鍍預(yù)鋰設(shè)備的工作原理如下：1）極片進(jìn)入電鍍池。極片從放卷裝置進(jìn)入電鍍池，同時(shí)電極向極片提供電流，使極片表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。此時(shí)，極片表面的留白區(qū)還未形成預(yù)鋰層。2）遮蔽機(jī)構(gòu)的作用和原理。遮蔽機(jī)構(gòu)是該設(shè)備中的關(guān)鍵部分，其作用是在電鍍過程中保護(hù)極片上的留白區(qū)不被電鍍液體中的鋰沉積。遮蔽機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)輪組件和繞設(shè)在其上的輸送帶，輸送帶上沿著前進(jìn)方向間隔固定有遮蔽層。遮蔽層與極片的留白區(qū)相對(duì)應(yīng)，覆蓋在極片的留白區(qū)上。3）對(duì)極片進(jìn)行預(yù)鋰電鍍。在電鍍過程中，輸送帶與極片同步穿過電鍍池，遮蔽層確保留白區(qū)不與電鍍液接觸，因此在電鍍過程中，只有極片表面的非留白區(qū)會(huì)與電鍍液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成預(yù)鋰層。留白區(qū)則不會(huì)被鋰沉積。4）極片離開電鍍池。電鍍完成后，極片從電鍍池中進(jìn)入收卷裝置，收卷裝置將已完成電鍍預(yù)鋰的極片卷取。

根據(jù)上述工作原理，在遮蔽機(jī)構(gòu)的作用下，預(yù)鋰區(qū)域可得到有效控制，只有特定的非留白區(qū)域進(jìn)行了電鍍，從而實(shí)現(xiàn)了預(yù)鋰均勻性的提升和預(yù)鋰區(qū)域的可控性。遮蔽層的設(shè)計(jì)保證了電鍍過程中極片留白區(qū)不被鍍鋰，從而解決了預(yù)鋰過程中均勻性不佳的問題。

鋰離子電池在首次充、放電循環(huán)中會(huì)形成固體電解質(zhì)膜，會(huì)消耗一部分鋰離子，導(dǎo)致鋰離子電池的首次庫(kù)倫效率較低，可能會(huì)影響電池的容量。為了解決該問題，需要通過預(yù)鋰化技術(shù)提供外部鋰源，對(duì)電極材料進(jìn)行預(yù)先鋰化處理，以彌補(bǔ)消耗的鋰離子量，從而有效擴(kuò)大鋰電池的可逆循環(huán)容量并提高其循環(huán)壽命。

1.3 理論技術(shù)

目前主要的極片預(yù)鋰化方法包括負(fù)極噴涂鋰粉法、鋰箔覆合法、鋰粉碾軋法和惰性鋰粉噴涂法等。然而，這些方法都有一個(gè)共同問題，即補(bǔ)鋰均勻性不易控制。

其中，電鍍方法是一種常見的預(yù)鋰化方法，能使鋰層相對(duì)均勻地鍍?cè)跇O片表面。然而，在電鍍過程中，極片表面鋰的涂布并不連續(xù)。留白區(qū)和單面區(qū)是電鍍過程中的2 個(gè)特殊情況，二者無法被鋰覆蓋。單面區(qū)指的是由于極片結(jié)構(gòu)或電鍍?cè)O(shè)備限制，只有一側(cè)能夠得到鋰鍍層的區(qū)域。留白區(qū)表示在極片表面存在未被涂覆鋰的區(qū)域。因此，在電鍍過程中，控制留白區(qū)和單面區(qū)不被鋰覆蓋成為關(guān)鍵問題。此外，電鍍方法還會(huì)受電鍍液中電流密度變化的影響。

綜上所述，鋰離子電池的預(yù)鋰化技術(shù)對(duì)提高電池的可逆循環(huán)容量和循環(huán)壽命非常重要。雖然預(yù)鋰化方法有多種，但目前仍然存在補(bǔ)鋰均勻性不易控制的問題。電鍍方法是一種常見的預(yù)鋰化方法，但需要解決留白區(qū)和單面區(qū)無法被鋰覆蓋且易受電流密度變化影響的問題。因此，改進(jìn)預(yù)鋰化技術(shù)并提高均勻性和控制性是研究的一個(gè)方向。

2 遮蔽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 遮蔽機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)輪組件和輸送帶設(shè)計(jì)

遮蔽機(jī)構(gòu)圖如圖3 所示。遮蔽機(jī)構(gòu)是極片預(yù)鋰設(shè)備中的一個(gè)重要組成部分，其設(shè)計(jì)對(duì)保護(hù)極片電鍍過程中的留白區(qū)至關(guān)重要。該文將重點(diǎn)探討遮蔽機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)輪組件設(shè)計(jì)、輸送帶設(shè)計(jì)以及二者在預(yù)鋰設(shè)備中的作用。

圖3 遮蔽機(jī)構(gòu)圖

傳動(dòng)輪組件是遮蔽機(jī)構(gòu)的核心部分，其主要功能是帶動(dòng)輸送帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，使遮蔽層與極片同步穿過電鍍池。傳動(dòng)輪組件通常由多個(gè)傳動(dòng)輪組成，分別位于輸送帶的兩側(cè)，并通過傳動(dòng)裝置連接，以確保傳動(dòng)輪的同步運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)輪組件的設(shè)計(jì)需要考慮輸送帶的張力和運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，避免傳動(dòng)過程中產(chǎn)生卡阻或跳動(dòng)，從而保證遮蔽層的準(zhǔn)確覆蓋位置。此外，傳動(dòng)輪組件的材料選擇也要考慮其耐磨、耐腐蝕性能，以滿足長(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的工作要求。

輸送帶是遮蔽機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，承擔(dān)將遮蔽層運(yùn)送到正確位置的重要任務(wù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，遮蔽機(jī)構(gòu)的輸送帶通常由2 根并列設(shè)置的傳送帶構(gòu)成。這2 根傳送帶繞設(shè)在傳動(dòng)輪組件上，遮蔽層的兩端分別與2 個(gè)傳送帶連接。輸送帶的材料需要具備良好的耐化學(xué)性和導(dǎo)電性能，以適應(yīng)電鍍池中的復(fù)雜環(huán)境。同時(shí)，輸送帶的寬度和厚度需要精確設(shè)計(jì)，使遮蔽層能夠與極片的留白區(qū)完全對(duì)應(yīng)，防止電鍍液進(jìn)入留白區(qū)，保護(hù)極片的留白區(qū)免受電鍍影響。

為了確保遮蔽層覆蓋在極片的留白區(qū)，相鄰2 個(gè)遮蔽層間的間距應(yīng)與極片電鍍區(qū)的寬度相對(duì)應(yīng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，遮蔽層的寬度比極片留白區(qū)的寬度大3mm～4mm，中間極片活性材料層采用避空。該設(shè)計(jì)可以保證遮蔽層能夠完全覆蓋極片的留白區(qū)，防止留白區(qū)被電鍍液電鍍，從而實(shí)現(xiàn)電鍍過程中的有效遮蔽。

遮蔽機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)預(yù)鋰設(shè)備的性能和電鍍質(zhì)量至關(guān)重要。通過合理的傳動(dòng)輪組件和輸送帶設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)遮蔽層與極片的同步運(yùn)動(dòng)，確保遮蔽層覆蓋位置準(zhǔn)確。同時(shí)，適當(dāng)?shù)恼诒螌訉挾仍O(shè)計(jì)可以保護(hù)留白區(qū)并提高電鍍質(zhì)量。該設(shè)計(jì)不僅可以提升電鍍效率和穩(wěn)定性，還能節(jié)約成本并提高生產(chǎn)效率，對(duì)預(yù)鋰設(shè)備的應(yīng)用具有重要意義。

2.2 遮蔽層的作用及其與極片留白區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

在極片的電鍍過程中，電流和離子是在陽極和極片間對(duì)向流動(dòng)的。正常情況下，電鍍液會(huì)在極片的留白區(qū)域進(jìn)行電鍍，使極片上的活性材料得到充分電鍍。然而，一些特定區(qū)域，如極片的補(bǔ)鋰區(qū)域不需要被電鍍，這時(shí)就會(huì)用到遮蔽層。

遮蔽層由絕緣材料制成，位于極片的留白區(qū)上。其主要作用是阻止電鍍液在留白區(qū)進(jìn)行電鍍，保護(hù)留白區(qū)。由于遮蔽層的覆蓋，留白區(qū)處于絕緣狀態(tài)，電流無法通過，因此留白區(qū)會(huì)保持原有的性質(zhì)，不會(huì)被電鍍液電鍍。

下面將探討遮蔽層與極片留白區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在電鍍預(yù)鋰設(shè)備中，極片通常是連續(xù)卷繞的，電鍍時(shí)會(huì)與輸送帶同步穿過電鍍池。而遮蔽層則固定在輸送帶上，隨著輸送帶的運(yùn)動(dòng)，與極片的留白區(qū)相對(duì)應(yīng)。也即當(dāng)極片的留白區(qū)經(jīng)過遮蔽層時(shí)，遮蔽層會(huì)覆蓋在留白區(qū)上，阻止電鍍液對(duì)該區(qū)域進(jìn)行電鍍。

為了確保遮蔽層的覆蓋位置準(zhǔn)確，遮蔽層的寬度需要與極片的留白區(qū)寬度相對(duì)應(yīng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，遮蔽層的寬度通常比極片留白區(qū)的寬度大3mm～4mm，中間極片活性材料層采用避空。該設(shè)計(jì)可以確保遮蔽層覆蓋在留白區(qū)上，防止留白區(qū)被電鍍液電鍍。

綜上所述，遮蔽層在極片的預(yù)鋰設(shè)備中具有重要作用，通過覆蓋在極片的留白區(qū)上，在電鍍過程中進(jìn)行有效遮蔽，使留白區(qū)免受電鍍液影響。遮蔽層的寬度、位置與極片留白區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系是保證遮蔽效果的關(guān)鍵因素。通過合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以精確控制電鍍過程中的特定區(qū)域，提升電鍍質(zhì)量和產(chǎn)品性能。該技術(shù)可為鋰電池等領(lǐng)域的發(fā)展帶來更穩(wěn)定、可靠的支持[3]。

3 結(jié)論

該文介紹了一種新型可調(diào)壓金屬箔壓輥裝置，即一種極片電鍍預(yù)鋰設(shè)備。與傳統(tǒng)的預(yù)鋰化方法相比，該設(shè)備可提高補(bǔ)鋰均勻性、提升預(yù)鋰化效果、使極片表面的鋰涂布更連續(xù)和均勻并減少電鍍液的浪費(fèi)。該設(shè)備通過遮蔽機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、浸潤(rùn)池、清洗池和干燥裝置等組件的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，提高了生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。遮蔽層是電鍍?cè)O(shè)備中的重要組成部分，通過設(shè)計(jì)和優(yōu)化遮蔽層的結(jié)構(gòu)和性能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的精確控制，提升電鍍質(zhì)量和產(chǎn)品性能。

遮蔽層的設(shè)計(jì)需要考慮多個(gè)因素，包括材料的選擇、尺寸/厚度的確定以及與極片的接觸和固定方式等。絕緣材料通常具有良好的耐化學(xué)性和絕緣性能，能夠有效隔離電鍍液，保護(hù)極片的留白區(qū)。絕緣材料的選擇需要綜合考慮材料的物理特性、工藝要求和成本等因素。遮蔽層尺寸和厚度的確定對(duì)電鍍過程的控制至關(guān)重要。合適的尺寸和厚度可以確保遮蔽層完全覆蓋留白區(qū)，防止電鍍液滲入，并對(duì)電鍍過程中的離子傳輸和反應(yīng)有一定的調(diào)控作用。同時(shí)，遮蔽層還應(yīng)具備一定的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，以應(yīng)對(duì)輸送帶運(yùn)動(dòng)和極片形變等情況。