一種極片式的電鍍預埋設備的設計與分析

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的不斷發展，極片的預鋰化處理越來越重要。目前，主要的預鋰化方法均存在補鋰均勻性不好控制的問題，因此該文提出了一種新型可調壓金屬箔壓輥裝置，用于提高極片的預鋰化效果。該設備包括放卷裝置、收卷裝置和遮蔽機構，放卷裝置和收卷裝置之間設置有電鍍池。遮蔽機構包括傳動輪組件和繞設在傳動輪組件上的輸送帶，輸送帶上沿前進方向間隔固定有遮蔽層。電鍍時，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，使極片上遮蔽層覆蓋的留白區不會被鍍鋰。該設備還包括控制器、色標傳感器和用于檢測電鍍池內電鍍區域電流密度的檢測裝置。此外，設備中還設置了浸潤池、清洗池和干燥裝置，可使極片依次穿過浸潤池、電鍍池、清洗池和干燥裝置。該設備不僅可以提高極片的預鋰化效果，還可以控制補鋰的均勻性，具有較高的應用價值。

1 極片電鍍預鋰設備的基本結構與原理

1.1 基本結構

極片電鍍預鋰設備如圖1 所示。極片的電鍍預鋰設備包括放卷裝置、收卷裝置和遮蔽機構，放卷裝置和收卷裝置之間設置有電鍍池，并通過極片連接。遮蔽機構包括傳動輪組件和繞設在傳動輪組件上的輸送帶，輸送帶上沿前進方向間隔固定有遮蔽層，遮蔽層與極片的留白區相對應。電鍍時，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，使極片上遮蔽層覆蓋的留白區不會被鍍鋰。該設備能較好地控制補鋰的均勻性[1]。

圖1 極片電鍍預鋰設備圖

輸送帶由2 個并列設置的傳送帶組成，分別繞設在傳動輪組件上。遮蔽層的兩端分別與2 個傳送帶連接。相鄰2 個遮蔽層的間距可以不同，與極片電鍍區的寬度相對應，以進一步控制預鋰區域。

此外，遮蔽機構還包括驅動裝置，用于驅動傳動輪組件的運動。驅動裝置包括第一驅動裝置和第二驅動裝置，分別連接第一遮蔽機構和第二遮蔽機構。第一遮蔽機構和第二遮蔽機構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相對應。

電鍍池內設置了陽極和液下管道，電鍍池外設置了導電管道。傳動輪組件包括主動輪和傳動輪，輸送帶繞設在主動輪、傳動輪和液下管道上，使第一輸送帶和第二輸送帶疊合設置，以提供穩定的走帶路徑。

此外，設備還包括浸潤池、清洗池和干燥裝置，極片依次穿過浸潤池、電鍍池、清洗池和干燥裝置。在電鍍池內，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。

為了實現更好的控制效果，該設備中設置了控制器、色標傳感器和檢測裝置。色標傳感器位于遮蔽層的來料端，用于檢測電鍍池內電鍍區域的電流密度。這些組件與控制器電性連接，以實現對設備的自動控制和監測[2]。電鍍池圖如圖2所示。

圖2 電鍍池圖

在該裝置中，還設置有多個滾軸和多個壓輥。極片繞設在滾軸上，滾軸帶動極片走帶。而壓輥位于浸潤池和清洗池上方，并與滾軸并排設置，形成間隙。極片通過間隙，壓輥對經過間隙的極片起到壓制作用。

綜上所述，這種極片電鍍預鋰設備通過設置遮蔽機構和相關組件，使遮蔽層與極片在電鍍過程中同步穿過電鍍池進行補鋰，并且遮蔽層覆蓋在極片的不補鋰區域，實現了預鋰區域的可控性。同時，通過電鍍方式進行預鋰，提高了極片補鋰的鍍層均勻性，解決了現有補鋰過程中均勻性不易控制的問題。

1.2 工作原理

極片電鍍預鋰設備的工作原理如下：1）極片進入電鍍池。極片從放卷裝置進入電鍍池，同時電極向極片提供電流，使極片表面發生電化學反應。此時，極片表面的留白區還未形成預鋰層。2）遮蔽機構的作用和原理。遮蔽機構是該設備中的關鍵部分，其作用是在電鍍過程中保護極片上的留白區不被電鍍液體中的鋰沉積。遮蔽機構包括傳動輪組件和繞設在其上的輸送帶，輸送帶上沿著前進方向間隔固定有遮蔽層。遮蔽層與極片的留白區相對應，覆蓋在極片的留白區上。3）對極片進行預鋰電鍍。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會與電鍍液發生電化學反應，形成預鋰層。留白區則不會被鋰沉積。4）極片離開電鍍池。電鍍完成后，極片從電鍍池中進入收卷裝置，收卷裝置將已完成電鍍預鋰的極片卷取。

根據上述工作原理，在遮蔽機構的作用下，預鋰區域可得到有效控制，只有特定的非留白區域進行了電鍍，從而實現了預鋰均勻性的提升和預鋰區域的可控性。遮蔽層的設計保證了電鍍過程中極片留白區不被鍍鋰，從而解決了預鋰過程中均勻性不佳的問題。

鋰離子電池在首次充、放電循環中會形成固體電解質膜，會消耗一部分鋰離子，導致鋰離子電池的首次庫倫效率較低，可能會影響電池的容量。為了解決該問題，需要通過預鋰化技術提供外部鋰源，對電極材料進行預先鋰化處理，以彌補消耗的鋰離子量，從而有效擴大鋰電池的可逆循環容量并提高其循環壽命。

1.3 理論技術

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

其中，電鍍方法是一種常見的預鋰化方法，能使鋰層相對均勻地鍍在極片表面。然而，在電鍍過程中，極片表面鋰的涂布并不連續。留白區和單面區是電鍍過程中的2 個特殊情況，二者無法被鋰覆蓋。單面區指的是由于極片結構或電鍍設備限制，只有一側能夠得到鋰鍍層的區域。留白區表示在極片表面存在未被涂覆鋰的區域。因此，在電鍍過程中，控制留白區和單面區不被鋰覆蓋成為關鍵問題。此外，電鍍方法還會受電鍍液中電流密度變化的影響。

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

2 遮蔽機構的設計與優化

2.1 遮蔽機構的傳動輪組件和輸送帶設計

遮蔽機構圖如圖3 所示。遮蔽機構是極片預鋰設備中的一個重要組成部分，其設計對保護極片電鍍過程中的留白區至關重要。該文將重點探討遮蔽機構的傳動輪組件設計、輸送帶設計以及二者在預鋰設備中的作用。

圖3 遮蔽機構圖

傳動輪組件是遮蔽機構的核心部分，其主要功能是帶動輸送帶進行運動，使遮蔽層與極片同步穿過電鍍池。傳動輪組件通常由多個傳動輪組成，分別位于輸送帶的兩側，并通過傳動裝置連接，以確保傳動輪的同步運動。傳動輪組件的設計需要考慮輸送帶的張力和運動的平穩性，避免傳動過程中產生卡阻或跳動，從而保證遮蔽層的準確覆蓋位置。此外，傳動輪組件的材料選擇也要考慮其耐磨、耐腐蝕性能，以滿足長時間、高強度的工作要求。

輸送帶是遮蔽機構的關鍵部件，承擔將遮蔽層運送到正確位置的重要任務。在優選實施例中，遮蔽機構的輸送帶通常由2 根并列設置的傳送帶構成。這2 根傳送帶繞設在傳動輪組件上，遮蔽層的兩端分別與2 個傳送帶連接。輸送帶的材料需要具備良好的耐化學性和導電性能，以適應電鍍池中的復雜環境。同時，輸送帶的寬度和厚度需要精確設計，使遮蔽層能夠與極片的留白區完全對應，防止電鍍液進入留白區，保護極片的留白區免受電鍍影響。

為了確保遮蔽層覆蓋在極片的留白區，相鄰2 個遮蔽層間的間距應與極片電鍍區的寬度相對應。在優選實施例中，遮蔽層的寬度比極片留白區的寬度大3mm～4mm，中間極片活性材料層采用避空。該設計可以保證遮蔽層能夠完全覆蓋極片的留白區，防止留白區被電鍍液電鍍，從而實現電鍍過程中的有效遮蔽。

遮蔽機構的設計和優化對預鋰設備的性能和電鍍質量至關重要。通過合理的傳動輪組件和輸送帶設計，可以實現遮蔽層與極片的同步運動，確保遮蔽層覆蓋位置準確。同時，適當的遮蔽層寬度設計可以保護留白區并提高電鍍質量。該設計不僅可以提升電鍍效率和穩定性，還能節約成本并提高生產效率，對預鋰設備的應用具有重要意義。

2.2 遮蔽層的作用及其與極片留白區的對應關系

在極片的電鍍過程中，電流和離子是在陽極和極片間對向流動的。正常情況下，電鍍液會在極片的留白區域進行電鍍，使極片上的活性材料得到充分電鍍。然而，一些特定區域，如極片的補鋰區域不需要被電鍍，這時就會用到遮蔽層。

遮蔽層由絕緣材料制成，位于極片的留白區上。其主要作用是阻止電鍍液在留白區進行電鍍，保護留白區。由于遮蔽層的覆蓋，留白區處于絕緣狀態，電流無法通過，因此留白區會保持原有的性質，不會被電鍍液電鍍。

下面將探討遮蔽層與極片留白區的對應關系。在電鍍預鋰設備中，極片通常是連續卷繞的，電鍍時會與輸送帶同步穿過電鍍池。而遮蔽層則固定在輸送帶上，隨著輸送帶的運動，與極片的留白區相對應。也即當極片的留白區經過遮蔽層時，遮蔽層會覆蓋在留白區上，阻止電鍍液對該區域進行電鍍。

為了確保遮蔽層的覆蓋位置準確，遮蔽層的寬度需要與極片的留白區寬度相對應。在優選實施例中，遮蔽層的寬度通常比極片留白區的寬度大3mm～4mm，中間極片活性材料層采用避空。該設計可以確保遮蔽層覆蓋在留白區上，防止留白區被電鍍液電鍍。

綜上所述，遮蔽層在極片的預鋰設備中具有重要作用，通過覆蓋在極片的留白區上，在電鍍過程中進行有效遮蔽，使留白區免受電鍍液影響。遮蔽層的寬度、位置與極片留白區的對應關系是保證遮蔽效果的關鍵因素。通過合理的設計和優化，可以精確控制電鍍過程中的特定區域，提升電鍍質量和產品性能。該技術可為鋰電池等領域的發展帶來更穩定、可靠的支持[3]。

3 結論

該文介紹了一種新型可調壓金屬箔壓輥裝置，即一種極片電鍍預鋰設備。與傳統的預鋰化方法相比，該設備可提高補鋰均勻性、提升預鋰化效果、使極片表面的鋰涂布更連續和均勻并減少電鍍液的浪費。該設備通過遮蔽機構、驅動裝置、浸潤池、清洗池和干燥裝置等組件的協作，實現了自動化控制，提高了生產效率和穩定性。遮蔽層是電鍍設備中的重要組成部分，通過設計和優化遮蔽層的結構和性能，可以實現對特定區域的精確控制，提升電鍍質量和產品性能。

遮蔽層的設計需要考慮多個因素，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性和絕緣性能，能夠有效隔離電鍍液，保護極片的留白區。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電鍍過程的控制至關重要。合適的尺寸和厚度可以確保遮蔽層完全覆蓋留白區，防止電鍍液滲入，并對電鍍過程中的離子傳輸和反應有一定的調控作用。同時，遮蔽層還應具備一定的機械強度和柔韌性，以應對輸送帶運動和極片形變等情況。