[发明专利]一种固体电池的制造装置和制造方法

说明书

本发明涉及电池制造领域，针对生产过程易对材料表面和化学稳定性产生影响的问题，提供一种固体电池的制造装置，包括旋流式夹持器和旋转气流产生装置，旋转气流产生装置包括电机和旋流室，电机安装在旋流室中心位置，电机的电机轴上设有叶片；旋流室的顶部设有进气孔、底部与旋流式夹持器通过机械臂连通，旋流室到旋流式夹持器底端形成一条气流通道，被夹持物位于旋流式夹持器底端。本发明通过旋流夹持装置实现双极结构固体电池基元的无损接触和转移，提高电池材料在制造过程中的稳定性。本发明还提供利用所述装置制备固体电池的方法。

技术领域

本发明涉及电池制造领域，尤其是涉及一种固体电池的制造装置和制造方法。

背景技术

全固体锂电池(ASSBs)具有高安全、长寿命和高能量密度等优点，被认为是电动汽车的一种很有前途的储能系统。目前，主要在实验室规模上研究和试生产全固体电池，未来的一个技术挑战是解决ASSB使用的大尺寸材料(正负极材料、固体电解质层)所需制造工艺，并将其转移到工业规模化生产中，目前的技术还远远不能实现规模化的商业生产，还需要进行广泛的研究。

申请号为2017103871949的专利公开了全固体电池的制造方法、制造装置和全固体电池，将集电器层、正极层、固体电解质层和负极层分别层叠多个得到层叠电池，然后在层叠电池侧面注入液状树脂并进行固化。申请号为CN2018101143000的专利公开了层叠型全固体电池的制造方法，由负极集电器层、负极活性物质层、固体电解质层、正极活性物质层和正极集电器层组成的层叠体，收容于由层叠膜构成的外装体中，在加压条件下继续向层叠体内注入填充材料，优化了全固体电池的组装。

固体电池材料包括固体电解质、金属锂负极在转移过程中，若是采用常规锂离子电池接触式转移工具，会导致静电、表面划伤、杂质污染和局部应力集中等。固体电池的性能在很大程度上取决于其组件质量，在生产过程应该尽可能不影响电池组件性能，需要严格转移和组装条件，避免对材料表面和化学稳定性产生负面影响，导致后期固体电池性能快速失效，因此现有技术方案具有一定的技术局限性，需要一种理想的解决方法。

发明内容

本发明为了克服生产过程易对材料表面和化学稳定性产生影响的问题，提供一种固体电池的制造装置，通过旋流夹持装置实现双极结构固体电池基元的无损接触和转移，提高电池材料在制造过程中的稳定性，为推动固体电池实验室转向中试及工业化生产提供技术支持。本发明还提供利用所述装置制备固体电池的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种固体电池的制造装置，包括旋流式夹持器和旋转气流产生装置，旋转气流产生装置包括电机和旋流室，电机安装在旋流室中心位置，电机的电机轴上设有叶片；旋流室的顶部设有进气孔、底部与旋流式夹持器通过机械臂连通，旋流室到旋流式夹持器底端形成一条气流通道，被夹持物位于旋流式夹持器底端。

固体电池材料尤其是金属锂负极片和固体电解质非常敏感，例如固体电解质对机械接触或压力、冲击、振动和弯曲敏感，金属锂负极具有很强的附着力，在加工过程中很容易粘附在任何夹具或机械零件上，因此，与常规液体锂离子电池相比，固体电池制造过程中的夹持和转移装置显得尤其关键。本发明采用一种超压旋风驱动无接触夹持装置，在旋流式夹持器中，循环旋转气流在夹持器中心产生负压，在夹持器内壁产生超压，并且在夹持器和极片之间快速流动的气流产生负压，实现极片稳定的非接触抓取和转移。

本发明采用旋流式气动非接触夹持器，但是常规的旋流式气动夹持器均采用空气压缩机为其提供压缩空气，这导致了巨大的能源消耗，因为：①空气压缩机需要电能将空气压缩至高压，压缩过程中压缩机内会发生机械损失和热能损失；②压缩空气通过各种部件(如管道、弯管等)传输时，也存在能量损失。为避免上述问题，降低制造过程能源损耗，本发明通过使用电机(优选直流电机)和旋流室(优选圆柱形旋流室)产生连续可控的循环旋转气流，并通过气流通道与夹持器相通，可以显著降低产生气流的能量损耗。