CN106111396A - 一种石墨烯涂层铝箔涂布装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其包括基座，设置在基座上的铝箔卷、张紧机构、传动机构、除尘机构、涂布机构、喷涂机构和存储装置，铝箔卷的铝箔基板的自由端依次经过张紧机构、传动机构进入存储装置中，并由设置在存储装置中的驱动机构驱动铝箔基板匀速移动；传动机构包括水平设置的第一传动辊和第二传动辊，第一传动辊和第二传动辊之间的铝箔基板呈水平展开状态，所述除尘机构、涂布机构和喷涂机构沿铝箔基板的行走方向依次设置在该段铝箔基板的正上方，该段铝箔基板的下方设置有电加热装置，所述电加热装置与所述涂布机构和喷涂机构垂直对应；除尘机构包括刮板、电磁铁和静电吸附装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯涂层铝箔涂布装置。
背景技术
新能源和可再生能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定影响的五个技术领域之一。石油等一次性能源的紧缺已成为不争的事实,这给新能源和可再生能源技术及产品带来无限发展的市场空间。新型高效能量转换与储存技术在满足现代社会对新能源的需求中占有重要地位。
锂二次电池作为一种高容量、长寿命的储能系统，在小型便携式电子产品中得到了广泛使用，而其在高功率动力电池和大容量储能电池中的应用前景更吸引了全世界的目光。高性能锂离子电池的研发是电化学储能领域的一项重要任务。
在锂二次电池中，活性材料均匀涂布于铝箔或铜箔集流体表面，集流体通过与活性材料的物理接触将电化学反应产生的电子汇集并导出至外电路，从而实现化学能转化为电能的过程。由此可推知，集流体与活性材料间的接触是锂离子电池充放电性能的重要影响因素。
因此，箔材成为锂二次电池的重要组成部分，现在的锂二次电池虽然性能比较优越，但是常规的锂二次电池极片制作工艺中，活性材料浆料直接涂布于铝箔或铜箔表面，干燥后通过粘结剂实现活性材料固定于集流体表面。
目前解决此问题的的办法主要是通过增加浆料粘结剂的用量、通过箔材表面化学腐蚀、电晕或者在箔材表面涂敷含导电材料的薄层等方法处理箔材来增加二者间的粘附能力。但是粘结剂用量的增加会对电池性能造成一系列的不良影响，包括电池内阻的增大、能量密度和功率密度的降低、循环使用寿命变短、电池发热量上升等。化学腐蚀、电晕等特殊处理会对箔材产生一定程度的表面损伤，降低箔材的强度，严重影响后续的现象加工，并且成本较高，不利于大规模生产的需要。而在箔材表面涂覆含导电材料的薄层（涂层铝箔），该薄层需要有良好的导电能力，较高的比表面积，优良的粘结性能，并且相对于金属集流体具有更好的形变能力，从而增加活性材料与箔材间的导电接触，减小界面电阻，并提高两者间的粘结强度，该方法制备工艺相对简单，加工成本较为低廉。
目前，利用导电功能涂层对导电基材（铝箔）进行表面处理是一种公认的突破性的创新技术。该技术除了能够提高活性材料和集流体的粘结力，降低极片制造成本，还具有以下优势：（1）减小电池极化，提高倍率和克容量，提升电池性能；（2）保护集流体，延长电池使用寿命；（3）显著提高电池组的使用一致性，大幅降低电池组成本。因此，使用涂层铝箔替代传统铝箔在动力锂电池中使用已经成为一种重要趋势。
在上述的集流体表面涂敷薄层中，导电材料的选择无疑是最重要的环节。从导电性能和成本综合考虑，碳材料是最适合的选择。碳材料种类繁多，常见的有石墨、碳黑、碳纳米管、碳纤维等。其中很多已经被应用于导电涂层的实例中，例如德国汉高、日本昭和电工等企业，他们通过铝箔表面涂敷一种或多种碳材料混合物来改善集流体与活性材料的接触面积以及粘接能力，但由于常规碳材料粒径的限制，涂敷厚度受到一定影响，以上厂家所售导电涂层厚度（双面）一般为2~5µm，致使电池能量密度降低，并且常规碳材料与铝箔的接触较小，在使用过程中，经过多次的充放电，极片表面活性物质会逐渐膨胀，造成接触面积逐渐减少，致使各项性能逐渐下降。纳米石墨是经特殊工艺方法制备，纯度高，粒度小而均匀，片层薄，表面活性高，其具有优越的导电性能、润滑性能及耐高温性能。从其结构和物理性能分析，使用纳米石墨作为导电涂层，由于纳米石墨比表面积大，并且为片层结构，与铝箔基材接触面更多，使用该类材料改性的铝箔粘结性能将大大提高，能有效抑制传统碳材料所产生的膨胀脱离现象，且其导电性能更为优异，相对其它导电材料更具有优势。
为了得到更好的纳米石墨涂层铝箔，需要提供相应的生产加工设备。现有的涂布装置存在较多的缺陷，不能生产高质量的纳米石墨涂层铝箔。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯涂层铝箔涂布装置。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其包括基座，设置在基座上的铝箔卷、张紧机构、传动机构、除尘机构、涂布机构、喷涂机构和存储装置，所述铝箔卷的铝箔基板的自由端依次经过张紧机构、传动机构进入存储装置中，并由设置在存储装置中的驱动机构驱动铝箔基板匀速移动；
所述传动机构包括水平设置的第一传动辊和第二传动辊，第一传动辊和第二传动辊之间的铝箔基板呈水平展开状态，所述除尘机构、涂布机构和喷涂机构沿铝箔基板的行走方向依次设置在该段铝箔基板的正上方，该段铝箔基板的下方设置有电加热装置，所述电加热装置与所述涂布机构和喷涂机构垂直对应；
所述除尘机构包括刮板、电磁铁和静电吸附装置。
作为本发明的进一步改进，所述涂布机构包括储料箱和涂布辊，所述储料箱设置有横向的出料口，所述涂布辊设置在所述出料口出并且与所述出料口密封配合，所述储料箱出料口上下两侧分别设置上刮刀和下刮刀，所述上刮刀和下刮刀与所述涂布辊接触，所述涂布辊与所述铝箔基板接触。
作为本发明的进一步改进，所述涂布辊采用螺旋线型微凹辊。
作为本发明的进一步改进，所述储料箱的进料口通过进料管与配料釜连接，所述储料箱的回料口通过回料管与配料釜连接，所述进料管上设置有上料增压泵，所述回料管上设置有回料增压泵，石墨烯浆料在配料釜、进料管、储料箱和回料管所形成的回路中不断循环。
作为本发明的进一步改进，所述喷涂装置包括出料管和设置在所述出料管末端的喷头，所述喷头采用超声波精密喷涂喷头，所述出料管上设置有增压泵。
作为本发明的进一步改进，所述铝箔卷固定在气涨轴上，所述气涨轴的两端通过支撑架固定安装在所述基座上，所述气涨轴两端与所述支撑架转动配合。
作为本发明的进一步改进，所述所述气涨轴的两端设置有制动机构，所述制动机构包括设置在所述基座上的液压机构和通过所述液压机构驱动的圆弧形摩擦片，所述摩擦片与所述气涨轴相适配。
作为本发明的进一步改进，所述张紧机构包括水平并列设置的第一张紧辊和第二张紧辊。
作为本发明的进一步改进，所述刮板的上设置有吹扫机构。
作为本发明的进一步改进，所述基座外周设置有机壳。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明能够将石墨烯纳米材料涂覆到铝箔基材上形成石墨烯涂层铝箔，所得产品涂层均匀，与铝箔基材接触紧密，性能稳定。整个涂覆过程连续性强，加工效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明铝箔卷安装结构示意图。
其中：1基座、2铝箔卷、3-1第一张紧辊、3-2第二张紧辊、3-3耳板、3-4安装座、3-5立板、4铝箔基板、5第一传动辊、6刮板、7电磁铁、8静电吸附装置、9储料箱、10上刮刀、11增压泵、12喷头、13第二传动辊、14电加热装置、15涂布辊、16下刮刀、17回料增压泵、18上料增压泵、19配料釜、20存储装置、21机壳、22气涨轴、23支撑架、24摩擦片、25液压机构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。
如图1所示的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其包括基座1，设置在基座1上的铝箔卷2、张紧机构、传动机构、除尘机构、涂布机构、喷涂机构和存储装置20，所述铝箔卷2的铝箔基板4的自由端依次经过张紧机构、传动机构进入存储装置20中，并由设置在存储装置中的驱动机构驱动铝箔基板4匀速移动；在铝箔基板4匀速运动的过程中，除尘机构、涂布机构、喷涂机构分别作用，先进行除尘，然后涂布，最后再进行补充喷涂。
所述传动机构包括水平设置的第一传动辊5和第二传动辊13，第一传动辊5和第二传动辊13之间的铝箔基板4呈水平展开状态，所述除尘机构、涂布机构和喷涂机构沿铝箔基板4的行走方向依次设置在该段铝箔基板4的正上方，该段铝箔基板4的下方设置有电加热装置14，所述电加热装置14与所述涂布机构和喷涂机构垂直对应。
所述除尘机构包括刮板6、电磁铁7和静电吸附装置8，所述刮板6的上设置有吹扫机构，能够对铝箔基板4上的杂质进行初步清理。所述电磁铁7能够对铝箔基板4上的铁屑快速吸附清除，清除效果好。静电吸附装置8进一步对铝箔基板4上的细小杂物（如限位和毛发等）进行吸附清理，使铝箔基板4表面保证清洁干净，避免杂物影响涂覆效果。
所述涂布机构包括储料箱9和涂布辊15，所述储料箱9设置有横向的出料口，所述涂布辊15设置在所述出料口出并且与所述出料口密封配合，所述储料箱9出料口上下两侧分别设置上刮刀10和下刮刀16，所述上刮刀10和下刮刀16与所述涂布辊15接触，所述涂布辊15与所述铝箔基板4接触。所述涂布辊15的转动方向与所述铝箔基板4的行走方向一致。涂布辊15转动过程中从储料箱9取出纳米石墨烯浆料，然后通过上刮刀10使其取上的浆料均匀分布在涂布辊15表面并且保持一定的物料厚度，然后与铝箔基板4接触形成涂覆，随后涂布辊15上的残留物料在下刮刀16的作用下进一步分布均匀，然后进入到储料箱9中再次取料。其中上、下刮刀同时能除掉杂质。
所述涂布辊15采用螺旋线型微凹辊，具有连续的螺旋线型结构的凹版辊具有最高的取出百分数，比率调整空间较大且稳定，所述微凹辊目数为180目，本发明所述的装置对铝箔的单层涂布厚度为300nm，单层涂布密度为0.5g/m2，涂布速度为30-50m/min。
所述储料箱9的进料口通过进料管与配料釜19连接，所述储料箱9的回料口通过回料管与配料釜19连接，所述进料管上设置有上料增压泵18，所述回料管上设置有回料增压泵17，石墨烯浆料在配料釜19、进料管、储料箱9和回料管所形成的回路中不断循环。使用过程中，浆料在配料釜19中不断的搅拌，避免浆料出现沉淀，保证浆料均匀，浆料在储料箱9中通过循环管路和配料釜19中的物料不断循环，保证储料箱9中物料的均匀和稳定。所述储料箱9与负压发生装置连接，使储料箱9中具备一定的负压，即压力小于一个标准大气压。具体的，其压力控制在0.09-0.1MPa之间。负压能够防止储料箱9中物料外泄，并且能够避免涂布辊15上物料不均的问题。
所述喷涂装置包括出料管和设置在所述出料管末端的喷头12，所述喷头12采用超声波精密喷涂喷头，所述出料管上设置有增压泵11。
如图2所示，所述铝箔卷2固定在气涨轴22上，所述气涨轴22的两端通过支撑架23固定安装在所述基座1上，所述气涨轴22两端与所述支撑架23转动配合。所述气涨轴22与气泵连接。所述支撑架23上设置有轴承座，气涨轴22通过轴承座与支撑架连接。所述气涨轴22的两端设置有制动机构，所述制动机构包括设置在所述基座1上的液压机构25和通过所述液压机构25驱动的圆弧形摩擦片24，所述摩擦片24与所述气涨轴22相适配。液压机构25的顶杆顶端固定摩擦片24，液压机构25顶起摩擦片24使其与气涨轴22接触，限制气涨轴22的自由转动。自动装置能够限制铝箔卷2的自由转动，使其转动形成阻力，从而使铝箔基板4进一步张紧。
所述张紧机构包括水平并列设置的第一张紧辊3-1和第二张紧辊3-2，所述第一张紧辊3-1和第二张紧辊3-2通过耳板3-3固定，耳板3-3固定设置在安装座3-4上，所述安装座3-4通过立板3-5固定在基座1上。所述安装座3-4上并列设置有多组耳板3-3，通过多组所述耳板3-3能够设置更多的张紧辊。所述铝箔卷2上的铝箔基板4从第一张紧辊3-1的上方绕过，然后从第二张紧辊3-2的下方绕过，然后经过第一传动辊5和第二传动辊13。
所述基座1外周设置有机壳21，所述设置在基座1上的铝箔卷2、张紧机构、传动机构、除尘机构、涂布机构、喷涂机构和存储装置20均设置在机壳21内部，机壳21起到防尘保护作用。
所述配料釜19中设置有搅拌桨，所述搅拌桨为组合式搅拌桨，其桨杆底部为锚式搅拌，其中部设置有“王”字型桨叶。上述组合式搅拌桨对于纳米石墨烯浆料具有更好的搅拌效果。
设置在所述存储装置中的驱动机构为电机驱动的卷料辊，所述卷料辊上设置有夹持铝箔基板4的夹持机构。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：其包括基座（1），设置在基座（1）上的铝箔卷（2）、张紧机构、传动机构、除尘机构、涂布机构、喷涂机构和存储装置（20），所述铝箔卷（2）的铝箔基板（4）的自由端依次经过张紧机构、传动机构进入存储装置（20）中，并由设置在存储装置中的驱动机构驱动铝箔基板（4）匀速移动；
所述传动机构包括水平设置的第一传动辊（5）和第二传动辊（13），第一传动辊（5）和第二传动辊（13）之间的铝箔基板（4）呈水平展开状态，所述除尘机构、涂布机构和喷涂机构沿铝箔基板（4）的行走方向依次设置在该段铝箔基板（4）的正上方，该段铝箔基板（4）的下方设置有电加热装置（14），所述电加热装置（14）与所述涂布机构和喷涂机构垂直对应；
所述除尘机构包括刮板（6）、电磁铁（7）和静电吸附装置（8）。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述涂布机构包括储料箱（9）和涂布辊（15），所述储料箱（9）设置有横向的出料口，所述涂布辊（15）设置在所述出料口出并且与所述出料口密封配合，所述储料箱（9）出料口上下两侧分别设置上刮刀（10）和下刮刀（16），所述上刮刀（10）和下刮刀（16）与所述涂布辊（15）接触，所述涂布辊（15）与所述铝箔基板（4）接触。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述涂布辊（15）采用螺旋线型微凹辊。
4.根据权利要求2所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述储料箱（9）的进料口通过进料管与配料釜（19）连接，所述储料箱（9）的回料口通过回料管与配料釜（19）连接，所述进料管上设置有上料增压泵（18），所述回料管上设置有回料增压泵（17），石墨烯浆料在配料釜（19）、进料管、储料箱（9）和回料管所形成的回路中不断循环。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述喷涂装置包括出料管和设置在所述出料管末端的喷头（12），所述喷头（12）采用超声波精密喷涂喷头，所述出料管上设置有增压泵（11）。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述铝箔卷（2）固定在气涨轴（22）上，所述气涨轴（22）的两端通过支撑架（23）固定安装在所述基座（1）上，所述气涨轴（22）两端与所述支撑架（23）转动配合。
7.根据权利要求6所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述所述气涨轴（22的两端设置有制动机构，所述制动机构包括设置在所述基座（1上的液压机构（25和通过所述液压机构（25）驱动的圆弧形摩擦片（24），所述摩擦片（24）与所述气涨轴（22）相适配。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述张紧机构包括水平并列设置的第一张紧辊（3-1）和第二张紧辊（3-2）。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述刮板（6）的上设置有吹扫机构。
10.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布装置，其特征在于：所述基座（1）外周设置有机壳（21）。
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