CN102921604B - 柔性刮刀及其微凹涂布头 - Google Patents

Abstract

一种柔性刮刀及其微凹涂布头，其中微凹涂布头包括微凹陶瓷网纹辊、用于盛载陶瓷浆料的料仓及移送隔膜的送料机构，所述料仓位于所述微凹陶瓷网纹辊的一侧，在所述料仓的开口的至少一个侧面上设有与所述微凹陶瓷网纹辊的陶瓷面紧密接触的第一刮刀，所述送料机构的第一展平辊和第二展平辊将隔膜张紧，并与所述微凹陶瓷网纹辊的远离料仓的一侧接触，所述第一刮刀的至少与微凹陶瓷网纹辊相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致的有机材料刮刀。本发明具有微凹陶瓷网纹辊使用寿命长，且不存在金属粉沫引起电池内部正、负极直接短路问题的优点。

Description

柔性刮刀及其微凹涂布头

技术领域    

     本发明涉及到锂电池中所使用的微孔薄膜涂布技术，尤其是在微孔薄膜上陶瓷浆料的柔性刮刀及其微凹涂布头。

背景技术    

  随着科学技术的不断进步，大量的便携式电动工具、移动电话、笔记本电脑、摄录机走入千家万户；电动小车和电动公交车，这些新能源汽车，因为其具有绿色环保的功能，也正在被快速推广。目前，前述这些产品的动力来源，主要依靠锂电池或锂铁电池来实现的。因此，锂电池或锂铁电池的性能好坏直接决定了对依靠锂电池作为电源的产品的性能，锂电池或锂铁电池不仅需用容量高，而且更需要安全可靠，尤其是在使用中不能产生电池爆炸的问题。

为了防止锂电池或锂铁由于自我放电而影响电池的使用寿命，以及两极短路而产生电池爆炸等问题，现在的锂电池或锂铁电池在制作时，均在电池的正、负之间设有一层隔膜，隔膜的主要作用是在隔开正、负极的同时，还能让电解溶自由通过隔膜，而不影响电池的性能。隔膜的品种很多，如织造膜，非织造膜（无纺布），聚烯烃微孔膜，复合膜，隔膜纸，碾压膜等等，由于聚烯烃微孔膜具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的特点，因此，聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）等聚烯烃微孔膜是锂电池的主要隔膜材料。

在小容量锂电池或锂铁电池中，采用单层、双层及三层的聚烯烃隔膜，其安全性已不成问题。但是，在大容量，尤其是用于电动小车和电动公交车的的动力电池，即使是采用双层或三层，甚至更多层聚烯烃隔膜，其安全性还是不能完人保证，这是因为聚烯烃隔膜具有热收缩的性能，大容量锂电池在大量放电时所产生的热量，会使聚烯烃隔膜向电池内收缩，在局部使电池的正、负极直接短路，加速锂电池或锂铁电池的放电放热，从而存在锂电池或锂铁电池的爆炸的隐患。此外，在单位体积内为了尽可能的提高电池的容量，也不允许采用多层的隔膜。

近年，在国外人们发明了一种陶瓷隔膜，它是在8-12μ的聚烯烃隔膜的一侧涂布一层1-2μ的陶瓷材料层，陶瓷材料层的主要成份是三氧化二铝（AL₂O₃），陶瓷浆料中包含有作为塑性剂的橡胶或高分子塑料成份等。以陶瓷材料层作为聚烯烃隔膜的骨架，防止聚烯烃隔膜在受热时收缩而造成电池的正、负极直接短路，造成电池爆炸。

用于在聚烯烃隔膜上涂布陶瓷材料层的设备，主要采用的是微凹版涂布设备，这种设备目前主要靠从日本或德国进口，其整机价格十分昂贵；从我国部分进口厂家使用这种设备的情况来看，其使用成本也十分的昂贵。这是因为微凹版涂布设备的核心部件是微凹涂布头，这种微凹涂布头包括微凹陶瓷网纹辊、料仓及送料机构，所述料仓位于所述微凹陶瓷网纹辊的水平径向的一侧，在所述料仓的开口的上、下侧面上各设有一个与所述微凹陶瓷网纹辊紧密接触的金属刮刀，其中上金属刮刀用于控制陶瓷浆料的涂布厚度，下金属刮刀用于防止陶瓷浆料从料仓里面漏露出来；所述送料机构上展平辊和下展平辊将聚烯烃隔膜轻轻地与所述微凹陶瓷网纹辊的远离料仓的一侧接触，接收涂布浆料后向前移动聚烯烃隔膜；另外一种结构的卧式料仓微凹涂布头，包括微凹陶瓷网纹辊、料仓及送料机构，所述料仓位于所述微凹陶瓷网纹辊的垂直径向的下方，在所述料仓的开口至少一个侧面上设有一个与所述微凹陶瓷网纹辊紧密接触的金属刮刀，浆料在与所述微凹陶瓷网纹辊紧密接触的金属刮刀匀布和厚度控制后，所述微凹陶瓷网纹辊将浆料涂布到由送料机构控制的向前移动聚烯烃隔膜的一侧。上述结构的微凹涂布头，由于采用金属刮刀与微凹陶瓷网纹辊表面紧密接触来控制浆料的均匀度和厚度，很容易将微凹陶瓷网纹辊表面的陶瓷层磨平或刮伤，使制作出来的陶瓷隔膜成为废品；经检测和试验，发现目前的微凹陶瓷网纹辊的陶瓷表面硬度为洛式HRC90左右，而金属刮刀的硬度为洛氏HRC60左右，两者紧密接触，如果微凹涂布头连续工作72小时左右，微凹陶瓷网纹辊表面的陶瓷层就会基本磨平，不能再使用，必须更换新的微凹陶瓷网纹辊，目前国产的微凹陶瓷网纹辊价格均在1-1.3万元一根之间，而进口的微凹陶瓷网纹辊的价格均在2-2.5之间，如此昂贵的微凹陶瓷网纹辊使得用这种设备制作出来的陶瓷隔膜价格也不菲；经常停机更换微凹陶瓷网纹辊，使得生产不能连续作业，也降低了生产效率；还有一个更重要的问题时，采用金属刮刀，当金属刮刀与微凹陶瓷网纹辊表面磨擦时，金属刮刀也被微凹陶瓷网纹辊表面磨擦，其被磨擦出来的金属粉沫被带入浆料，随着浆料被涂布在了聚烯烃隔膜表面，这样，当金属粉沫正好位于聚烯烃隔膜的网孔中时，这种陶瓷隔膜就会造成电池的正、负极直接短路，存在引起电池爆炸的隐患。

发明内容   

     为了克服上述微凹涂布头的微凹陶瓷网纹辊使用寿命短，微凹陶瓷网纹辊更换频繁，造成陶瓷隔膜生产成本高，以及采用金属刮刀存在造成的电池的正、负极可能直接短路，引起电池爆炸的隐患的问题，本发明向社会提供一种微凹陶瓷网纹辊使用寿命长，且不存在金属粉沫引起电池内部正、负极直接短路问题的柔性刮刀及其微凹涂布头。

本发明的技术方案是：提供一种柔性刮刀，用于微凹涂布头上，所述柔性刮刀的至少与微凹涂布头的微凹陶瓷网纹辊相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致的有机材料刮刀。

本发明还提供一种微凹涂布头，包括微凹陶瓷网纹辊、用于盛载陶瓷浆料的料仓及移送隔膜的送料机构，所述料仓位于所述微凹陶瓷网纹辊的一侧，在所述料仓的开口的至少一个侧面上设有与所述微凹陶瓷网纹辊的陶瓷面紧密接触的第一柔性刮刀，所述送料机构的第一展平辊和第二展平辊将隔膜张紧，并与所述微凹陶瓷网纹辊的远离料仓的一侧接触，所述第一柔性刮刀的至少与微凹陶瓷网纹辊相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致的有机材料刮刀。

作为对本发明的改进，本发明还包括第二柔性刮刀，所述第二柔性刮刀设在所述料仓的开口的与第一柔性刮刀相对的侧面上。

作为对本发明的改进，所述第二柔性刮刀的至少与微凹陶瓷网纹辊相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致的有机材料刮刀。

作为对本发明的改进，所述有机材料刮刀是用经硫化的丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶或丙烯酸酯橡胶制成的硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀。

作为对本发明的改进，所述有机材料刮刀是用聚烯烃制成的硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀。

作为对本发明的改进，所述聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯。

作为对本发明的改进，在所述聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯中设有玻璃纤维网。

作为对本发明的改进，所述第一展平辊和第二展平辊是螺纹展平辊，在螺纹展平辊的表面自中央向两侧对称分布有分别向两侧倾斜的螺纹，当隔膜接触其螺纹面时，与螺纹展平辊面上的螺纹产生摩擦，倾斜的螺纹将基材向螺纹展平辊两端扩展，使隔膜得以展平。

作为对本发明的改进，所述第一展平辊的旋转方向向陶瓷隔膜收卷方向旋转，所述第二展平辊的旋转方向与所述第一展平辊的旋转方向相反，所述第一展平辊的旋转速度大于第二展平辊的旋转速度。

作为对本发明的改进，所述第一展平辊（31）的旋转线速度是陶瓷隔膜（4）的移动线速度的1.5-15倍，所述第二展平辊（32）的旋转线速度是陶瓷隔膜（4）的移动线速度的0.5-15倍。

本发明由于采用了刮刀的至少与微凹陶瓷网纹辊相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致的有机材料刮刀的结构，这样，有机材料刮刀的硬度远远没有金属刮刀硬度强，所以，对微凹陶瓷网纹辊的陶瓷表面的磨擦就不是十分厉害，可以大大提延缓微凹陶瓷网纹辊的使用帮命，经测试，采用金属刮刀的微凹陶瓷网纹辊，在连续工作三个左右就必须更换微凹陶瓷网纹辊；而采用有机材料刮刀的微凹陶瓷网纹辊可以连接工作90天以上，微凹陶瓷网纹辊的使用寿命是原来的30倍以上；第二是由于有机材料刮刀的成份与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致，这样，即使是有机材料刮刀被磨擦所产生的粉沫进入浆料，而被涂布在隔膜上面，也不会造成电池的正负极之间的直接短路，也不会引起电池的爆炸问题。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的平面结构示意图。

图2是本发明的第二种实施例的平面结构示意图。

具体实施方式

 请参见图1，图1所揭示的是一种立式料仓微凹涂布头，包括微凹陶瓷网纹辊1、用于盛载陶瓷浆料的料仓2及移送隔膜4的送料机构3，所述料仓2位于所述微凹陶瓷网纹辊1的水平径向的一侧，在所述料仓2的开口的上、下侧面上各设有一个与所述微凹陶瓷网纹辊紧密接触的刮刀11、12，其中第一柔性刮刀11用于控制陶瓷浆料的涂布厚度，第二柔性刮刀12用于防止陶瓷浆料从料仓2里面漏露出来；所述送料机构3的第一展平辊31和第二展平辊32将隔膜4张紧，并与所述微凹陶瓷网纹辊1的远离料仓2的一侧接触，所述微凹陶瓷网纹辊1的旋转方向与所述隔膜4的行进方向相反，这样涂布效果更好；所述第一柔性刮刀11的至少与微凹陶瓷网纹辊1相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜4的材料成份一致的有机材料刮刀；也就是说，第一柔性刮刀11和第二柔性刮刀也可以用同样的有机材料制作，也可以其上部分为金属材料，而与微凹陶瓷网纹辊1相接触的部分用有机材料制用。

本发明中，所述塑性剂的材料成份一般为合成橡胶或高分子有机化合物，其中聚烯烃使用最广泛，当然也有使用其它高分子聚合物作为塑性剂的材料成份的。

下面以合成橡胶和聚烯烃中的聚乙烯和聚丙烯为例来说明本发明中的第一柔性刮刀11和第二柔性刮刀12制用方法，显然，本发明中的举例只是列举，而不是穷举，用其它未举例的高分子聚合物制作第一柔性刮刀11和第二柔性刮刀12的方法，读者可以根据不同的高分子聚合物的特征，参照本发明中的实施例进行类比。关于这部分内容，本发明中不再赘述。

本发明中，所述有机材料刮刀（即第一柔性刮刀11和第二柔性刮刀12）可以是用合成橡胶制作，具体地合成橡胶可以以丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶或丙烯酸酯橡胶为原料，对前述合成橡胶进行硫化，保持橡胶的高弹性，加强橡胶的强度。同时，在加工过程中加入适当的惰性填料（如氧化锌、重晶石等）和增强填料（如炭黑）等制成硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀。

本发明中，所述有机材料刮刀还可以用聚烯烃制成的硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀。如本发明中具体采用的是聚乙烯或聚丙烯，为了增加其强度，在制作聚乙烯或聚丙烯刮刀时，可以在所述聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯中设有玻璃纤维网，增强其强度。

由于本明采用的有机材料刮刀的一部分或全部是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致的有机材料刮刀的结构，这样，有机材料刮刀的硬度远远低于金属刮刀硬度，所以，对微凹陶瓷网纹辊的陶瓷表面的磨擦就不是十分厉害，可以大大提延缓微凹陶瓷网纹辊的使用帮命，经测试，采用金属刮刀的微凹陶瓷网纹辊，在连续工作三个左右就必须更换微凹陶瓷网纹辊；而采用有机材料刮刀的微凹陶瓷网纹辊可以连接工作90天以上，微凹陶瓷网纹辊的使用寿命是原来的30倍以上；另外，由于有机材料刮刀的成份与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致，这样，即使是有机材料刮刀被磨擦所产生的粉沫进入浆料，而被涂布在隔膜上面，也不会造成电池的正负极之间的直接短路，也不会引起电池的爆炸问题。具体试验结果见下述表一。

本发明中，所述第一展平辊31和第二展平辊32是螺纹展平辊，在螺纹展平辊的表面自中央向两侧对称分布有分别向两侧倾斜的螺纹，当隔膜接触其螺纹面时，与螺纹展平辊面上的螺纹产生摩擦，倾斜的螺纹将基材向螺纹展平辊两端扩展，使隔膜得以展平。所述第一展平辊31的旋转方向向陶瓷隔膜4收卷方向旋转，所述第二展平辊32的旋转方向与所述第一展平辊31的旋转方向相反，所述第一展平辊31的旋转速度大于第二展平辊32的旋转速度。所述第一展平辊31的旋转线速度是陶瓷隔膜4的移动线速度的1.5-15倍，所述第二展平辊32的旋转线速度是陶瓷隔膜4的移动线速度的0.5-15倍。

本发明中，所述第一展平辊31和第二展平辊32可以设计成真空螺纹展平辊（未画图），所述真空螺纹展平辊的具体结构是，将螺纹展平辊设计成空心筒状，在所述螺纹展平辊的表面螺纹槽内从中间到两端设有逐渐变密的与螺纹展平辊的内空吸附孔（吸附孔直径可以0.5-2mm之间选择），空心筒与负压源连接，这样在真空的作用，可以使隔膜两侧漂浮的隔膜吸附在螺纹展平辊，增加隔膜与螺纹展平辊的磨擦力，从而提高螺纹展平辊的展平效果；为了进一步提高螺纹展平辊的展平效果，还可在所述真空螺纹展平辊的下部设有一个仅露出真空螺纹展平辊的与隔膜吸附部分的密封盖，密封盖可以盖住大部分吸附孔，只露出没有被盖住的吸附孔起吸附作用，可以减小真空度。

为了防止隔膜4的裙边（隔膜4的横向两侧边向下的卷边称之为裙边）产生与微凹陶瓷网纹辊1接触不好，而影响裙边的陶瓷浆料的涂布，本发明中，在隔膜4的未涂布陶瓷浆料的一侧下方，正对微凹陶瓷网纹辊1的两端，垂直或向裙边外侧倾斜预定角度（预定角度一般设定为10度至20度之间，最佳角度为15度，图中是向图纸里面或向图纸外面两个方向或任意一个方向斜着吹风）的风嘴5，当发现隔膜4的某一边或两边有裙边时，用压缩空气通过风嘴5将隔膜4的裙边向微凹陶瓷网纹辊1上吹，使隔膜的裙边贴在微凹陶瓷网纹辊1上，提高隔膜的裙边的涂布效果，当然，风嘴5也可以不间断吹风。

请参见图2，图2所示的是本明的第二实施例，它是一种卧式料仓微凹涂布头，与图1所示实施例相比，其大体结构相同，所不同的是本实施例中料仓2是位于微凹陶瓷网纹辊1的下方。显然，本实施例中的第二柔性刮刀12可以省去。

表一     不同成份刮刀与微凹陶瓷网纹辊使用寿命关系表

上表中，统计时，大于等于半天的算一天。从上表可以看出，采用有机材料刮刀，特别是合成橡胶或聚乙烯或聚柄烯所做的各种刮刀，其对微凹陶瓷网纹辊的磨损较长，可以延长微凹陶瓷网纹辊的使用寿命30倍以上。可大大地节省微凹陶瓷网纹辊的耗材费用，及更换微凹陶瓷网纹辊的时间，提高整机的工作效率。

Claims (7)

1. 一种柔性刮刀，用于微凹涂布头上，其特征在于：所述柔性刮刀的至少与微凹涂布头的微凹陶瓷网纹辊相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜的材料成份一致的有机材料刮刀，所述有机材料刮刀是用经硫化的丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶或丙烯酸酯橡胶制成的硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀；或所述有机材料刮刀是用聚烯烃制成的硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀，所述聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯。

2. 一种微凹涂布头，包括微凹陶瓷网纹辊（1）、用于盛载陶瓷浆料的料仓（2）及移送隔膜（4）的送料机构（3），所述料仓（2）位于所述微凹陶瓷网纹辊（1）的一侧，在所述料仓（2）的开口的至少一个侧面上设有与所述微凹陶瓷网纹辊（1）的陶瓷面紧密接触的第一柔性刮刀（11），所述送料机构（3）的第一展平辊（31）和第二展平辊（32）将隔膜（4）张紧，并与所述微凹陶瓷网纹辊（1）的远离料仓（2）的一侧接触，其特征在于：所述第一柔性刮刀（11）的至少与微凹陶瓷网纹辊（1）相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜（4）的材料成份一致的有机材料刮刀，所述有机材料刮刀是用经硫化的丁苯橡胶、三元乙丙橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯基橡胶、氟橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶或丙烯酸酯橡胶制成的硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀；或所述有机材料刮刀是用聚烯烃制成的硬度在邵氏HA40-90的有机材料刮刀，所述聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯。

3. 根据权利要求2所述的微凹涂布头，其特征在于：还包括第二柔性刮刀（12），所述第二柔性刮刀（12）设在所述料仓（2）的开口的与第一柔性刮刀相对的侧面上。

4. 根据权利要求3所述的微凹涂布头，其特征在于：所述第二柔性刮刀（12）的至少与微凹陶瓷网纹辊（1）相接触的部分是与浆料中的塑性剂的材料成份或与隔膜（4）的材料成份一致的有机材料刮刀。

5. 根据权利要求2、3或4所述的微凹涂布头，其特征在于：所述第一展平辊（31）和第二展平辊（32）是螺纹展平辊，在螺纹展平辊的表面自中央向两侧对称分布有分别向两侧倾斜的螺纹，当隔膜接触其螺纹面时，与螺纹展平辊面上的螺纹产生摩擦，倾斜的螺纹将基材向螺纹展平辊两端扩展，使隔膜得以展平。

6. 根据权利要求2、3或4所述的微凹涂布头，其特征在于：所述第一展平辊（31）的旋转方向向陶瓷隔膜（4）收卷方向旋转，所述第二展平辊（32）的旋转方向与所述第一展平辊（31）的旋转方向相反，所述第一展平辊（31）的旋转速度大于第二展平辊（32）的旋转速度。

7. 根据权利要求6所述的微凹涂布头，其特征在于：所述第一展平辊（31）的旋转线速度是陶瓷隔膜（4）的移动线速度的1.5-15倍，所述第二展平辊（32）的旋转线速度是陶瓷隔膜（4）的移动线速度的0.5-15倍。