CN104993156B - 空气电极多层次涂布制程及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气电极多层次涂布制程，其包括搅拌浆料、涂布浆料、加热烘烤浆料、碾压浆料等步骤，可以直接由浆料涂布制成多层次复合的空气电极，省去了现有技术中制作片材或卷材的阶段，从而节省了生产程序及时间；而且，浆料涂布成型在设定尺寸范围内，成型后仅需简单的裁切修边，可以将材料损耗降到最低，不会因压胚模具或滚轴宽度等尺寸限制而造成浪费。另外，本发明公开了一种空气电极多层次涂布设备。

Description

空气电极多层次涂布制程及其设备

技术领域

本发明涉及空气电极生产技术领域，尤其涉及一种空气电极多层次涂布制程及其设备。

背景技术

空气电极(阴极片)使用于金属空气电池，其可以让外界空气中的氧气进入到反应容器中与金属阳极(锌、铝、镁等活性金属)产生电化学反应，而后产生电能。空气电极通常为多层复合膜，其主要包含催化层、集电网及防水透气层。

其中，催化层一般以乙炔黑、活性碳等碳基粉剂为主要原料，聚四氟乙烯为黏结剂，同时加入催化剂后将多种原料混合、反复搅拌、碾压、脱浆烘干而成型为薄片状的片材。集电网可使用泡沫镍、镍网、铜网、不锈钢网等材质。防水透气层原料与催化层大致相同，同样以乙炔黑、活性碳等碳基粉剂为主要原料，聚四氟乙烯为黏结剂，少去催化剂，同样地经过混合、反复搅拌、碾压而成型为薄片状的片材。

如图1所示，传统的空气电极制程是将各片材101单独成型后，再将各片材101放置到固定模具102中压胚成型，成为多层次复合的空气电极，这样的制程成本高、产量低、工时长。

如图2所示，一些厂家在传统制程的基础上发展出新的空气电极制程，是将各层材料预先做成滚动条(即卷材)201，在压合阶段直接卷拉贴合，再经由加热加压的滚筒202使各层材料间紧密贴合，这样的制程提高了后段加工的生产效率，但是前段制程中粉剂浆料到滚动条201的阶段还是与传统制程相同，并且受限于滚动条的宽度限制，空气电极的可裁切的使用尺寸也受到限制，容易产生边角料的耗损。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种可节省生产程序及时间的空气电极多层次涂布制程及其设备。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种空气电极多层次涂布制程，包括以下步骤：

搅拌浆料，对各种原料制成的浆料进行搅拌，得到可以涂布的浆料；

涂布浆料，将所述可以涂布的浆料均匀涂布在载体的设定尺寸范围内；

加热烘烤浆料，对所述载体上涂布的浆料进行加热烘烤；

碾压浆料，对所述载体上涂布的浆料进行碾压。

其中，在所述涂布浆料步骤过程中，可同时进行所述加热烘烤浆料步骤。

其中，在所述涂布浆料步骤过程中，可同时进行所述碾压浆料步骤。

其中，所述搅拌浆料步骤包括：初搅拌，对各种原料制成的浆料进行搅拌；细搅拌，对经过初搅拌的浆料再进行搅拌，以更细化浆料材质。

其中，在进行所述细搅拌步骤过程中，同时对浆料进行加热。

相应地，本发明还提供一种空气电极多层次涂布设备，包括：前段搅拌桶，后段搅拌桶，数控式涂布机；

所述前段搅拌桶设置有加料口，所述前段搅拌桶的出料口与所述后段搅拌桶的进料口之间通过连接管道连通；

所述数控式涂布机包括：可三维轴向运动的浆料喷头，用于承载涂布浆料且加热的加热基座，用于碾压涂布浆料的碾压滚筒；所述后段搅拌桶的出料口通过供料管与所述浆料喷头的进料口连通，所述加热基座位于所述浆料喷头的下方，所述碾压滚筒可滚动地安装在所述加热基座上。

其中，所述前段搅拌桶设置有粉剂加料口、黏结剂加料口，所述前段搅拌桶与后段搅拌桶之间的连接管道设置有催化剂加料桶，该催化剂加料桶的出口内设置有阀门。

其中，所述前段搅拌桶与后段搅拌桶之间的连接管道内设置有控制阀。

其中，所述后段搅拌桶的出料口设置有调节阀。

本发明有益效果在于：本发明的空气电极多层次涂布制程及其设备，直接由浆料涂布制成多层次复合的空气电极，省去了现有技术中制作片材或卷材的阶段，从而节省了生产程序及时间；而且，浆料涂布成型在设定尺寸范围内，成型后仅需简单的裁切修边，可以将材料损耗降到最低，不会因压胚模具或滚轴宽度等尺寸限制而造成浪费。

附图说明

图1为现有技术的一种空气电极制程的结构示意图。

图2为现有技术的另一种空气电极制程的结构示意图。

图3为本发明空气电极多层次涂布设备的结构示意图。

图4为本发明空气电极多层次涂布设备的立体图。

在图3和图4中包括：

1——前段搅拌桶，11——粉剂加料口，12——黏结剂加料口，2——后段搅拌桶，3——数控式涂布机，31——浆料喷头，32——加热基座，33——碾压滚筒，4——连接管道，5——供料管，6——催化剂加料桶，7——调节阀。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的空气电极多层次涂布制程，包括以下步骤：

搅拌浆料，对各种原料制成的浆料进行搅拌，得到可以涂布的浆料；

涂布浆料，将可以涂布的浆料均匀涂布在载体的设定尺寸范围内；

加热烘烤浆料，对载体上涂布的浆料进行加热烘烤；

碾压浆料，对载体上涂布的浆料进行碾压。

其中，在涂布浆料步骤过程中，可同时进行加热烘烤浆料步骤。

其中，在涂布浆料步骤过程中，可同时进行碾压浆料步骤。

其中，搅拌浆料步骤包括：初搅拌，对各种原料制成的浆料进行搅拌；细搅拌，对经过初搅拌的浆料再进行搅拌，以更细化浆料材质。

其中，在进行细搅拌步骤过程中，可同时对浆料进行加热。

由于空气电极的催化层及防水透气层主要材质皆是乙炔黑、活性碳等碳基粉剂以及作为黏结剂的聚四氟乙烯，通常两者分别以40％与60％的比例混拌成浆料；使浆料能够透气需使用造孔剂，造孔剂使用乙醇或丙酮，与浆料充分均匀混合，在烘干过程后乙醇或丙酮挥发而产生具防水性的细微孔径；而催化层与防水透气层的差异在于：防水透气层无需添加催化剂，催化层须添加催化剂且搅拌后需要有烘烤的程序。因此，本发明的空气电极多层次涂布制程，可依照上述催化层、集电网、防水透气层之间的制程与材料差异，设计适当的搅拌桶的原料添加的位置及加热位置，即可制成需要的浆料，再直接用浆料多层式涂布而成为多层次复合的空气电极。

譬如，防水透气层的制作过程：将碳基粉剂、黏结剂、分散剂等原料混合搅拌而制成浆料，该浆料经过凝聚而得到可以涂布的浆料，然后对得到的浆料进行涂布，并且在涂布过程中进行适当的加热烘烤和碾压，即制成防水透气层。

譬如，催化层的制作过程：将碳基粉剂、黏结剂、分散剂等原料混合搅拌而制成浆料，再在该浆料中添加催化剂，然后对添加催化剂的浆料再搅拌，搅拌后的浆料经过烘烤，烘烤后的浆料经过凝聚而得到可以涂布的浆料，然后对得到的浆料进行涂布，并且在涂布过程中进行适当的加热烘烤和碾压，即制成催化层。

当然，防水透气层、集电网、催化层等可以逐层叠加涂布(例如：防水透气层制成后，再在防水透气层上涂布集电网)，并且在涂布过程中进行适当的加热烘烤和碾压，即可制成多层次复合的空气电极。

相应地，本发明还提供一种空气电极多层次涂布设备，如图3和图4所示，包括：前段搅拌桶1，后段搅拌桶2，数控式涂布机3。前段搅拌桶1设置有加料口，前段搅拌桶1的出料口与后段搅拌桶2的进料口之间通过连接管道4连通。数控式涂布机3包括：可三维轴向运动的浆料喷头31，用于承载涂布浆料且加热的加热基座32，用于碾压涂布浆料的碾压滚筒33。后段搅拌桶2的出料口通过供料管5与浆料喷头31的进料口连通，加热基座32位于浆料喷头31的下方，碾压滚筒33可滚动地安装在加热基座32上。

浆料喷头31可均匀将浆料微量挤出而均匀涂布在加热基座32上，且浆料喷头31具有数控移动功能，可三维水平垂直移动，以进行设定范围内的浆料涂布。加热基座32是承载涂布浆料的工作平台(即载体)，且加热基座32的底部具有加热单元，可以在浆料涂布过程中加热烘烤。加热基座32亦配置有供碾压滚筒33滚动的轨道，可以在涂布及加热过程中，由碾压滚筒33适当地予以加压，使浆料材质紧密并加速硬化。

其中，前段搅拌桶1设置有粉剂加料口11、黏结剂加料口12，前段搅拌桶1与后段搅拌桶2之间的连接管道4设置有催化剂加料桶6，可在催化层的浆料通过时添加催化剂，该催化剂加料桶6的出口内设置有阀门，以精准控制催化剂的加料。前段搅拌桶1与后段搅拌桶2之间的连接管道4内设置有控制阀，以关闭或开启前段搅拌桶1的浆料的供应。后段搅拌桶2的出料口设置有调节阀7，用于数控式涂布机3的供料控制。

搅拌桶分成前段搅拌桶1(即初搅拌区)与后段搅拌桶2(即细搅拌区)，具备混料、搅拌、超声震动、加热等功能，可数值参数控制，包含不同材料的比例、添加时间点、搅拌时间、温度及给料的速度等，方便将空气电极的成型各种环节的因素控制到优化，并且也减少人为控制的误差，让生产更为有效率，符合大量生产的需求。

前段搅拌桶1可添加碳基粉剂及聚四氟乙烯黏结剂，造孔剂及其他的化合添加剂亦可同区段添加，配合可数控的加料桶可精准控制添加比例。

后段搅拌桶2具有搅拌及浆料推进的功能，其可更细化浆料材质，并增加了加热功能，加热单元可安装于桶身外径，使搅拌过程中亦可均匀受热。当然，仅有在使用作为催化层的浆料通过时，后段搅拌桶2才会启动加热功能，若仅是单纯的防水透气层浆料通过时，则后段搅拌桶2不加热。

其中，加热基座32的加热烘烤功能和碾压滚筒33的加压功能皆可经由数控功能设定启动的时间、温度及压力等。针对集电网的金属材质也可以经由浆料喷头来加工，依所设定之范围进行涂布加工，若需使用此功能时，需更换专用于金属材质的浆料喷头或采用双喷头的系统来进行制作加工。

综上所述，与现有技术相比，本发明的优势如下：

1.制程应用新的涂布技术，并配合新型式的搅拌桶，可将粉剂等混合后制成浆料再直接涂布，运用数控功能可以直接将多层次复合的空气电极成型，从而省去现有技术中制作片材或卷材的阶段，大大地简化了制程；

2.搅拌桶采用数控给料设计，可调配浆料的混合比例，亦可控制其搅拌的时间及加热的温度，另有精度较高的催化剂添加控制，当涂布到不同层次时，可作添加配方材料的调整；

3.数控式的搅拌桶可取代现有技术中的搅拌机、滚压机、震荡机及烤箱等，简化生产所需的设备；

4.数控式涂布机具有三维轴向运动的浆料喷头，基座具加热及滚筒加压的功能，可以在涂布过程中加热烘烤，加压滚筒可以在涂布到一定厚度时适度地加压以增加材质密度及紧配度；

5.数控式涂布机可以弹性的设置空气电极成型的尺寸，成型后仅需简单的裁切修边，可以将材料损耗降到最低，不会因压胚模具或滚轴宽度等尺寸限制而造成浪费。

本发明可运用于金属空气电池的空气电极制作，金属空气电池包含锌空气、铝空气、镁空气、锂空气、硼化钒空气电池等。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均属本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种空气电极多层次涂布制程，用于制成包括防水透气层、集电网、催化层的逐层复合式空气电极，其特征在于，包括以下步骤：

(1)搅拌浆料，对各种原料制成的浆料进行搅拌，得到可以涂布的浆料，所述搅拌浆料步骤包括：初搅拌，对各种原料制成的浆料进行搅拌；细搅拌，对经过初搅拌的浆料再进行搅拌，以更细化浆料材质；

(2)涂布浆料，将所述可以涂布的浆料均匀涂布在载体的设定尺寸范围内；

(3)加热烘烤浆料，对所述载体上涂布的浆料进行加热烘烤；

(4)碾压浆料，对所述载体上涂布的浆料进行碾压；

首次执行步骤(1)-(4)以在所述载体之上获得所述防水透气层，其中：在所述首次执行步骤(1)中，将碳基粉剂、黏结剂、分散剂混合搅拌而制成浆料，所述浆料经过凝聚得到进行涂布的所述防水透气层的浆料，在所述首次执行步骤(2)中，对得到的所述防水透气层的浆料进行涂布浆料，在所述首次执行步骤(3)-(4)中，在涂布过程中进行加热烘烤和碾压，以制成所述防水透气层；

在获得所述防水透气层后，在所述防水透气层之上涂布所述集电网；

再次执行步骤(1)-(4)以在所述集电网之上获得所述催化层，其中：在所述再次执行步骤(1)中，将碳基粉剂、黏结剂、分散剂混合搅拌而制成浆料，再在所述浆料中添加催化剂，然后对添加催化剂的浆料再搅拌，搅拌后的浆料经过烘烤，烘烤后的浆料经过凝聚而得到进行涂布的所述催化层的浆料，在所述再次执行步骤(2)中，对得到的所述催化层的浆料进行涂布，在所述再次执行步骤(3)-(4)中，在涂布过程中进行加热烘烤和碾压，以制成催化层。

2.根据权利要求1所述的空气电极多层次涂布制程，其特征在于：在进行所述细搅拌步骤过程中，同时对浆料进行加热。

3.一种用于如权利要求1或2所述的涂布制程的空气电极多层次涂布设备，其特征在于，包括：用于执行所述初搅拌的前段搅拌桶，用于执行所述细搅拌的后段搅拌桶，数控式涂布机；

所述前段搅拌桶设置有加料口，所述前段搅拌桶的出料口与所述后段搅拌桶的进料口之间通过连接管道连通；

所述数控式涂布机包括：可三维轴向运动的浆料喷头，用于承载涂布浆料且加热的加热基座，用于碾压涂布浆料的碾压滚筒；所述后段搅拌桶的出料口通过供料管与所述浆料喷头的进料口连通，所述加热基座位于所述浆料喷头的下方，所述碾压滚筒可滚动地安装在所述加热基座上。

4.根据权利要求3所述的空气电极多层次涂布设备，其特征在于：所述前段搅拌桶设置有粉剂加料口、黏结剂加料口，所述前段搅拌桶与后段搅拌桶之间的连接管道设置有催化剂加料桶，该催化剂加料桶的出口内设置有阀门。

5.根据权利要求3所述的空气电极多层次涂布设备，其特征在于：所述前段搅拌桶与后段搅拌桶之间的连接管道内设置有控制阀。

6.根据权利要求3所述的空气电极多层次涂布设备，其特征在于：所述后段搅拌桶的出料口设置有调节阀。