CN105944920B - 一种石墨烯涂层铝箔涂布机 - Google Patents

一种石墨烯涂层铝箔涂布机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其包括基座，设置在基座上的铝箔卷、前张紧机构、除尘机构、传动机构、振动机构、涂布机构、加热机构、喷涂机构、干燥机构、后张紧机构和存储装置，所述除尘机构、传动机构、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振动机构和加热机构，所述振动机构与所述涂布机构和喷涂机构垂直对应，所述加热机构和所述喷涂机构垂直对应,本发明所得产品涂层均匀，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。

Description

一种石墨烯涂层铝箔涂布机
技术领域
本发明涉及一种石墨烯涂层铝箔涂布机。
背景技术
目前，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。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烯涂层铝箔。
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机，其包括基座，设置在基座上的铝箔卷、前张紧机构、除尘机构、传动机构、振动机构、涂布机构、加热机构、喷涂机构、干燥机构、后张紧机构和存储装置，所述除尘机构、传动机构、振动机构、涂布机构、喷涂机构和干燥机构设置于所述前张紧机构和后张紧机构之间，所述铝箔卷的铝箔基板的自由端依次经过前张紧机构、传动机构和后张紧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；
所述前张紧机构包括竖直设置第一前压辊和第二前压辊，所述后张紧机构包括竖直设置的第一后压辊和第二后压辊，所述第一前压辊和所述第二前压辊之间以及第一后压辊和第二后压辊之间的铝箔基板呈展开张紧状态，所述除尘机构、传动机构、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振动机构和加热机构，所述振动机构与所述涂布机构和喷涂机构垂直对应，所述加热机构和所述喷涂机构垂直对应。
作为本发明进一步的改进，所述除尘机构包括刮板、扫辊和吸尘装置。
作为本发明进一步的改进，所述振动机构包括底座、位于所述底座上的减震垫、位于所述减震垫上的振动发生器，安装于所述振动发生器上的支架以及安装于支架顶部的两个振动辊，所述振动辊与所述支架形成转动配合，所述振动辊与所述铝箔基板底面相抵触。
作为本发明的进一步改进，加热机构设置于两个所述振动辊之间。
作为本发明的进一步改进，所述涂布机构包括布料盒和涂布辊)，所述布料盒的底部开设有横截面为弧形的出料口，所述涂布辊活动嵌置于所述出料口处，所述涂布辊为含铁材质辊，所述布料盒两侧分别设置有与所述涂布辊长度相对应的永磁块。
作为本发明的进一步改进，所述涂布辊外周包裹有尼龙套。
作为本发明的进一步改进，所述尼龙套的外表面设有微凹槽。
作为本发明的进一步改进，所述转动机构为传动辊，设置于所述除尘机构和所述振动机构之间。
作为本发明的进一步改进，所述干燥机构为红外灯箱。
作为本发明的进一步改进，加热机构为热吹风装置。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1.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
2.本发明在喷涂的时候配合振动，有利于石墨烯在铝箔基板上的流动，使布料均匀，保证了铝箔基板石墨烯涂层的质量质量可靠性。
3.本发明的涂布机构，通过磁力控制，能够稳定的控制涂布辊的转动速度以及石墨烯的流出速度，使出料均匀可控。
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是本发明涂布机构结构示意图。
其中：1基座、2铝箔卷、301第一前压辊、302第二前压辊、401第一后压辊、402第二后压辊、501刮板、502扫辊、503吸尘装置、601底座、602减震垫、603振动发生器、604支架、605振动辊、7加热机构、8涂布机构、9喷涂机构、10干燥机构、11存储装置、12传动机构、13混料箱、100铝箔基板。
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机，其包括基座1，设置在基座1上的铝箔卷2、前张紧机构、除尘机构、传动机构12、振动机构、涂布机构8、加热机构7、喷涂机构9、干燥机构10、后张紧机构和存储装置11，所述除尘机构、传动机构、振动机构、涂布机构、喷涂机构和干燥机构设置于所述前张紧机构和后张紧机构之间，所述铝箔卷的铝箔基板100的自由端依次经过前张紧机构、传动机构和后张紧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；在铝箔基板100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，经干燥后即可得到涂布有石墨烯涂层的铝箔。
所述前张紧机构包括竖直设置第一前压辊301和第二前压辊302，所述后张紧机构包括竖直设置的第一后压辊401和第二后压辊402，所述第一前压辊和所述第二前压辊之间以及第一后压辊和第二后压辊之间的铝箔基板100呈展开张紧状态，所述除尘机构、传动机构12、涂布机构8和喷涂机构9沿铝箔基板的行走方向依次设置在该段铝箔基板100的正上方，该段铝箔基板100的下方设置有振动机构和加热机构7，所述振动机构与所述涂布机构8和喷涂机构9垂直对应，所述加热机构7和所述喷涂机构9垂直对应，振动机构使铝箔基板发生微弱震动，有利于涂布和喷涂的均匀性。
本发明的除尘机构包括刮板501、扫辊502和吸尘装置503，所述刮板的上设置有吹扫机构，能够对铝箔片上的杂质进行初步清理。扫辊可以将粘附在铝箔片上的杂质扫起，经过吸尘装置时，吸走，使铝箔片表面保持清洁和干净，对铝箔片的涂布质量提供有利保障。
本发明的振动机构包括底座601、位于所述底座601上的减震垫602、位于所述减震垫602上的振动发生器603，安装于所述振动发生器603上的支架604以及安装于支架604顶部的两个振动辊605，所述振动辊605与所述支架604形成转动配合，所述振动辊605与所述铝箔基板底面相抵触。振动发生器发生振动，然后将振动传送给支架上的振动辊，进而引起铝箔基板的轻微振动，使得在涂布和喷涂的过程中更加利于石墨烯的均匀布置，提高产品的质量。
如附图2所示的涂布机构8，其包括布料盒801和涂布辊802，所述布料盒801的底部开设有横截面为弧形的出料口803，所述涂布辊801活动嵌置于所述出料口803处，出料口上端面的宽度小于涂布辊801的直径，避涂布时压力过大使涂布辊801进入布料盒内，出料口下端面的宽度小于涂布辊801的直径，避免涂布辊801从出料口803掉出，出料口两侧的弧形侧壁的弧度和涂布辊的外周相适配，可以使涂布辊801在其内部自由转动。所述涂布辊802为含铁材质辊，所述布料盒801两侧分别设置有与所述涂布辊802长度相对应的永磁块804，由于两侧永磁块对涂布辊的磁吸作用，使得涂布辊802与出料口803的间隙适中，避免石墨烯涂料从缝隙流出不均，使出料均匀，保持整个铝箔片上的物料厚度均匀。涂布机构8和喷涂机构9均与混料箱13相连通，混料箱13不停搅拌，确保石墨烯涂料混合均匀。
所述涂布辊802外周包裹有尼龙套805，尼龙套具备较好的粘附性，易于携带涂料，所述尼龙套805的外表面设有微凹槽806，其具有最高的取出百分数，比率调整空间较大且稳定，所述微凹槽为180目，本发明所述的装置对铝箔基板的单层涂布厚度为300nm，单层涂布密度为0.5g/m2，涂布速度为30-50m/min。
加热机构7设置于两个所述振动辊605之间，为热吹风装置，位置对应喷涂机构正下方，对喷涂时对铝箔片的下方进行喷涂加热，可以使涂布有石墨烯的铝箔片受热，进一步提高均匀度和粘度性。
所述转动机构12为传动辊，设置于所述除尘机构和所述振动机构之间，起到的作用有如下两方面：其一隔离振动机构和除尘机构之间的振动，其二起到变换方向的作用。
干燥机构10为红外灯箱，可以通过烘烤实现石墨烯涂层的干燥，有效提高了干燥效率，并减少对铝箔片表面石墨烯涂层的破坏。
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 (9)

1.一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，其包括基座(1)，设置在基座(1)上的铝箔卷(2)、前张紧机构、除尘机构、传动机构(12)、振动机构、涂布机构(8)、加热机构(7)、喷涂机构(9)、干燥机构(10)、后张紧机构和存储装置(11)，所述除尘机构、传动机构、振动机构、涂布机构、喷涂机构和干燥机构设置于所述前张紧机构和后张紧机构之间，所述铝箔卷的铝箔基板(100)的自由端依次经过前张紧机构、传动机构和后张紧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；
所述前张紧机构包括竖直设置第一前压辊(301)和第二前压辊(302)，所述后张紧机构包括竖直设置的第一后压辊(401)和第二后压辊(402)，所述第一前压辊和所述第二前压辊之间以及第一后压辊和第二后压辊之间的铝箔基板(100)呈展开张紧状态，所述除尘机构、传动机构(12)、涂布机构(8)和喷涂机构(9)沿铝箔基板的行走方向依次设置在铝箔基板(100)的正上方，铝箔基板(100)的下方设置有振动机构和加热机构(7)，所述振动机构与所述涂布机构(8)和喷涂机构(9)垂直对应，所述加热机构(7)和所述喷涂机构(9)垂直对应；
所述振动机构包括底座(601)、位于所述底座(601)上的减震垫(602)、位于所述减震垫(602)上的振动发生器(603)，安装于所述振动发生器(603)上的支架(604)以及安装于支架(604)顶部的两个振动辊(605)，所述振动辊(605)与所述支架(604)形成转动配合，所述振动辊(605)与所述铝箔基板底面相抵触。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，所述除尘机构包括刮板(501)、扫辊(502)和吸尘装置(503)。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，加热机构(7)设置于两个所述振动辊(605)之间。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，所述涂布机构(8)包括布料盒(801)和涂布辊(802)，所述布料盒(801)的底部开设有横截面为弧形的出料口(803)，所述涂布辊(802)活动嵌置于所述出料口(803)处，所述涂布辊(802)为含铁材质辊，所述布料盒(801)两侧分别设置有与所述涂布辊(802)长度相对应的永磁块(804)。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，所述涂布辊(802)外周包裹有尼龙套(805)。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，所述尼龙套(805)的外表面设有微凹槽(806)。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，所述传动机构(12)为传动辊，设置于所述除尘机构和所述振动机构之间。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，所述干燥机构(10)为红外灯箱。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯涂层铝箔涂布机，其特征在于，加热机构(7)为热吹风装置。
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