CN108306043A - 一种往复操作石墨烯电池的生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种往复操作石墨烯电池的生产系统，其特征在于，其包括支架、设于支架上的工作平台以及设于所述工作平台上的操作装置，还包括设于支架一侧的上膜装置，所述上膜装置包括设置支架一侧的用于放置载体铜箔卷的滚筒膜架，以及设置在工作平台一端的送膜辊，还包括设置在所述工作平台另一端的卷膜器。

Description

一种往复操作石墨烯电池的生产系统

技术领域

本发明涉及一种电池的制造设备，尤其涉及一种用于石墨烯电池的生产系统。

背景技术

石墨烯由于其独特的结构和光电性质使其成为碳材料、纳米技术、凝聚态物理和功能材料等领域的研究热点。石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，其理论比表面积高达2630m2/g，可用于效应晶体管、电极材料、复合材料、液晶显示材料、传感器等。

石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有一层碳原子，但实际上10层以内的石墨结构也可称作石墨烯。而10层以上的则被称为石墨薄膜。石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导性。由于原间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生碰撞，石墨烯中的电子受到的干扰也很小。在传输时不易发生散射，约为硅中电子迁移率的140倍。其电导率可达106s/m，是常温下导电性最佳的材料，可应用到各种电子元器件的制造。

石墨烯电池，利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。但是，现有的石墨烯电池对制备条件及环境要求较高，量产难度大、成本高。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种石墨烯电池的生产系统，实现多个单体石墨烯电池的制造，也可实现多规格多型号的单体石墨烯电池的制造，结构合理，灵活可控，制造简单快捷。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种往复操作石墨烯电池的生产系统，其特征在于，其包括支架、设于支架上的工作平台以及设于所述工作平台上的操作装置，还包括设于支架一侧的上膜装置，所述上膜装置包括设置支架一侧的用于放置载体铜箔卷的滚筒膜架，以及设置在工作平台一端的送膜辊，还包括设置在所述工作平台另一端的卷膜器；

所述工作平台为狭长形，用于在其上对所述载体铜箔进行操作，其一端设置送磨辊，另一端设置卷膜器；在所述工作平台的中间轴线两侧对称设置有一对滑动槽轨，所述一对滑动槽轨沿长度方向的两侧以圆弧连接段对接，形成椭圆形滑动槽轨道，所述椭圆形滑动槽轨道将所述工作平台均分为两个对称的操作面，能够同时对两片载体铜箔进行操作，每一条所述滑动槽轨沿着所述工作平台的长度方向延伸，在每一条所述滑动槽轨的槽道内设置有与其配合的多个滑块，每一个滑块上固定设置有一根横杆，所述滑块与所述横杆的一端焊接固定，所述横杆能够由所述滑块带动在所述滑动槽轨内沿着所述工作平台的长度方向以椭圆形滑动槽轨道为迹线来回滑动；所述滑动槽轨的槽轨内截面为“工”形，所述滑块的外截面为“土”形，二者相互配合；

所述操作装置包括氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置，且所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置依次逐渐设置在所述工作平台的右端，且每一个均对应设置在一根所述横杆的下方；

还包括控制器，当将两片所述载体铜箔送至所述工作平台上时，将所述两片载体铜箔进行固定，由控制器控制所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置在其所对应的横杆下的滑块的带动下以一定的速度沿着所述工作平台由右向左依次从所述载体铜箔上表面经过并完成其操作过程：（1）所述石墨烯溶液涂覆装置在载体铜箔上进行涂覆，将氧化石墨烯溶液涂敷于载体铜箔上，形成氧化石墨烯层；（2）所述高能射线照射装置对氧化石墨烯层进行照射，将其还原成石墨烯，形成石墨烯态的负极层和极耳层；（3）所述清洗装置清洗掉载体铜箔上多余的氧化石墨烯层；（4）所述隔膜材料涂覆装置对载体铜箔表面进行隔膜材料的涂覆；（5）所述正极汇流材料涂覆装置将正极汇流材料涂覆于正极层上，形成正极层；

所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置分别以5s为时间间隔启动，依次从初始位置开始滑动直至循环一圈回到初始位置完成其操作过程，之后停止在所述工作平台上的初始位置处，待换上新的载体铜箔后从新开始新的循环。

优选的，所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置沿着所述工作平台的移动速度不一样，且依次变慢。

优选的，在（5）所述隔膜材料涂覆装置对载体铜箔表面进行隔膜材料的涂覆之后，由所述高能射线照射装置对载体铜箔表面进行照射，形成隔膜层。

优选的，形成隔膜层之后再由清洗装置对载体铜箔表面进行清洗，将液态的，、未固化的隔膜材料清洗完全。

有益效果：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在输送平台的多个工作区域内通过多个单体石墨烯电池制造设备依次完成逐个逐个的单体石墨烯电池的制造，在一个工作区域内先后完成氧化石墨烯溶液的预定轨迹涂覆、高能射线还原石墨烯、隔膜材料的涂覆和固化、正极材料的涂覆和固化、正极汇流材料的涂覆和固化，从而完成单个单体石墨烯电池的制造，可见，本发明可实现多个单体石墨烯电池的制造，也可实现多规格多型号的单体石墨烯电池的制造，结构合理，灵活可控，制造简单快捷，生产成本低，采用溶剂溶液的方式生产制造，其工况平和无污染。

所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置沿着所述工作平台的移动速度不一样，且依次变慢，由于其速度依次变慢，则后续的每一次操作时间都长于之前的操作时间，一方面给之前的操作过程留下足够的时间进行冷却或干燥，另一方面，后续的操作过程也能够更精细的进行，提高了整体的效果和效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是本发明的滑动槽轨的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了如图1所示提供了一种往复操作石墨烯电池的生产系统，其特征在于，其包括支架1、设于支架1上的工作平台2以及设于所述工作平台2上的操作装置，还包括设于支架一侧的上膜装置，所述上膜装置包括设置支架一侧的用于放置载体铜箔卷3的滚筒膜架4，以及设置在工作平台一端的送膜辊5，还包括设置在所述工作平台另一端的卷膜器6；

所述工作平台2为狭长形，用于在其上对所述载体铜箔进行操作，其一端设置送磨辊5，另一端设置卷膜器6；在所述工作平台的中间轴线两侧对称设置有一对滑动槽轨7，所述一对滑动槽轨沿长度方向的两侧以圆弧连接段对接，形成椭圆形滑动槽轨道，所述椭圆形滑动槽轨道将所述工作平台2均分为两个对称的操作面，能够同时对两片载体铜箔进行操作，每一条所述滑动槽轨7沿着所述工作平台的长度方向延伸，在每一条所述滑动槽轨的槽道内设置有与其配合的多个滑块8，每一个滑块8上固定设置有一根横杆9，所述滑块8与所述横杆9的一端焊接固定，所述横杆9能够由所述滑块8带动在所述滑动槽轨7内沿着所述工作平台的长度方向以椭圆形滑动槽轨道为迹线来回滑动；所述滑动槽轨7的槽轨内截面为“工”形，所述滑块8的外截面为“土”形，二者相互配合；

所述操作装置包括氧化石墨烯溶液涂覆装置10、干燥装置11、高能射线照射装置12、清洗装置（未示出）、隔膜材料涂覆装置（未示出）以及正极汇流材料涂覆装置（未示出），且所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置依次逐渐设置在所述工作平台的右端，且每一个均对应设置在一根所述横杆的下方；

还包括控制器，当将两片所述载体铜箔送至所述工作平台上时，将所述两片载体铜箔进行固定，由控制器控制所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置在其所对应的横杆下的滑块的带动下以一定的速度沿着所述工作平台由右向左依次从所述载体铜箔上表面经过并完成其操作过程：（1）所述石墨烯溶液涂覆装置在载体铜箔上进行涂覆，将氧化石墨烯溶液涂敷于载体铜箔上，形成氧化石墨烯层；（2）所述高能射线照射装置对氧化石墨烯层进行照射，将其还原成石墨烯，形成石墨烯态的负极层和极耳层；（3）所述清洗装置清洗掉载体铜箔上多余的氧化石墨烯层；（4）所述隔膜材料涂覆装置对载体铜箔表面进行隔膜材料的涂覆；（5）所述正极汇流材料涂覆装置将正极汇流材料涂覆于正极层上，形成正极层；

所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置分别以5s为时间间隔启动，依次从初始位置开始滑动直至循环一圈回到初始位置完成其操作过程，之后停止在所述工作平台上的初始位置处，待换上新的载体铜箔后从新开始新的循环。

优选的，所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置沿着所述工作平台的移动速度不一样，且依次变慢。

优选的，在（4）所述隔膜材料涂覆装置对载体铜箔表面进行隔膜材料的涂覆之后，由所述高能射线照射装置对载体铜箔表面进行照射，形成隔膜层。

优选的，形成隔膜层之后再由清洗装置对载体铜箔表面进行清洗，将液态的，、未固化的隔膜材料清洗完全。

工作过程：在具体工作时，先将一载体铜箔作为基体置于工作平台上，卷成筒状的载体铜箔卷通过送膜辊送料平铺于工作平台上，并分别固定在所述工作平台上的上下两侧；由对应工作区域上的操作装置对载体铜箔进行加工，在载体铜箔上制造一个个的单体石墨烯电池；当载体铜箔进入工作区域后，控制器通过控制滑块控制氧化石墨烯溶液涂覆装置于载体铜箔上进行涂覆工作，将氧化石墨烯溶液涂覆于载体铜箔上；在完成涂覆后，载体铜箔表面的氧化石墨烯溶液受到干燥装置的热辐射干燥成氧化石墨烯层；接着，位移装置控制高能射线照射装置对载体铜箔表面的氧化石墨烯层按照预设的路线对氧化石墨烯层进行照射，将一定轨迹上的氧化石墨烯还原成石墨烯，这样就完成了对负电极和极耳的石墨烯层刻画成型，形成了石墨烯态的负极层和极耳层，由于负电极和极耳的轨迹形态可以预先设定，因此，可以在载体铜箔上完成不同型号电池的成型刻画；在负极层和极耳层刻画成型后，位移装置控制清洗装置清洗掉载体铜箔上多余的氧化石墨烯层；之后，位移装置控制隔膜材料涂覆装置对载体铜箔表面进行隔膜材料的涂覆，这样在载体铜箔上石墨烯层表面和非石墨烯层表面均涂覆有隔膜材料；然后再由位移装置控制高能射线照射装置对载体铜箔表面进行照射，照射的轨迹沿负电极和极耳的轨迹方向，这样在石墨烯态的负极层和极耳层上的隔膜材料受照射后被固定下来，形成隔膜层；然后再由位移装置控制清洗装置对载体铜箔表面进行清洗，将液态的、未固化的隔膜材料清洗完全；接着，由位移装置控制正极材料涂覆装置沿预设的负电极和极耳的轨迹方向进行涂覆，将正极材料涂覆在隔膜层上方，再由位移装置控制高能射线照射装置对正极材料进行照射，将正极材料固化于隔膜层上，形成正极层；最后，再由位移装置控制正极汇流材料涂覆装置将正极汇流材料涂覆于正极层上，再由位移装置控制高能射线照射装置对正极汇流材料进行照射，将正极汇流材料固化于正极层上，形成正极汇流条层，到这时，一个单体石墨烯电池就已经制造完成。载体铜箔在一个工作区域内完成一个单体石墨烯电池的制造后，由工作平台运送到下一个工作区域内，进行另一个单体石墨烯电池的制造，这样在一个系统内完成多个单体石墨烯电池的制造；当载体铜箔在完成石墨烯电池的制造后进入到输送平台终端后，由检测设备进行检测，若检测到不符合规格或制备不成功的非标准石墨烯电池，则由检测设备对非标准石墨烯电池进行销毁。

有益效果：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在输送平台的多个工作区域内通过多个单体石墨烯电池制造设备依次完成逐个逐个的单体石墨烯电池的制造，在一个工作区域内先后完成氧化石墨烯溶液的预定轨迹涂覆、高能射线还原石墨烯、隔膜材料的涂覆和固化、正极材料的涂覆和固化、正极汇流材料的涂覆和固化，从而完成单个单体石墨烯电池的制造，可见，本发明可实现多个单体石墨烯电池的制造，也可实现多规格多型号的单体石墨烯电池的制造，结构合理，灵活可控，制造简单快捷，生产成本低，采用溶剂溶液的方式生产制造，其工况平和无污染。

所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置沿着所述工作平台的移动速度不一样，且依次变慢，由于其速度依次变慢，则后续的每一次操作时间都长于之前的操作时间，一方面给之前的操作过程留下足够的时间进行冷却或干燥，另一方面，后续的操作过程也能够更精细的进行，提高了整体的效果和效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种往复操作石墨烯电池的生产系统，其特征在于，其包括支架、设于支架上的工作平台以及设于所述工作平台上的操作装置，还包括设于支架一侧的上膜装置，所述上膜装置包括设置支架一侧的用于放置载体铜箔卷的滚筒膜架，以及设置在工作平台一端的送膜辊，还包括设置在所述工作平台另一端的卷膜器；

所述工作平台为狭长形，用于在其上对所述载体铜箔进行操作，其一端设置送磨辊，另一端设置卷膜器；在所述工作平台的中间轴线两侧对称设置有一对滑动槽轨，所述一对滑动槽轨沿长度方向的两侧以圆弧连接段对接，形成椭圆形滑动槽轨道，所述椭圆形滑动槽轨道将所述工作平台均分为两个对称的操作面，能够同时对两片载体铜箔进行操作，每一条所述滑动槽轨沿着所述工作平台的长度方向延伸，在每一条所述滑动槽轨的槽道内设置有与其配合的多个滑块，每一个滑块上固定设置有一根横杆，所述滑块与所述横杆的一端焊接固定，所述横杆能够由所述滑块带动在所述滑动槽轨内沿着所述工作平台的长度方向以椭圆形滑动槽轨道为迹线来回滑动；所述滑动槽轨的槽轨内截面为“工”形，所述滑块的外截面为“土”形，二者相互配合；

所述操作装置包括氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置，且所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置依次逐渐设置在所述工作平台的右端，且每一个均对应设置在一根所述横杆的下方；

还包括控制器，当将两片所述载体铜箔送至所述工作平台上时，将所述两片载体铜箔进行固定，由控制器控制所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置在其所对应的横杆下的滑块的带动下以一定的速度沿着所述工作平台由右向左依次从所述载体铜箔上表面经过并完成其操作过程：（1）所述石墨烯溶液涂覆装置在载体铜箔上进行涂覆，将氧化石墨烯溶液涂敷于载体铜箔上，形成氧化石墨烯层；（2）所述高能射线照射装置对氧化石墨烯层进行照射，将其还原成石墨烯，形成石墨烯态的负极层和极耳层；（3）所述清洗装置清洗掉载体铜箔上多余的氧化石墨烯层；（4）所述隔膜材料涂覆装置对载体铜箔表面进行隔膜材料的涂覆；（5）所述正极汇流材料涂覆装置将正极汇流材料涂覆于正极层上，形成正极层；

所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、干燥装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置分别以5s为时间间隔启动，依次从初始位置开始滑动直至循环一圈回到初始位置完成其操作过程，之后停止在所述工作平台上的初始位置处，待换上新的载体铜箔后从新开始新的循环。

2.根据权利要求1所述的往复操作石墨烯电池的生产系统，所述氧化石墨烯溶液涂覆装置、高能射线照射装置、清洗装置、隔膜材料涂覆装置以及正极汇流材料涂覆装置沿着所述工作平台的移动速度不一样，且依次变慢。

3.根据权利要求1所述的往复操作石墨烯电池的生产系统，，在（5）所述隔膜材料涂覆装置对载体铜箔表面进行隔膜材料的涂覆之后，由所述高能射线照射装置对载体铜箔表面进行照射，形成隔膜层。

4.根据权利要求3所述的石墨烯电池的生产系统，形成隔膜层之后再由清洗装置对载体铜箔表面进行清洗，将液态的，、未固化的隔膜材料清洗完全。