CN109860511A - 一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法 - Google Patents

一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法 Download PDF

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张天赐
华诚
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Abstract

本发明涉及一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法。一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法包括如下步骤：箔材首先在脱油溶剂中脱油、干燥、预热；使用有均匀凸起的压辊对箔材进行热压；采用双面凹版涂布机在箔材双面涂布导电碳层，然后干燥；对干燥导电碳层进行辊压；采用双面同时挤压涂布机进行正负极浆料涂布，极片随后进行烘烤干燥。本发明显著提高锂电池极片生产效率、极大缩减生产和设备制造成本；同时结合铝箔除油、表面粗糙化和导电涂层辊压工序，显著提高锂离子电池电化学性能和循环寿命。

Description

一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池生产制备技术领域，具体涉及一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度大、放电电压高、充放电速度快、体积小、无记忆效应等优点在电子通讯、储能设备、电动汽车和航空航天等领域已获得广泛的应用。为了进一步提高锂离子电池的电化学性能，近些年关于锂离子电池新材料、新工艺的开发和利用获得飞速发展。研究表明对集流体进行表面涂碳可显著降低电池内阻，提高电子传输速率，改善电池倍率性能和循环性能等。此外，提高集流体的表面粗糙度可显著降低集流体与活性物质的接触电阻。集流体的表面处理方法主要有机械粗糙化、化学刻蚀、电化学沉积和等离子体刻蚀等。目前实际生产中采用折返式双面涂布进行箔材表面涂碳，涂碳铝箔收卷后搬运至极片涂布车间进行正、负极浆料折返式双面涂布。
但上述生产方式存在以下不足：(1)设备占地面积大，设备车间制造成本高；(2)生产工序长，自动化程度较低，生产效率低；(3)导电涂层与集流体接触不紧密，对电池电化学性能改善有限。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其步骤为：
(1)箔材经牵引装置输送至脱油单元进行表面油污清除，采用无水乙醇、丙酮、异丙醇有机溶剂中的一种浸泡或喷淋后采用毛刷辊擦洗，箔材表面清洗后对箔材上下面进行干燥，然后预热；
(2)采用表面加工有均匀凸起的压辊对箔材进行热压；
(3)采用双面凹版涂布机在箔材表面涂布厚度均匀的导电碳层，导电浆料为石墨烯、导电炭黑中的一种，涂层厚度2-4um，随后进行干燥；
(4)采用上下压辊对干燥导电碳层两面同时进行辊压；
(5)采用双面同时挤压涂布机对正、负极浆料双面同时涂布，对双面涂布箔片进行悬浮双面真空烘烤，得到极片。
进一步地，所述毛刷辊安装液压升降装置；
进一步地，所述热压过程中，压辊表面凸起为半球形或半锥形；
进一步地，将双面凹版涂布机和挤压涂布机直接串联起来；
进一步地，箔材为铝箔、铜箔、镍箔金属箔材中的一种。
相比于现有技术，本发明有如下优点：本发明通过对箔材进行热压，获得凹凸表面显著提高箔材表面粗糙度，提高导电碳层与集流体的接触面积，显著降低接触电阻，提高导电层与集流体的黏附强度；在箔材涂层干燥后端引入双面辊压工序，可降低导电涂层孔隙率，提高涂层压实密度和导电率，同时可以减少工序时间。
利用有机溶剂浸泡、毛刷擦拭对箔材进行表面清洁，获得洁净箔材有利于导电层涂布，避免油污对涂布工艺和电池性能的影响；毛刷辊安装液压升降装置，提高了自动化程度；采用悬浮双面真空烘烤，避免了杂质污染涂层；将双面凹版涂布机和挤压涂布机直接串联起来，形成箔材涂碳—极片涂布一体机，其占地面积小、设备成本低、自动化程度高。
附图说明
图1为连续箔材涂膜和极片涂布装置的布局图；
图2为箔材毛刷辊结构示意图；
图3为箔材热压工艺中压辊结构示意图。
图中各标志分别为：1—放卷单元；2—脱油单元；3—箔材干燥单元；4—箔材热压单元；5—双面凹版涂布单元；6—导电涂层烘烤单元；7—导电涂层辊压单元；8—极片双面同时涂布单元；9—极片烘烤单元；10—收卷单元；21—上毛刷辊；22—下毛刷辊；23—箔材；24—毛刷辊传动齿轮；41—上压辊；42—下压辊；43—辊面凸起。
具体的实施方式
实施例1：
(1)箔材脱油：用无水乙醇浸泡溶解铝箔表面油污，同时采用毛刷辊21/22擦拭铝箔23去除表面粉尘颗粒，对集流体进行清洁。采用传动齿轮24与电机连接实现圆周旋转；毛刷材质为尼龙，用电阻热风机进行干燥，干燥温度为100℃，预热。
(2)表面热压：采用表面加工有均匀凸起43的压辊41/42对箔材进行热压，压痕深度和大小通过辊压间隙调节。箔材机械辊压后表面形成均匀分布凹坑。
(3)双面涂碳：采用双面凹版涂布机在箔材表面涂布厚度均匀的导电碳层，导电浆料为石墨烯，涂层厚度2um，导电碳层随后在烤箱中进行干燥。
(4)碳层辊压：采用上下压辊对干燥导电碳层进行辊压。
(5)双面挤压涂布：采用前后间隔配置的挤压涂布机对正、负极浆料双面同时挤压涂布，对双面涂布箔片进行悬浮双面真空烘烤，烤箱采用电加热，极片干燥后进行收卷。
实施例2：
(1)箔材脱油：用丙酮有机溶剂喷淋的方式溶解表面油污，同时采用毛刷辊21/22擦拭箔材23去除表面粉尘颗粒，对集流体进行清洁。毛刷辊安装液压升降机构，毛刷间隙可调节，采用传动齿轮24与电机连接实现圆周旋转；毛刷材质为PP，箔材表面清洗后对箔材上下面进行干燥同时对箔材进行预热，箔材采用红外干燥箱进行干燥，干燥温度为150℃，预热。
(2)表面热压：采用表面加工有均匀凸起43的压辊41/42对箔材进行热压，箔材机械辊压后表面形成均匀分布的凹坑，表面粗糙度显著提高。
(3)双面涂碳：采用双面凹版涂布机在箔材表面涂布厚度均匀的导电碳层，导电浆料为导电炭黑，涂层厚度4um，导电碳层随后在烤箱中进行干燥。
(4)碳层辊压：采用上下压辊对干燥导电碳层进行辊压。
(5)双面挤压涂布：采用前后间隔配置的挤压涂布机对正、负极浆料双面同时挤压涂布，对双面涂布箔片进行悬浮双面真空烘烤，烤箱采用电加热，极片干燥后进行收卷。
实施例3：
(1)箔材脱油：用异丙醇有机溶剂喷淋的方式溶解表面油污，同时采用毛刷辊21/22擦拭箔材23去除表面粉尘颗粒，对集流体进行清洁。毛刷辊安装液压升降机构，毛刷间隙可调节，采用传动齿轮24与电机连接实现圆周旋转；毛刷材质为PP，箔材表面清洗后对箔材上下面进行干燥同时对箔材进行预热。箔材采用红外干燥箱进行干燥，干燥温度为80℃，预热。
(2)表面热压：采用表面加工有均匀凸起43的凸辊41/42对箔材进行热压；箔材机械辊压后表面形成均匀分布的凹坑。
(3)双面涂碳：采用双面凹版涂布机在箔材表面涂布厚度均匀的导电碳层，导电浆料为导电炭黑，涂层厚度3um，导电碳层随后在烤箱中进行干燥。
(4)碳层辊压：采用上下压辊对干燥导电碳层进行辊压。
(5)双面挤压涂布：采用前后间隔配置的挤压涂布机对正、负极浆料双面同时挤压涂布；对双面涂布箔片进行悬浮双面真空烘烤，烤箱采用油加热，极片干燥后进行收卷。

Claims (9)

1.一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，包括如下步骤：
(1)箔材在脱油溶剂中脱油，脱油后干燥、预热；
(2)采用有凸起的压辊对箔材进行热压；
(3)用双面凹版涂布机在箔材双面涂布导电碳层，然后干燥；
(4)对干燥导电碳层进行辊压；
(5)采用双面同时挤压涂布机进行极片涂布，对双面涂布的极片进行烘烤干燥。
2.根据权利要求1所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述双面凹版涂布机和挤压涂布机采用串列式排布。
3.根据权利要求1所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述箔材为铝箔、铜箔、镍箔金属箔材中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述箔材脱油溶剂为无水乙醇、丙酮、异丙醇有机溶剂中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述脱油过程中，箔材浸泡或喷淋后用毛刷辊擦洗的方式进行脱油。
6.根据权利要求4所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述毛刷辊安装液压升降装置。
7.根据权利要求1所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述热压过程中，压辊的凸起为均匀排布，且凸起为半球形或半锥形。
8.根据权利要求1所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述双面涂碳过程中，所述导电碳层为石墨烯、碳纳米管、导电炭黑中的一种，导电碳层厚度2-4um。
9.根据权利要求1所述的一种连续箔材涂膜和极片涂布制备方法，其特征在于：所述极片烘烤干燥过程中，采用悬浮双面真空烘烤。
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