CN112542558A - 固态储能电极带材双辊涂布方法 - Google Patents

固态储能电极带材双辊涂布方法 Download PDF

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李长明
吴超
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Abstract

本发明公开了一种固态储能电极带材双辊涂布方法，包括：挤压涂布工序，利用挤压辊组在电极带材的电极活性层上挤压成型固态离子导体层；挤压涂布工序中，调节两根挤压辊之间的辊缝至设定范围，在两根挤压辊的进料侧加入经搅拌分散处理的固态离子导体材料；驱动两根挤压辊旋转，并使挤压辊的切向速率与从该两根挤压辊之间穿过的电极带材的速率相等，利用挤压辊将固态离子导体材料挤压涂布在电极带材的电极活性层上并形成固态离子导体层，得到固态储能电极带材。能够在电极带材的电极活性层上复合一层固态离子导体层，以增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够减小固态离子导体与电极活性层之间的界面电阻。

Description

固态储能电极带材双辊涂布方法
技术领域
本发明涉及一种涂布方法，具体的为一种固态储能电极带材双辊涂布方法。
背景技术
固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。
现有的固态电池虽然在一定程度上能够满足使用要求，但是仍存在以下不足：
1)固态离子导体与电极之间的结合力不足；
2)固态离子导体与电极之间的亲润性较差；
3)固态离子导体与电极之间的界面电阻较大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种固态储能电极带材双辊涂布方法，能够在电极带材的电极活性层上复合一层固态离子导体层，以增强固态离子导体与电极之间的结合力以及亲润性，并能够减小固态离子导体与电极活性层之间的界面电阻。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种固态储能电极带材双辊涂布方法，包括：
挤压涂布工序，利用挤压辊组在电极带材的电极活性层上挤压成型固态离子导体层；
所述挤压涂布工序中，调节两根挤压辊之间的辊缝至设定范围，在两根挤压辊的进料侧加入经搅拌分散处理的固态离子导体材料；驱动两根挤压辊旋转，并使挤压辊的切向速率与从该两根挤压辊之间穿过的电极带材的速率相等，利用挤压辊将固态离子导体材料挤压涂布在电极带材的电极活性层上并形成固态离子导体层，得到固态储能电极带材。
进一步，当所述电极带材仅在一侧侧面上设有电极活性层时，所述电极带材未复合电极活性层的一侧与其中一根所述挤压辊之间的间距为零、复合有电极活性层的一侧与另一根所述挤压辊之间设有挤压间隙；或，
当所述电极带材的两侧侧面上均设有电极活性层时，所述电极带材的其中一侧与其中一根所述挤压辊之间的间距为零，所述电极带材的另一侧与另一根所述挤压辊之间设有挤压间隙；
在所述挤压间隙内加入经搅拌分散处理后的固态离子导体材料，并在电极活性层上形成所述固态离子导体层。
进一步，当所述电极带材的两侧侧面上均设有电极活性层时，所述电极带材与两根所述挤压辊之间分别设有挤压间隙，在电极带材两侧挤压间隙内分别加入经搅拌分散处理后的固态离子导体材料，并在电极带材的两侧侧面上分别形成所述固态离子导体层。
进一步，在电极带材两侧加入相同的固态离子导体材料，并在电极带材的两侧分别挤压成型相同固态离子导体材料的固态离子导体层；或在电极带材两侧分别加入不同的固态离子导体材料，并在电极带材的两侧分别挤压成型不同固态离子导体材料的固态离子导体层。
进一步，当两根所述挤压辊的轴线位于同一个水平面上时，两根所述挤压辊的上方为进料侧。
进一步，所述电极带材沿着竖直向下的方向从两根所述挤压辊之间穿过。
进一步，所述电极带材与两根所述挤压辊之间的挤压间隙相等，或所述电极带材与两根所述挤压辊之间的挤压间隙的差值在设定范围内。
进一步，还包括搅拌分散工序，将固态离子导体材料搅拌分散处理后，再将经搅拌分散处理后的固态离子导体材料加入到两根挤压辊的进料侧。
进一步，还包括定型工序，在设定温度和干燥度条件下，利用至少一组定型辊组对经挤压涂布工序后得到的固态储能电极带材进行定型辊压，使固态离子导体层的厚度达到设定厚度。
进一步，所述固体离子导体材料采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成；
所述凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚基衍生物-酸或碱或金属盐、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂和聚基衍生物-金属盐-有机溶剂的一种或至少两种的混合物制成；
所述氧化物包括但不限于钠超离子导体型-LiTi2型-Li14Zn(GeO4)4及其衍生物和石榴石型-Li7La3Zr2O12及其衍生物；
所述硫化物如Li10GeP2S12、Li2S-P2S5及其衍生物、卤化物、氢化物和磷锂氮氧化物；
所述有机聚合物采用聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐中的一种或至少两种的混合物制成。
进一步，所述固态离子导体材料内设有用于调节粘度的粘接剂。
本发明的有益效果在于：
本发明的固态储能电极带材双辊涂布方法，通过挤压涂布工序将固态离子导体材料挤压涂布在电极带材的电极活性层上，能够有效保证固态离子导体层与电极带材之间的结合力以及亲润性，并降低固态离子导体层与电极活性层之间界面电阻。使用时，将相邻的固态储能电极带材的固态离子导体层复合在一起或融合为一体，即可得到固态储能装置(包括固态电池和固态电容)；综上可知，采用本发明固态储能电极带材双辊涂布方法生产得到的固态储能电极带材能够有效简化生产工艺，增强固态离子导体层与电极活性层之间的结合度和亲润性，以及降低固态离子导体层与电极活性层之间界面电阻，提高离子渗透率。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为适用于本发明固态储能电极带材双辊涂布方法实施例1的双辊涂布设备的结构示意图；
图2为适用于本发明固态储能电极带材双辊涂布方法实施例2的双辊涂布设备的结构示意图。
附图标记说明：
1-电极带材；2-固态储能电极带材；
10-放卷机构；
20-收卷机构；
31-挤压辊；32-加料机构；33-导向辊；34-加料槽；35-驱动辊；41-挤压控制区；42-定型控制分区；43-定型辊。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，为适用于本发明固态储能电极带材双辊涂布方法实施例1的双辊涂布设备的结构示意图。该固态储能电极带材双辊涂布设备，包括：
放卷机构10，用于放卷复合有电极活性层的电极带材1；
挤压涂布装置，用于在电极活性层上挤压涂布固态离子导体层并得到固态储能电极带材2；
收卷机构20，用于收卷制备得到的固态储能电极带材2；
挤压涂布装置包括挤压辊组，挤压辊组包括轴线相互平行的两根挤压辊31；两根挤压辊31的进料侧设有用于加入固态离子导体材料的加料装置；
放卷机构10和收卷机构20之间设有用于使电极带材1从两根挤压辊31之间穿过的导向辊组，导向辊组包括若干根导向辊33。
进一步，两根挤压辊31之间设有用于调节辊缝的辊缝调节机构，通过调节两根挤压辊31之间的辊缝，即可控制挤压涂布在电极活性层上的固态离子导体层的厚度。
进一步，当电极带材1与其中一根挤压辊31之间接触配合时，即电极带材1与另一根挤压辊31之间设有挤压间隙，加料装置包括用于在电极带材1面向另一根挤压辊31的一侧加入固态离子导体材料的加料机构32。当电极带材1与两根挤压辊31之间分别设有挤压间隙时；加料装置包括两个分别用于在电极带材1两侧分别加入固态离子导体材料的加料机构32。本实施例的电极带材1与两根挤压辊31之间分别设有挤压间隙，加料机构32设为两个并分别位于电极带材1两侧，即本实施例的电极带材1的两侧均设有电极活性层。
进一步，当两根挤压辊31的轴线位于同一个水平面上时，两根挤压辊31的上方为进料侧，利用重力作用使固态离子导体材料填充满挤压间隙，提高挤压涂布的效果。本实施例的电极带材1与两根所述挤压辊31之间分别设有挤压间隙；导向辊33导向电极带材1沿着竖直向下的方向从两根挤压辊31之间穿过，可保证在电极带材1的两侧分别复合的固态离子导体层的厚度更加均匀。具体的，导向辊33导向电极带材1、并使电极带材1与两根挤压辊31之间的挤压间隙相等，或使电极带材1与两根挤压辊31之间的挤压间隙的差值在设定范围内。本实施例的电极带材1与两根挤压辊31之间的挤压间隙相等，即在电极带材1的两侧分别复合的固态离子导体层的厚度相等。
进一步，加料装置还包括用于搅拌分散处理固态离子导体材料的搅拌分散设备，加料机构32与搅拌分散设备的出料口相连，可使固态离子导体材料分散均匀，提高固态离子导体材料的均匀度。本实施例的加料装置还包括位于两根挤压辊31上方的加料槽34，加料机构32的出料端位于加料槽34内，加料槽34起到暂存固态离子导体材料以及引导固态离子导体材料进入到挤压间隙的作用。本实施例的加料槽34内设有用于驱动固态离子导体材料持续从加料槽34的出料口出料的驱动辊35，使成胶体的固态离子导体材料或固态离子导体材料的浆料能够持续从加料槽34的出料口出料，保证固态离子导体材料能够被均匀挤压涂布在电极带材1上。
进一步，本实施例的固态储能电极带材双辊涂布设备还包括用于控制温度和干燥度的控制区。具体的，控制区包括与挤压辊组对应设置的挤压控制区41和位于挤压辊组出料侧的定型控制区。本实施例的定型控制区包括沿着固态储能电极带材传送方向依次设置的多个定型控制分区42，可实现分区控制的技术目的。本实施例的定型控制分区42内设有用于控制电极带材1的厚度的定型辊组，每一组定型辊组包括对应设置的两根定型辊43。具体的，相邻两组定型辊组中，位于上游侧的定型辊组的两根定型辊43之间的辊缝大于等于位于下游侧的定型辊组的两根定型辊43之间的辊缝。
下面结合上述固态储能电极带材双辊涂布设备对本实施例的固态储能电极带材双辊涂布方法的具体实施方式进行详细说明。
本实施例的固态储能电极带材双辊涂布方法，包括：
挤压涂布工序，利用挤压辊组在电极带材1的电极活性层上挤压成型固态离子导体层；
挤压涂布工序中，调节两根挤压辊31之间的辊缝至设定范围，在两根挤压辊31的进料侧加入经搅拌分散处理的固态离子导体材料；驱动两根挤压辊31旋转，并使挤压辊31的切向速率与从该两根挤压辊31之间穿过的电极带材1的速率相等，利用挤压辊31将固态离子导体材料挤压涂布在电极带材1的电极活性层上并形成固态离子导体层，得到固态储能电极带材2。
进一步，本实施例的电极带材1的两侧侧面上均设有电极活性层时，电极带材1与两根挤压辊31之间分别设有挤压间隙，在电极带材1两侧挤压间隙内分别加入经搅拌分散处理后的固态离子导体材料，并在电极带材1的两侧侧面上分别形成固态离子导体层。具体的，可以在电极带材1两侧加入相同的固态离子导体材料，并在电极带材1的两侧分别挤压成型相同固态离子导体材料的固态离子导体层；或在电极带材1两侧分别加入不同的固态离子导体材料，并在电极带材1的两侧分别挤压成型不同固态离子导体材料的固态离子导体层。本实施例在电极带材1两侧加入相同的固态离子导体材料，并在电极带材1的两侧分别挤压成型相同固态离子导体材料的固态离子导体层。
进一步，当两根挤压辊31的轴线位于同一个水平面上时，两根挤压辊31的上方为进料侧，利用重力作用使固态离子导体材料填充满挤压间隙，提高挤压涂布的效果。本实施例的电极带材1沿着竖直向下的方向从两根挤压辊31之间穿过。具体的，电极带材1与两根挤压辊31之间的挤压间隙相等，或电极带材1与两根挤压辊31之间的挤压间隙的差值在设定范围内。本实施例电极带材1与两根挤压辊31之间的挤压间隙相等，即在电极带材1的两侧电极活性层上分别挤压涂布厚度相同的固态离子导体层。
进一步，本实施例的固态储能电极带材双辊涂布方法还包括搅拌分散工序，将固态离子导体材料搅拌分散处理后，再将经搅拌分散处理后的固态离子导体材料加入到两根挤压辊31的进料侧。
进一步，本实施例的固态储能电极带材双辊涂布方法还包括定型工序，在设定温度和干燥度条件下，利用至少一组定型辊组对经挤压涂布工序后得到的固态储能电极带材2进行定型辊压，使固态离子导体层的厚度达到设定厚度。
进一步，固体离子导体材料采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。具体的，凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚基衍生物-酸或碱或金属盐、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂和聚基衍生物-金属盐-有机溶剂的一种或至少两种的混合物制成；氧化物包括但不限于钠超离子导体型-LiTi2型-Li14Zn(GeO4)4及其衍生物和石榴石型-Li7La3Zr2O12及其衍生物；硫化物如Li10GeP2S12、Li2S-P2S5及其衍生物、卤化物、氢化物和磷锂氮氧化物；有机聚合物采用聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐中的一种或至少两种的混合物制成。当然，根据需要，还可以在固态离子导体材料内设置用于调节粘度的粘接剂，不再累述。
本实施例的固态储能电极带材双辊涂布方法，通过挤压涂布工序将固态离子导体材料挤压涂布在电极带材的电极活性层上，能够有效保证固态离子导体层与电极带材之间的结合力以及亲润性，并降低固态离子导体层与电极活性层之间界面电阻。使用时，将相邻的固态储能电极带材的固态离子导体层复合在一起或融合为一体，即可得到固态储能装置(包括固态电池和固态电容)；综上可知，采用本实施例固态储能电极带材双辊涂布方法生产得到的固态储能电极带材能够有效简化生产工艺，增强固态离子导体层与电极活性层之间的结合度和亲润性，以及降低固态离子导体层与电极活性层之间界面电阻，提高离子渗透率。
实施例2
如图2所示，为适用于本发明固态储能电极带材双辊涂布方法实施例2的双辊涂布设备的结构示意图。本实施例的固态储能电极带材双辊涂布设备，包括：
放卷机构10，用于放卷复合有电极活性层的电极带材1；
挤压涂布装置，用于在电极活性层上挤压涂布固态离子导体层并得到固态储能电极带材2；
收卷机构20，用于收卷制备得到的固态储能电极带材2；
挤压涂布装置包括挤压辊组，挤压辊组包括轴线相互平行的两根挤压辊31；两根挤压辊31的进料侧设有用于加入固态离子导体材料的加料装置；
放卷机构10和收卷机构20之间设有用于使电极带材1从两根挤压辊31之间穿过的导向辊组，导向辊组包括若干根导向辊33。
进一步，两根挤压辊31之间设有用于调节辊缝的辊缝调节机构，通过调节两根挤压辊31之间的辊缝，即可控制挤压涂布在电极活性层上的固态离子导体层的厚度。
进一步，当电极带材1与其中一根挤压辊31之间接触配合时，即电极带材1与另一根挤压辊31之间设有挤压间隙，加料装置包括用于在电极带材1面向另一根挤压辊31的一侧加入固态离子导体材料的加料机构32。当电极带材1与两根挤压辊31之间分别设有挤压间隙时；加料装置包括两个分别用于在电极带材1两侧分别加入固态离子导体材料的加料机构32。本实施例的电极带材1与其中一根挤压辊31之间接触配合，电极带材1与另一根挤压辊31之间设有挤压间隙，即当本实施例的电极带材1的仅在一侧设置电极活性层时，在该电极活性层上挤压涂布固态离子导体层，当电极带材1的两侧均设置电极活性层时，采用两次挤压涂布工序可分别在两层电极活性层上分别挤压涂布固态离子导体层，不再累述。
进一步，当两根挤压辊31的轴线位于同一个水平面上时，两根挤压辊31的上方为进料侧，利用重力作用使固态离子导体材料填充满挤压间隙，提高挤压涂布的效果。
本实施例的其他实施方式与实施例1相同，不再一一累述。
下面结合上述固态储能电极带材双辊涂布设备对本实施例的固态储能电极带材双辊涂布方法的具体实施方式进行详细说明。
本实施例的固态储能电极带材双辊涂布方法，包括：
挤压涂布工序，利用挤压辊组在电极带材1的电极活性层上挤压成型固态离子导体层；
挤压涂布工序中，调节两根挤压辊31之间的辊缝至设定范围，在两根挤压辊31的进料侧加入经搅拌分散处理的固态离子导体材料；驱动两根挤压辊31旋转，并使挤压辊31的切向速率与从该两根挤压辊31之间穿过的电极带材1的速率相等，利用挤压辊31将固态离子导体材料挤压涂布在电极带材1的电极活性层上并形成固态离子导体层，得到固态储能电极带材2。
进一步，本实施例的电极带材1仅在一侧侧面上复合有电极活性层，电极带材1未复合电极活性层的一侧与其中一根挤压辊31之间的间距为零、复合有电极活性层的一侧与另一根挤压辊31之间设有挤压间隙。在挤压间隙内加入经搅拌分散处理后的固态离子导体材料，并在电极活性层上形成固态离子导体层。当然，当电极带材1的两侧侧面上均复合有电极活性层时，也可以使电极带材1的其中一侧与其中一根挤压辊31之间的间距为零，电极带材1的另一侧与另一根挤压辊31之间设有挤压间隙，在该电极带材1的其中一侧上挤压涂布固态离子导体层，通过两次挤压涂布工序，可分别在该电极带材1的其中两侧分别挤压涂布固态离子导体层，不再累述。
进一步，当两根挤压辊31的轴线位于同一个水平面上时，两根挤压辊31的上方为进料侧，利用重力作用使固态离子导体材料填充满挤压间隙，提高挤压涂布的效果。
本实施例的其他实施方式与实施例1相同，不再一一累述。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (11)

1.一种固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：包括：
挤压涂布工序，利用挤压辊组在电极带材的电极活性层上挤压成型固态离子导体层；
所述挤压涂布工序中，调节两根挤压辊之间的辊缝至设定范围，在两根挤压辊的进料侧加入经搅拌分散处理的固态离子导体材料；驱动两根挤压辊旋转，并使挤压辊的切向速率与从该两根挤压辊之间穿过的电极带材的速率相等，利用挤压辊将固态离子导体材料挤压涂布在电极带材的电极活性层上并形成固态离子导体层，得到固态储能电极带材。
2.根据权利要求1所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：
当所述电极带材仅在一侧侧面上设有电极活性层时，所述电极带材未复合电极活性层的一侧与其中一根所述挤压辊之间的间距为零、复合有电极活性层的一侧与另一根所述挤压辊之间设有挤压间隙；或，
当所述电极带材的两侧侧面上均设有电极活性层时，所述电极带材的其中一侧与其中一根所述挤压辊之间的间距为零，所述电极带材的另一侧与另一根所述挤压辊之间设有挤压间隙；
在所述挤压间隙内加入经搅拌分散处理后的固态离子导体材料，并在电极活性层上形成所述固态离子导体层。
3.根据权利要求1所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：当所述电极带材的两侧侧面上均设有电极活性层时，所述电极带材与两根所述挤压辊之间分别设有挤压间隙，在电极带材两侧挤压间隙内分别加入经搅拌分散处理后的固态离子导体材料，并在电极带材的两侧侧面上分别形成所述固态离子导体层。
4.根据权利要求3所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：在电极带材两侧加入相同的固态离子导体材料，并在电极带材的两侧分别挤压成型相同固态离子导体材料的固态离子导体层；或在电极带材两侧分别加入不同的固态离子导体材料，并在电极带材的两侧分别挤压成型不同固态离子导体材料的固态离子导体层。
5.根据权利要求3所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：当两根所述挤压辊的轴线位于同一个水平面上时，两根所述挤压辊的上方为进料侧。
6.根据权利要求5所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：所述电极带材沿着竖直向下的方向从两根所述挤压辊之间穿过。
7.根据权利要求6所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：所述电极带材与两根所述挤压辊之间的挤压间隙相等，或所述电极带材与两根所述挤压辊之间的挤压间隙的差值在设定范围内。
8.根据权利要求1所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：
还包括搅拌分散工序，将固态离子导体材料搅拌分散处理后，再将经搅拌分散处理后的固态离子导体材料加入到两根挤压辊的进料侧。
9.根据权利要求1所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：
还包括定型工序，在设定温度和干燥度条件下，利用至少一组定型辊组对经挤压涂布工序后得到的固态储能电极带材进行定型辊压，使固态离子导体层的厚度达到设定厚度。
10.根据权利要求1所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：
所述固体离子导体材料采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成；
所述凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚基衍生物-酸或碱或金属盐、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂和聚基衍生物-金属盐-有机溶剂的一种或至少两种的混合物制成；
所述氧化物包括但不限于钠超离子导体型-LiTi2型-Li14Zn(GeO4)4及其衍生物和石榴石型-Li7La3Zr2O12及其衍生物；
所述硫化物如Li10GeP2S12、Li2S-P2S5及其衍生物、卤化物、氢化物和磷锂氮氧化物；
所述有机聚合物采用聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐中的一种或至少两种的混合物制成。
11.根据权利要求10所述的固态储能电极带材双辊涂布方法，其特征在于：
所述固态离子导体材料内设有用于调节粘度的粘接剂。
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