CN114361608A - 一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置及生产方法，本方法包括以下步骤：（1）放卷后，依次对基材进行前处理，然后将基材烘干；（2）对基材进行等离子体清洗，获得洁净的基材；（3）对基材进行磁控溅射镀膜，在基材表面沉积导电和/或耐蚀涂层；（4）在基材的涂层表面均匀涂布活性物质；（5）在真空环境中加热烘干所述基材，固化其表面活性物质，收卷即可获得所述锂离子电池集流体成材。本发明通过连续卷对卷、多腔室磁控溅射设备的设计，实现了安全、轻量、高界面结合强度、低接触电阻集流体的高效率制备。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，特别是涉及一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置及生产方法。
背景技术
近年来，随着对可再生能源利用的大量需求和对环境污染问题的日益关注，迫切需要发展高效便捷的大规模储能技术。锂离子电池是一种依靠锂离子在正极和负极间移动工作实现充放电的二次电池，具有能量密度高、输出功率大、充电效率高、环境友好等优势。因此，锂离子电池在能源需求增长和环境污染日益加剧的背景下获得了世界各研究机构的广泛关注。但锂离子电池的制备成本以及各部件在使用过程中的耐久性依旧是锂离子电池应用所面临的挑战。
集流体是锂离子电池的重要组成部分，起到承载活性物质、将电化学反应产生的电子汇集起来并导至外电路的作用，从而实现化学能转化为电能的过程。因此，高电导率、高稳定性、高柔韧性和超薄低成本的集流体是未来的发展趋势。但目前集流体应用依旧存在以下问题：（1）集流体与活性物质间接触面积有限，从而使活性物质与集流体间的界面电阻大；（2）集流体与粘接剂、活性物质的粘接强度有限，在长时间循环充放电过程中电极不断变化，颗粒物质间结合疏松，易掉粉，电池容量和循环寿命快速衰减；（3）电解液分解在集流体表面发生电化学反应，导致和加速集流体腐蚀；（4）集流体制备成本较高，需通过材料、结构及制备工艺优化进一步降低其制备成本。因此，提出一种可提高集流体导电性及稳定性、结构合理、成本较低、可高效批量连续卷对卷生产集流体的装置及生产方法是目前锂离子电池集流体制备亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供的一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置及生产方法。
本发明实现其目的的技术构想主要有以下三个方面：
一是通过增加基材清洗、电化学刻蚀等前处理工序来提高基材的表面粗糙度和表面活性，以提高基材与表面材料界面间结合强度、降低界面电阻；
二是通过等离子体清洗进一步增加基材的表面活性，提高基材与表面材料间界面结合强度；
三是通过连续卷对卷、多腔室磁控溅射实现集流体的高效率制备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，包括：
依次串联的前处理腔室、烘干腔室、等离子体清洗腔室、磁控溅射镀膜腔室、活性物质涂布腔室和真空加热腔室；所述各腔室中设有连续的卷材传输通道，将所述各腔室相互连通起来；其中，在所述等离子体清洗腔室、磁控溅射镀膜腔室、活性物质涂布腔室以及真空加热腔室内，分别设有独立的真空抽气系统，用以控制各腔室内的真空度，且为了调控不同腔室的真空度不受卷材传输的干扰，在每个腔室的入口前和出口后均设有过渡腔室；
所述前处理腔室中至少设有一个除油槽、一个电化学刻蚀槽和一个清洗槽，用于获取清洁且粗糙度大的基材表面，以提高基材与表面材料结合强度并降低界面电阻；所述烘干腔室用以清除基材在前处理腔室中携带的溶液，避免因水分存在导致等离子体清洗腔室抽气效率低、基材与表面材料结合差的情况发生，烘干后的基材进入等离子体清洗腔室；所述等离子体清洗腔室内设有至少一个等离子体离子源，用于进一步获取表面活性高的基材，以进一步提高基材与表面材料的结合强度、降低界面接触电阻；所述磁控溅射镀膜腔室内设有多个磁控溅射靶材，用于在基材表面沉积导电、耐蚀涂层；所述活性物质涂布腔室内至少设有一台涂布装置，用于在沉积涂层的基材表面均匀涂布活性物质；所述真空加热腔室设有至少一套真空加热装置，用于在真空环境中加热烘干涂布活性物质的集流体，以保证活性物质充分固化并较好的结合在集流体表面。
在所述前处理腔室之前还设有基材的放卷装置，在所述真空加热腔室之后还设有成材的收卷装置。
为了获得更有益的前处理效果，优选地，在每一个所述除油槽、电化学刻蚀槽和清洗槽内，均分别设有溢流装置、加热装置和超声装置，溢流装置用于保证槽内溶液保持清洁状态，加热装置用于进一步加强基材表面清理、刻蚀效果，超声装置用于进一步加强基材表面清理、刻蚀效果。
优选的，至少设有两个串联的所述磁控溅射镀膜腔室，用于磁控溅射不同层次的导电和/或耐蚀涂层，且每个腔室分别设有独立的真空抽气系统。所述磁控溅射靶材为金属靶材、石墨靶材，所述金属靶材为铜、铬、镍、镍基合金、铜基合金等导电耐蚀靶材中的一种。
优选的，所述磁控溅射镀膜腔室内设有加热装置，用于控制涂层沉积温度，进一步改善涂层结合力、内应力、致密性及微观结构。
优选的，所述真空抽气系统是由包括PLC控制系统、维持泵、机械泵、罗茨泵、扩散泵或分子泵、真空计、压力传感器中的两种以上组成。
优选的，所述烘干腔室可配置真空抽气系统，用以在低真空环境中对基材进行加热烘干，防止基材氧化导致界面电阻增加、结合强度下降。
优选的，所述活性物质涂布腔室内设有压合辊装置，用于提高活性物质涂布致密度与结合力，所述压合辊间压合压力为10～100 kN/cm。
本发明的一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置中，各个腔室均为独立、可便捷拆装的模块，根据实际制备工艺需求，可随意变动各个模块数量及位置。
本发明的一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的生产方法，其特征在于，在所述连续卷对卷生产装置中进行，包括以下步骤：
（1）放卷后，依次对基材进行前处理，然后将基材烘干；
（2）对基材进行等离子体清洗，获得洁净的基材；
（3）对基材进行磁控溅射镀膜，在基材表面沉积导电和/或耐蚀涂层；
（4）在基材的涂层表面均匀涂布活性物质；
（5）在真空环境中加热烘干所述基材，固化其表面活性物质，收卷即可获得所述锂离子电池集流体成材；
所述前处理为除油污、电化学刻蚀、热流体清洗、烘干等多种处理方式中的一种或多种的组合；
所述集流体的基材为金属铜、铝、不锈钢长卷箔材的一种，或者为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯及其衍生物、交联物、共聚物长卷片材中的一种，所述基材的材料厚度为1.0～20.0um；
所述导电和/或耐蚀涂层的材料为石墨烯、非晶碳、碳纳米管、硅基材料、铜、铝、镍、铬、镍基合金、铜基合金中的一种或多种，所述导电和/或耐蚀涂层的厚度为0.01～5.00um。
优选地，所述等离子体清洗、磁控溅射或者真空烘干过程的真空度分别控制在0.001～0.05Pa；所述活性物质涂布过程为真空状态，真空度控制在0.1～1Pa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过基材清洗、电化学刻蚀、等离子体清洗等前处理工序，提升了基材表面粗糙度和表面活性，提高了基材与表面材料界面间的结合强度，并降低了接触电阻；通过磁控溅射的方法在基材表面沉积了高致密、耐蚀、导电涂层，不仅提升了集流体耐蚀能力，还提高了集流体与活性物质间结合强度；此外，通过连续卷对卷、多腔室磁控溅射设备的设计，实现了安全、轻量、高界面结合强度、低接触电阻集流体的高效率制备。本发明制备锂离子电池集流体效率高、质量好、成本低，对加快锂离子电池产业化发展具有重要意义。
附图说明
图1时本发明的设备的一种实施方案的示意图；
图中，1-放卷装置，2-前处理腔室，3-烘干腔室，4-等离子体清洗腔室，5-过渡腔室，6-磁控溅射镀膜腔室，7-活性物质涂布腔室，8-真空加热腔室，9-收卷装置；21-除油槽，22-电化学刻蚀槽，23-清洗槽；31-烘干加热装置，41-等离子体离子源，51-真空抽气系统，61-磁控溅射靶材，71-涂布装置，72-压合辊装置，81-真空加热装置。
图2是本发明实施例1中铜箔基材经处理后表面扫描电子显微镜形貌。
图3是本发明实施例1中铜箔基材经处理后Raman光谱分析结果。
所附附图并非按照比例绘制，旨在展示本发明的基本原理和基本结构，附图中的各结构特征和部件均采用了简化的画法。本发明技术方案所覆盖的实施方式也不限于所附附图所举实施方式和实施例。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，包括：依次串联的前处理腔室2、烘干腔室3、等离子体清洗腔室4、磁控溅射镀膜腔室6、活性物质涂布腔室7和真空加热腔室8；各腔室中设有连续的卷材传输通道，用于将所述各腔室相互连通起来；其中，在等离子体清洗腔室4、磁控溅射镀膜腔室6、活性物质涂布腔室7以及真空加热腔室8内，分别设有由机械泵、罗茨泵、分子泵组成的独立的真空抽气系统51，用以控制各腔室内的真空度，且为了调控不同腔室的真空度不受卷材传输的干扰，在每个腔室的入口前和出口后均设有过渡腔室5；
前处理腔室2由依次串联的一个除油槽21、一个电化学刻蚀槽22和一个清洗槽23组成；
基材为厚度8um、宽度0.5m的铜箔；
除油槽21中的除油液为氢氧化钠和十二烷基硫酸钠的混合水溶液；
电化学刻蚀槽22以石墨片作为电极，以0.5 mol/L CuSO4溶液作为电解液；
清洗槽23中清洗液为电导率小于10 uS/cm的去离子水；
烘干腔室3的腔室内两侧分别设有烘干加热装置31，通过温度传感器控制腔内温度在25～200℃，分辨率为±1℃；
等离子体清洗腔室4内设有两个离子源41；
磁控溅射腔室6内设有两块磁控溅射石墨靶材61，用于在铜箔表面沉积类石墨碳涂层，以提高铜箔表面与碳活性物质间的结合强度；
活性物质涂布腔室7内设有一套涂布装置71，用于将由磷酸铁锂、导电炭黑以及聚偏氟乙烯混合组成的活性物质均匀涂布在基材上，随后经压合辊装置72压合，进一步增加涂布活性物质致密度及与基材材料间的结合强度；
在真空烘干腔室8的腔室两侧分别设有真空加热装置，通过温度传感器控制腔内温度在25～200℃，分辨率为±1℃；
由放卷装置1、收卷装置9以及布置在各个腔室内的定位辊、支撑辊组成卷绕输送系统，传输速率可控范围为1～10 m/min。
连续卷对卷生产锂离子电池集流体的方法，具体步骤如下：
（1）由放卷装置1放卷，将铜箔基材传送入除油槽21中，在除油液内持续时间为5min；接着传入电化学刻蚀槽22，在10mA/cm2的电流密度下进行电化学刻蚀，持续时间为10min；然后传入水洗槽23的去离子水中进行表面清洗，清洗时长为3min；
（2）清洗后基材进入烘干腔室3，在烘干温度保持恒温100℃，基材加热烘干10min后进入过渡腔室；所有过渡腔室内均保持真空度为0.05Pa；
（3）等离子体清洗腔室4内的真空度维持在0.005Pa，待基材传入后，通入氩气使等离子体清洗腔室4的工作气压至0.01Pa，随后开启离子源对基材表面进行等离子体溅射清洗，清洗时间为10min后进入过渡腔室；
（4）磁控溅射腔室6的真空度维持在0.008Pa，待基材传入磁控溅射腔室6后通入压力，维持工作压力为0.01Pa，随后开启石墨靶材电源溅射石墨靶材，在铜箔表面沉积0.2um厚的碳涂层，沉积时间10min；
（5）基材经过渡腔室传输进入活性物质涂布腔室7，活性物质涂布腔室7的工作压力为0.1Pa，基材的停留时间为10min；基材被均匀涂布活性物质后，再经压合辊装置71压合，进一步增加涂布活性物质致密度及与基材材料间的结合强度，压合辊间压力为50 kN/cm；
（6）基材经过过渡腔室进入真空加热腔室8，室内温度维持120℃，压力维持为1.0Pa，烘干时间为2h；集流体成材经过渡腔室平衡压力后，在收卷装置9上完成收卷。
铜箔基材经上述（2）、（3）步骤处理后接触角由86°减小至42°，接触角的显著降低意味着铜箔表面能的提高，有利于提升表面涂层与铜箔间结合强度。此外，铜箔基材经过上述（2）~（4）步骤处理后，在0.25MPa下与石墨活性物质间接触电阻为7.8 mΩ·cm2，低于传统纯铜箔与石墨活性物质间的接触电阻16.2 mΩ·cm2。另外，经过上述（2）~（4）步骤处理后的铜箔接触角进一步降低至32°，有利于进一步提升处理后基材与活性物质界面间结合强度。经过上述（2）~（4）步骤处理后表面扫描电子显微镜形貌如附图2所示，表面沉积碳涂层Raman光谱如附图3所示。形貌和Raman分析结果表明，所制备的碳涂层为致密的类石墨非晶碳涂层，该涂层具有优异的耐蚀导电性，可对铜箔具有较好的防腐保护作用。
实施例2
一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，包括：依次串联的前处理腔室2、烘干腔室3、等离子体清洗腔室4、磁控溅射镀膜腔室6、活性物质涂布腔室7和真空加热腔室8；各腔室中设有连续的卷材传输通道，用于将所述各腔室相互连通起来；其中，在等离子体清洗腔室4、磁控溅射镀膜腔室6、活性物质涂布腔室7以及真空加热腔室8内，分别设有由机械泵、罗茨泵、分子泵组成的独立的真空抽气系统51，用以控制各腔室内的真空度，且为了调控不同腔室的真空度不受卷材传输的干扰，在每个腔室的入口前和出口后均设有过渡腔室5；
前处理腔室2由依次串联的一个除油槽21和一个清洗槽23组成；
基材为厚度6um、宽度0.5m的聚酰亚胺片材，以降低锂离子电池制备成本、提高锂离子电池质量能量密度；
除油槽21中的除油液为氢氧化钠和十二烷基硫酸钠的混合水溶液；
清洗槽23中清洗液为电导率小于10 uS/cm的去离子水；
烘干腔室3的腔室内两侧分别设有烘干加热装置31，通过温度传感器控制腔内温度在25～200℃，分辨率为±1℃；
等离子体清洗腔室4内设有两个离子源41；
磁控溅射腔室6内设有4块磁控溅射靶材61，分别为3块金属铜靶材和1块石墨靶材；3块铜靶材均布置在石墨靶材前序工艺方向，在基材表面先沉积导电Cu薄膜；石墨靶材在基材沉积了Cu薄膜的表面进一步沉积类石墨碳涂层，以提高基材表面与碳活性物质间的结合强度；
活性物质涂布腔室7内设有一套涂布装置71，用于将由磷酸铁锂、导电炭黑以及聚偏氟乙烯混合组成的活性物质均匀涂布在基材上，随后经压合辊装置72压合，进一步增加涂布活性物质致密度及与基材材料间的结合强度；
在真空烘干腔室8的腔室两侧分别设有真空加热装置，通过温度传感器控制腔内温度在25～200℃，分辨率为±1℃；
由放卷装置1、收卷装置9以及布置在各个腔室内的定位辊、支撑辊组成卷绕输送系统，传输速率可控范围为1～10 m/min。
连续卷对卷生产锂离子电池集流体的方法，具体步骤如下：
（1）由放卷装置1放卷，将聚酰亚胺基材传送入除油槽21中，在除油液内持续时间为3min；接着传入水洗槽23的去离子水中进行表面清洗，清洗时长为3min；
（2）清洗后基材进入烘干腔室3，在烘干温度保持恒温100℃，基材加热烘干10min后进入过渡腔室；所有过渡腔室内均保持真空度为0.05Pa；
（3）等离子体清洗腔室4内的真空度维持在0.005Pa，待基材传入后，通入氩气使等离子体清洗腔室4的工作气压至0.01Pa，随后开启离子源对基材表面进行等离子体溅射清洗，清洗时间为10min后进入过渡腔室；
（4）磁控溅射腔室6的真空度维持在0.005Pa，待基材传入磁控溅射腔室6后通入压力，维持工作压力为0.01Pa，随后开启铜靶材溅射电源溅射铜靶材，在基材表面首先沉积2um厚的Cu薄膜，沉积时间30min；接着开启石墨靶材电源溅射石墨靶材，在Cu薄膜表面再沉积0.2um厚的碳涂层，沉积时间10min；
（5）基材经过渡腔室传输进入活性物质涂布腔室7，活性物质涂布腔室7的工作压力为0.1Pa，基材的停留时间为10min；基材被均匀涂布活性物质后，再经压合辊装置71压合，进一步增加涂布活性物质致密度及与基材材料间的结合强度，压合辊间压力为50 kN/cm；
（6）基材经过过渡腔室进入真空加热腔室8，室内温度维持120℃，压力维持为1.0Pa，烘干时间为2h；集流体成材经过渡腔室平衡压力后，在收卷装置9上完成收卷。
聚酰亚胺基材经上述（2）、（3）步骤处理后接触角由75°减小至55°，接触角的显著降低意味着聚酰亚胺表面能的提高，有利于提升表面涂层与聚酰亚胺基材间结合强度。此外，聚酰亚胺基材经过上述（2）~（4）步骤处理后，在0.25MPa下与石墨活性物质间接触电阻为13.2 mΩ·cm2，低于传统纯铜箔与石墨活性物质间的接触电阻16.2 mΩ·cm2。另外，经过（2）~（4）步骤处理后的聚酰亚胺接触角进一步降低至46°，有利于进一步提升处理后基材与活性物质界面间结合强度。
实施例3
一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，包括：依次串联的前处理腔室2、烘干腔室3、等离子体清洗腔室4、磁控溅射镀膜腔室6、活性物质涂布腔室7和真空加热腔室8；各腔室中设有连续的卷材传输通道，用于将所述各腔室相互连通起来；其中，在等离子体清洗腔室4、磁控溅射镀膜腔室6、活性物质涂布腔室7以及真空加热腔室8内，分别设有由机械泵、罗茨泵、分子泵组成的独立的真空抽气系统51，用以控制各腔室内的真空度，且为了调控不同腔室的真空度不受卷材传输的干扰，在每个腔室的入口前和出口后均设有过渡腔室5；
前处理腔室2由依次串联的2个除油槽21和一个清洗槽23组成；
基材为厚度10um、宽度0.5m的铝箔，以降低锂离子电池制备成本、提高锂离子电池质量能量密度；
第一个除油槽21中的除油液为氢氧化钠和十二烷基硫酸钠的混合水溶液，第二个除油槽21中的除油液为稀硫酸；
清洗槽23中清洗液为电导率小于10 uS/cm的去离子水；
烘干腔室3的腔室内两侧分别设有烘干加热装置31，通过温度传感器控制腔内温度在25～200℃，分辨率为±1℃；
等离子体清洗腔室4内设有两个离子源41；
磁控溅射腔室6内设有2块磁控溅射石墨靶材61，在铝箔表面沉积类非晶碳涂层，以提高基材表面与碳活性物质间的结合强度；
活性物质涂布腔室7内设有一套涂布装置71，用于将由磷酸铁锂、导电炭黑以及聚偏氟乙烯混合组成的活性物质均匀涂布在基材上，随后经压合辊装置72压合，进一步增加涂布活性物质致密度及与基材材料间的结合强度；
在真空烘干腔室8的腔室两侧分别设有真空加热装置，通过温度传感器控制腔内温度在25～200℃，分辨率为±1℃；
由放卷装置1、收卷装置9以及布置在各个腔室内的定位辊、支撑辊组成卷绕输送系统，传输速率可控范围为1～10 m/min。
连续卷对卷生产锂离子电池集流体的方法，具体步骤如下：
（1）由放卷装置1放卷，将铝箔基材传送入第一个除油槽21中，进行3min的表面除油，随后进入第二储油槽21的稀硫酸中，进行3min的表面氧化物去除；接着传入水洗槽23的去离子水中进行表面清洗，清洗时长为3min；
（2）清洗后基材进入烘干腔室3，在烘干温度保持恒温100℃，基材加热烘干10min后进入过渡腔室；所有过渡腔室内均保持真空度为0.05Pa；
（3）等离子体清洗腔室4内的真空度维持在0.007Pa，待基材传入后，通入氩气使等离子体清洗腔室4的工作气压至0.01Pa，随后开启离子源对基材表面进行等离子体溅射清洗，清洗时间为10min后进入过渡腔室；
（4）磁控溅射腔室6的真空度维持在0.005Pa，待基材传入磁控溅射腔室6后通入压力，维持工作压力为0.01Pa，接着开启石墨靶材电源溅射石墨靶材，在铝箔表面沉积0.25um厚的非晶碳涂层，沉积时间13min；
（5）基材经过渡腔室传输进入活性物质涂布腔室7，活性物质涂布腔室7的工作压力为0.1Pa，基材的停留时间为10min；基材被均匀涂布活性物质后，再经压合辊装置71压合，进一步增加涂布活性物质致密度及与基材材料间的结合强度，压合辊间压力为50 kN/cm；
（6）基材经过过渡腔室进入真空加热腔室8，室内温度维持120℃，压力维持为1.0Pa，烘干时间为2h；集流体成材经过渡腔室平衡压力后，在收卷装置9上完成收卷。
铝箔基材经上述（2）、（3）步骤处理后接触角由81°减小至65°，接触角的降低意味着铝箔表面能的提高，有利于提升表面涂层与铝箔基材间结合强度。此外，铝箔基材经过上述（2）~（4）步骤处理后，在0.25MPa下与石墨活性物质间接触电阻为11.6 mΩ·cm2，低于传统纯铝箔与石墨活性物质间的接触电阻16.2 mΩ·cm2。另外，经过（2）~（4）步骤处理后的铝箔接触角进一步降低至33°，有利于进一步提升处理后基材与活性物质界面间结合强度。
Claims (10)
1.一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，包括：
依次串联的前处理腔室、烘干腔室、等离子体清洗腔室、磁控溅射镀膜腔室、活性物质涂布腔室和真空加热腔室；所述各腔室中设有连续的卷材传输通道，将所述各腔室相互连通起来；其中，在所述等离子体清洗腔室、磁控溅射镀膜腔室、活性物质涂布腔室以及真空加热腔室内，分别设有独立的真空抽气系统，在每个腔室的入口前和出口后均设有过渡腔室；
所述前处理腔室中至少设有一个除油槽、一个电化学刻蚀槽和一个清洗槽；所述等离子体清洗腔室内设有至少一个等离子体离子源；所述磁控溅射镀膜腔室内设有多个磁控溅射靶材；所述活性物质涂布腔室内至少设有一台涂布装置；所述真空加热腔室设有至少一套真空加热装置。
2.根据权利要求1所述的连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，在所述前处理腔室之前还设有基材的放卷装置，在所述真空加热腔室之后还设有成材的收卷装置。
3.根据权利要求1所述的连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，在每一个所述除油槽、电化学刻蚀槽和清洗槽内，分别设有溢流装置、加热装置和超声装置；所述磁控溅射镀膜腔室内设有加热装置；所述烘干腔室配置真空抽气系统。
4.根据权利要求1所述的连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，至少设有两个串联的所述磁控溅射镀膜腔室，且每个腔室分别设有独立的真空抽气系统。
5.根据权利要求1所述的连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，所述磁控溅射靶材为金属靶材、石墨靶材，所述金属靶材为铜、铬、镍、镍基合金、铜基合金等导电耐蚀靶材中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，所述真空抽气系统是由包括PLC控制系统、维持泵、机械泵、罗茨泵、扩散泵或分子泵、真空计、压力传感器中的两种以上组成。
7. 根据权利要求1所述的连续卷对卷生产锂离子电池集流体的装置，其特征在于，所述活性物质涂布腔室内设有压合辊装置，所述压合辊间压合压力为10～100 kN/cm。
8.一种连续卷对卷生产锂离子电池集流体的生产方法，其特征在于，在如权利要求1～7所述的连续卷对卷生产装置中进行，包括以下步骤：
（1）放卷后，依次对基材进行前处理，然后将基材烘干；
（2）对基材进行等离子体清洗，获得洁净的基材；
（3）对基材进行磁控溅射镀膜，在基材表面沉积导电和/或耐蚀涂层；
（4）在基材的涂层表面均匀涂布活性物质；
（5）在真空环境中加热烘干所述基材，固化其表面活性物质，收卷即可获得所述锂离子电池集流体成材；
所述基材为金属铜、铝、不锈钢长卷箔材的一种，或者为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯及其衍生物、交联物、共聚物长卷片材中的一种，所述基材的材料厚度为1.0～20.0um。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述前处理为除油污、电化学刻蚀、热流体清洗、烘干等多种处理方式中的一种或多种的组合；
所述导电和/或耐蚀涂层的材料为石墨烯、非晶碳、碳纳米管、硅基材料、铜、铝、镍、铬、镍基合金、铜基合金中的一种或多种，所述导电和/或耐蚀涂层的厚度为0.01～5.00 um。
10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述等离子体清洗、磁控溅射或者真空烘干过程的真空度分别控制在0.001～0.05Pa；所述活性物质涂布过程为真空状态，真空度控制在0.1～1Pa。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117059399A (zh) * | 2023-10-11 | 2023-11-14 | 北京航空航天大学宁波创新研究院 | 一种基于卷对卷的介质电容制备方法及介质电容 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101555589A (zh) * | 2009-05-20 | 2009-10-14 | 哈尔滨商业大学 | 连续卷绕式磁控溅射双面陶瓷高阻隔膜装置 |
| CN109402589A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-01 | 重庆天齐锂业有限责任公司 | 一种磁控溅射制备超薄金属锂薄膜的方法及系统 |
| CN110661002A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-01-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片和电化学装置 |
| CN110752377A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-02-04 | 江西理工大学 | 涂覆类石墨薄膜的电池集流体及其制备方法、制备的极片 |
| CN110911692A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-24 | 武汉大学 | 一种耐蚀液态金属电池正极集流体 |
-
2021
- 2021-12-02 CN CN202111460535.3A patent/CN114361608A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101555589A (zh) * | 2009-05-20 | 2009-10-14 | 哈尔滨商业大学 | 连续卷绕式磁控溅射双面陶瓷高阻隔膜装置 |
| CN110661002A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-01-07 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片和电化学装置 |
| CN109402589A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-01 | 重庆天齐锂业有限责任公司 | 一种磁控溅射制备超薄金属锂薄膜的方法及系统 |
| CN110752377A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-02-04 | 江西理工大学 | 涂覆类石墨薄膜的电池集流体及其制备方法、制备的极片 |
| CN110911692A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-24 | 武汉大学 | 一种耐蚀液态金属电池正极集流体 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117059399A (zh) * | 2023-10-11 | 2023-11-14 | 北京航空航天大学宁波创新研究院 | 一种基于卷对卷的介质电容制备方法及介质电容 |
| CN117059399B (zh) * | 2023-10-11 | 2024-01-26 | 北京航空航天大学宁波创新研究院 | 一种基于卷对卷的介质电容制备方法及介质电容 |
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