CN207993693U - 一种纸基电极生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纸基电极生产系统，纸质基板的一卷端部位于放料装置，纸质基板的另一卷端部位于收料装置，传输装置用于张紧纸质基板的中部，并将纸质基板从放料装置传输至收料装置，纸质基板的传输路经处设有加工单元，加工单元包括喷涂装置、辊压装置和烘干装置，沿纸质基板的传输方向依次设置喷涂装置、辊压装置和烘干装置，喷涂装置用于将电极浆料喷涂在纸质基板的表面，辊压装置用于辊压整平电极浆料，烘干装置用于烘干电极浆料。本实用新型通过对纸质基板的传送，以及喷涂装置、辊压装置和烘干装置的设置，使纸基电极的生产工艺更简单，成本更低，生产效率更高，产品一致性更好，合格率更高，可实现大规模生产。

Description

一种纸基电极生产系统

技术领域

本实用新型涉及超级电容器用纸基电极领域，具体涉及一种纸基电极生产系统。

背景技术

超级电容器，亦可称为电化学电容器、双电层电容器等，是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其能量储存不需经由氧化还原反应，而藉由电解质离子在电极与电解质界面之间的移动，将电荷吸附在电极表面上，与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能量密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命，而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染，还具有充放电速度快，节能、安全、无需人工维护等优点。

超级电容器的构造和制备方法有很多种，但其电极大多是采用在金属基底上覆盖或附着活性电极材料而制成的，不仅成本高，而且操作流程和生产工艺均较复杂，甚至有些方法还难以实现规模化生产。然而，纸基超级电容器的电极基底则是采用纸张，是一种即用即弃材料,相对于金属基底电极，它不仅具有生产成本低，而且还能用于制成十分薄而小的柔性超级电容器，并用于芯片式集成器件。例如纸基柔性集成传感器的小型化、集成化、智能化的发展，在电子皮肤、生物医药、可穿戴电子产品和航空航天中将发挥其重要作用。

尽管纸基超级电容器的生产成本低，但是目前关于纸基超级电容器的研发成果并不多见。原因在于，采用纸质基底的超级电容器存在着以下主要缺陷：纸质基底不耐高温，而且难以在纸张表面覆盖和附着活性电极材料，加工工艺复杂，多数液态电解液对纸质基底表面所覆盖的活性电极材料难以兼容，更重要的是纸基超级电容器大多都停留在实验室研发阶段，尤其是采用铅笔芯在纸质基底上涂画石墨层的工艺既费时又费事，存在难以规模化生产等的不足。

发明内容

为了改善以上不足，本实用新型提供一种纸基电极生产系统，其能够实现纸基电极的大规模生产。本实用新型通过以下技术方案实现：一种纸基电极生产系统，包括纸质基板、放料装置、传输装置和收料装置，所述纸质基板的一卷端部位于所述放料装置，所述纸质基板的另一卷端部位于所述收料装置，所述传输装置用于张紧所述纸质基板的中部，并将所述纸质基板从所述放料装置传输至所述收料装置，所述纸质基板的传输路经处设有加工单元，所述加工单元包括喷涂装置、辊压装置和烘干装置，沿所述纸质基板的传输方向依次设置所述喷涂装置、所述辊压装置和所述烘干装置，所述喷涂装置用于将电极浆料喷涂在所述纸质基板的表面，所述辊压装置用于辊压整平所述电极浆料，所述烘干装置用于烘干所述电极浆料。

优选的，所述加工单元包括第一加工单元和第二加工单元，沿所述纸质基板的传输方向依次设置所述第一加工单元和所述第二加工单元，所述第一加工单元包括第一喷涂装置、第一辊压装置和第一烘干装置，所述第二加工单元包括第二喷涂装置、第二辊压装置和第二烘干装置，所述第一喷涂装置用于喷涂所述纸质基板的正面，所述第一辊压装置用于辊压整平正面的所述电极浆料，所述第一烘干装置用于烘干正面的所述电极浆料，所述第二喷涂装置用于喷涂所述纸质基板的反面，所述第二辊压装置用于辊压整平反面的所述电极浆料，所述第二烘干装置用于烘干反面的所述电极浆料。

优选的，所述辊压装置包括两可转动的辊轴，所述纸质基板的中部穿过两所述辊轴之间，并与一所述辊轴接触同步、与另一所述辊轴保持微米级的间距。

优选的，还包括混合装置，所述混合装置用于将制备所述电极浆料的原料混合均匀。

优选的，还包括储存容器和超声波发生器，所述储存容器用于储存所述电极浆料，所述超声波发生器用于震荡储存的所述电极浆料。

优选的，所述混合装置包括均质机和分散机中的至少一种。

优选的，所述烘干装置的烘干温度为100～160℃。

本实用新型通过对纸质基板的传送，以及喷涂装置、辊压装置和烘干装置的设置，使纸基电极的生产工艺更简单，成本更低，生产效率更高，产品一致性更好，合格率更高，可实现大规模生产。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例纸基电极的横截面示意图；

图2为本实用新型实施例纸基平面型对称超级电容器主体部分的横截面示意图；

图3为本实用新型实施例纸基电极生产系统的结构原理示意图。

图中各标号对应如下，正极连接板11，负极连接板12，第一电极涂层21，第二电极涂层22，纸质基板3，放料装置4，第一喷涂装置51，第二喷涂装置52，第一主动辊轴61，第一从动辊轴62，第一烘干装置71，第二烘干装置72，第二主动辊轴81，第二从动辊轴82，传输装置9，收料装置10。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：

作为一种示例，本实施例用于超级电容器的纸基电极，如图1所示，为平面对称型，其由亲水憎油的纸材作为纸质基板3，纸质基板3的正面附着有第一电极涂层21，反面附着有第二电极涂层22，第一电极涂层21和第二电极涂层22均是由包括活性电极材料、粘结剂和溶剂的原料经混合均匀后制得的电极浆料形成，具体地，上述电极浆料可经喷涂、辊压整平以及烘干处理后形成第一电极涂层21和第二电极涂层22。

纸质基板3具有的多孔的纤维结构，能够增强与其它材料尤其是活性电极材料、电解质乃至后续的电子器件等的结合力；与活性电极材料和溶剂混合在一起的粘结剂，能够增强活性电极材料在纸质基底表面上的结合强度、柔韧性和稳定性，与单独通过粘结层粘结活性电极材料相比，其使活性电极材料具有更好的附着效果，结合强度更高，柔韧性和稳定性更好；制得的电极浆料不仅喷涂方便，而且利于辊压整平，使加工工艺更简单，成本更低，进而利于规模化生产。

作为一种示例，将上述的纸基电极应用于制备单片纸基平面型对称超级电容器时，一并参考图2所示，将经过烘干的上述纸基电极按照制备超级电容器所需尺寸进行裁剪，如裁切成35×55mm大小的长方形，然后将其浸渍电解液，并分别在第一电极涂层21和第二电极涂层22的表面连接正极连接板11和负极连接板12(例如金属铝箔或铜片等)，以便于引出正极、负极端子，最后用塑料薄膜过塑后封装成叠层单片纸基平面型对称超级电容器。纸质基板3亲水憎油的特性，使液态电解液与纸质基板3表面所覆盖的活性电极材料能很好地兼容。

作为一种示例，本实施例生产上述纸基电极的生产系统，如图3所示，包括纸质基板3、放料装置4、传输装置9和收料装置10，纸质基板3的一卷端部位于放料装置4，纸质基板3的另一卷端部位于收料装置10，传输装置9用于张紧纸质基板3的中部，并将纸质基板3从放料装置4传输至收料装置10，纸质基板3的传输路经处设有加工单元，加工单元包括喷涂装置、辊压装置和烘干装置，沿纸质基板3的传输方向依次设置喷涂装置、辊压装置和烘干装置，喷涂装置用于将电极浆料喷涂在纸质基板3的表面，辊压装置用于辊压整平电极浆料，烘干装置用于烘干电极浆料。该生产系统通过转轴式涂覆工艺，结合烘干装置的设置，生产工艺简单，成本低，生产效率高。

作为加工单元的一种优选实施方式，加工单元包括第一加工单元和第二加工单元，沿纸质基板3的传输方向依次设置第一加工单元和第二加工单元，第一加工单元包括第一喷涂装置51、第一辊压装置和第一烘干装置71，第一辊压装置可以第一主动辊轴61和第一从动辊轴62相配合的方式实施，第二加工单元包括第二喷涂装置52、第二辊压装置和第二烘干装置72，第二辊压装置可以第二主动辊轴81和第二从动辊轴82相配合的方式实施，第一喷涂装置51用于喷涂纸质基板3的正面，第一辊压装置用于辊压整平正面的电极浆料，第一烘干装置71用于烘干正面的电极浆料，第二喷涂装置52用于喷涂纸质基板3的反面，第二辊压装置用于辊压整平反面的电极浆料，第二烘干装置72用于烘干反面的电极浆料。

具体地，上述喷涂装置(如第一喷涂装置51和第二喷涂装置52)优选通过压力喷嘴来回往复地将电极浆料均匀喷洒在纸质基板3的表面；上述第一辊压装置和第二辊压装置的两辊轴可转动、间距固定，纸质基板3的中部穿过两辊轴之间，并与一辊轴(如第一主动辊轴61、第二主动辊轴81)接触同步、与另一辊轴(如第一从动辊轴62、第二从动辊轴82)保持微米级的间距(具体距离可根据所需电极涂层的厚度确定)，该结构利于纸质基板3的传送，并利于对电极浆料(如正面的、反面的)的辊压整平；第一烘干装置71将正面的电极浆料烘干，利于后续在对反面的喷涂及辊压整平时对正面电极涂层的保护，第二烘干装置72再次将电极浆料和纸质基板3烘干，不仅利于后续的传送卷收，而且还可使产品的一致性更好，合格率更高。

上述烘干装置(如第一烘干装置71、第二烘干装置72，可以加热器方式实施)的烘干温度优选为100～160℃，该温度范围烘干时间快、效果好。

上述生产系统优选还包括混合装置，混合装置用于将制备电极浆料的原料混合均匀，具体实施时，混合装置优选包括均质机和分散机中的至少一种，以利于大规模生产。

上述生产系统优选还包括储存容器和超声波发生器，储存容器用于储存制得的电极浆料，超声波发生器用于持续震荡储存的电极浆料，可选实施方式如将混合均匀的电极浆料倒入浆料池，同时浆料池通过超声波发生器的超声波连续震荡，通过超声波的连续震荡，可以防止电极浆料的沉积或分离，确保喷涂效果。

由上述纸基电极制得的超级电容器的原理是：依靠静电荷在电极表面与电解液之间的界面上进行移动来储存和释放电能，由于这种静电荷的移动或迁移完全是可逆的，因此，它使得超级电容器具有超长的使用寿命和无数次的充放电功能。该种双电层超级电容器一般由两个电极组成(正极与负极)，在两电极之间插入一种具有离子渗透和防止短路的分隔材料,例如上述所述的纸质基板3，可选如纸张，将两个电极隔离开来，分隔纸与两电极间的空隙则由电解液来填充，将两个电极与外部的正负极连接板相连，这样就构成了纸基平面型对称超级电容器。当对该种超级电容器充电时，在电极与电解液的界面上将生成带有相反电荷离子的两层，即所有的正离子迁移至负极，所有的负离子则迁移至正极，这就形成了所谓的“双电层”，由于这种两电层的形成，电极上的正负电荷与电解液中的相反电荷离子相吸引而使双电层稳定，在正负极间产生相对稳定的电位差，从而使充电后的超级电容器具有电压值。放电时，电极上的电荷迁移而在外电路中产生电流，电极与电解液界面上的离子迁移到电解液中呈电中性，这时在电极表面的电荷与电解液中的离子就处于混乱状态，从而使放电后的超级电容器的电压变为零。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

上面对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种纸基电极生产系统，其特征在于，包括纸质基板、放料装置、传输装置和收料装置，所述纸质基板的一卷端部位于所述放料装置，所述纸质基板的另一卷端部位于所述收料装置，所述传输装置用于张紧所述纸质基板的中部，并将所述纸质基板从所述放料装置传输至所述收料装置，所述纸质基板的传输路经处设有加工单元，所述加工单元包括喷涂装置、辊压装置和烘干装置，沿所述纸质基板的传输方向依次设置所述喷涂装置、所述辊压装置和所述烘干装置，所述喷涂装置用于将电极浆料喷涂在所述纸质基板的表面，所述辊压装置用于辊压整平所述电极浆料，所述烘干装置用于烘干所述电极浆料。

2.根据权利要求1所述的一种纸基电极生产系统，其特征在于，所述加工单元包括第一加工单元和第二加工单元，沿所述纸质基板的传输方向依次设置所述第一加工单元和所述第二加工单元，所述第一加工单元包括第一喷涂装置、第一辊压装置和第一烘干装置，所述第二加工单元包括第二喷涂装置、第二辊压装置和第二烘干装置，所述第一喷涂装置用于喷涂所述纸质基板的正面，所述第一辊压装置用于辊压整平正面的所述电极浆料，所述第一烘干装置用于烘干正面的所述电极浆料，所述第二喷涂装置用于喷涂所述纸质基板的反面，所述第二辊压装置用于辊压整平反面的所述电极浆料，所述第二烘干装置用于烘干反面的所述电极浆料。

3.根据权利要求1所述的一种纸基电极生产系统，其特征在于，所述辊压装置包括两可转动的辊轴，所述纸质基板的中部穿过两所述辊轴之间，并与一所述辊轴接触同步、与另一所述辊轴保持微米级的间距。

4.根据权利要求1所述的一种纸基电极生产系统，其特征在于，还包括混合装置，所述混合装置用于将制备所述电极浆料的原料混合均匀。

5.根据权利要求1所述的一种纸基电极生产系统，其特征在于，还包括储存容器和超声波发生器，所述储存容器用于储存所述电极浆料，所述超声波发生器用于震荡储存的所述电极浆料。

6.根据权利要求4所述的一种纸基电极生产系统，其特征在于，所述混合装置包括均质机和分散机中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种纸基电极生产系统，其特征在于，所述烘干装置的烘干温度为100～160℃。