CN210668540U - 预涂三维基材一体化制造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预涂三维基材一体化制造设备，包括沿基材走向依次放置的放卷单元、预涂单元、微孔加工单元和收卷单元。在基材正反两面先预涂导电层，再加工微孔，减少微孔加工缺陷的产生，从整体上保证基材预涂和微孔结构的一致性，提高后续活性物质的涂覆量及其与基材之间的粘合面积，同时水分、电解质、活性物质中的传导离子等成分可以更高效地通过微孔实现三维互通，提高电池的安全性、容量密度、生产效率、充放电倍率和循环寿命。

Description

预涂三维基材一体化制造设备

技术领域

本实用新型涉及二次电池技术领域，具体涉及一种预涂三维基材一体化制造设备。

背景技术

随着电子设备、电动汽车的普及，二次电池被广泛使用。传统的二次电池大多在二维的金属箔材表面涂布活性物质制成电极，为提高金属箔材与活性物质之间的粘接力，需要加入粘接剂，影响电池的能量密度和循环寿命，且这种无孔电极，水分的烘干及电解质的扩散一致性有限。

在金属箔材上设置通孔被认为是一种能改善电极电性能的方法，如公开为CN107871873A的中国专利所公开的，通过在金属箔表面分布微米级穿孔，可以增大活性物质与箔材之间的粘合面积，提高电解质的注入效率和水分烘干效率，提高电池的充放电倍率和产能。这种方法的缺陷是，在机械穿孔过程中可能产生裂纹、裂口等物理缺陷，限制了电池性能的改善幅度。

为此，中国专利CN107317035A公开了一种微孔涂碳铝箔的制备方法，在微孔铝箔表面涂覆导电浆料，弥补了因通孔造成的物理缺陷，且涂覆物以H型结构粘附在铝箔两面，后续将活性物质涂覆在导电层表面，不易掉落。其缺陷是，孔内填充了导电浆料，影响了传导离子通过。此外，导电浆料的导流性有限，为保证电池性能，通常涂覆厚度有限，一般为几微米，这种方式很难控制涂布均匀性及涂布厚度，比如穿孔孔径过大，薄涂时难以形成H型结构，且孔内导电浆料分布不均，影响电池性能，若孔径过小，导电浆料可能架设在微孔的上下开口处，而难以渗透进孔内，反而会增大内阻。

实用新型内容

为解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种预涂三维基材一体化制造设备，所制得的预涂三维基材能充分结合预涂和微孔的优势，且能保证较高的生产效率和产能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

预涂三维基材一体化制造设备，包括沿基材走向依次放置的放卷单元、预涂单元、微孔加工单元和收卷单元；

所述预涂单元，用于在基材的至少一面涂布导电层并干燥；

所述微孔加工单元，用于从预涂后基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔。

优选的，所述预涂单元的涂布方式为逆向微凹版涂布，涂布厚度优选为0.1～50μm。

优选的，所述预涂单元用于在基材的正反面涂布导电层并干燥。

优选的，所述预涂单元包括沿基材走向依次设置的正面预涂单元、干燥箱和反面预涂单元，所述干燥箱设有与所述正面预涂单元和所述反面预涂单元一一对应的双层烘道。

优选的，所述正面预涂单元和所述反面预涂单元的涂布方式均为逆向微凹版涂布。

优选的，所述正面预涂单元和所述反面预涂单元均包括微凹计量辊、刮刀和浆料槽，所述微凹计量辊部分浸在所述浆料槽中，通过旋转带起浆料，并利用刮刀定量、基材速度、微凹计量辊旋转速度来控制导电层厚度。

优选的，经所述微孔加工单元加工的所述微孔为毛刺微孔，孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm²，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm。

优选的，微孔加工方式为辊压。

优选的，所述微孔单元包括一对辊压模组和厚度辊，两所述辊压模组上均设有相互配合的凸起和凹孔，用于在基材正反两面形成对穿的毛刺微孔，然后通过厚度辊对毛刺进行碾压，以调控毛刺高度及毛刺方向。

本实用新型一个或多个实施例至少具有以下有益效果：

导电层用于增加基材对活性物质的浸润性和附着力，降低内阻，为避免影响电池性能，对导电层厚度及均匀性有较高要求，在基材两面先预涂导电层，可以很好地控制预涂均匀性，更为重要的是，导电层对基材具有保护作用，有效减少了微孔加工时缺陷产生，并从整体上保证了预涂及微孔结构的一致性。而且，由于微孔不会被导电层填充，后续涂布活性物质浆料时，微孔空腔内可全部用于填充活性物质，提高了活性物质的填充量，保证活性物质与基材之间的粘合面积以及电池极片内部结构的一致性，提高能量密度及电池的充放电倍率和循环寿命，此外水分、电解质、活性物质中的传导离子等成分可以更高效地通过微孔实现三维互通，提高电解质的注入效率和水分烘干效率。

本方案能实现基材预涂、微孔加工的一体化连续生产，提高三维基材的生产效率和产能。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的制造设备结构示意图；

图2为所制得的三维基材的一种结构示例；

图3为所制得的三维基材的另一种结构示例；

图中：100-放卷单元；201-正面预涂单元；202-干燥箱；203-反面预涂单元；204-微凹计量辊；205-刮刀；206-浆料槽；300-微孔加工单元；301-辊压模组；302-厚度辊；400-张力辊；500-收卷单元；601-基材；602-导电层；603-微孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系；涉及到数量描述，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数，数值范围的应理解为包括端值。

受电池极片性能的限制，现有电池还存在着循环寿命低、生产成本和运营维护成本高、充放电倍率及安全性不足等问题。为此，本实施例提供一种预涂三维基材一体化制造设备，包括沿基材走向依次放置的放卷单元、预涂单元、微孔加工单元和收卷单元，其中，预涂单元用于在基材的至少一面涂布导电层并干燥，微孔加工单元，用于从预涂后基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔，成卷的基材经放卷单元放卷后依次经过预涂单元、微孔加工单元后制成预涂三维基材，然后经收卷单元收卷。该设备充分考虑基材预涂和微孔的优势，在提高基材性能的基础上，能保证较高的生产效率和产能。

在基材上预涂导电层，可增加基材对后续活性物质的浸润性和附着力，降低内阻。为避免影响电池性能，对导电层厚度及均匀性有较高要求，在基材两面先预涂导电层，可以很好地控制预涂均匀性，更为重要的是，导电层对基材具有保护作用，有效减少了微孔加工时缺陷产生，并从整体上保证了预涂及微孔结构的一致性。

导电层可以采用公知的导电剂辅以粘结剂等助剂制成，导电剂包括但不限于导电炭黑、石墨烯、乙炔黑、碳纳米管、碳纳米管纤维中的至少一种，还可以添加含碳化合物或活性物质组分。

由于微孔不会被导电层填充，后续涂布活性物质浆料时，微孔空腔内可全部用于填充活性物质，提高了活性物质的填充量，保证活性物质与基材之间的粘合面积以及电池极片内部结构的一致性，提高能量密度及电池的充放电倍率和循环寿命，此外水分、电解质、活性物质中的传导离子等成分可以更高效地通过微孔实现三维互通，提高电解质的注入效率和水分烘干效率。

参见图1-3，为该预涂三维基材一体化制造设备的一示例性实施例，包括沿基材601走向依次设置的放卷单元100、正面预涂单元201、干燥箱202、反面预涂单元203、微孔加工单元300和收卷单元500，还包括间隔设置在各单元之间的若干张力辊400。基材601放卷后，经张力辊400、正面预涂单元201后在其正面形成导电层602，然后过干燥箱202的其中一个烘道烘干，再经张力辊400、反面预涂单元203在反面形成导电层602，经干燥箱202的另一个烘道烘干，再经微孔加工单元300后制成预涂三维基材，再经张力辊400，最后由收卷单元500收卷。采用一个双层烘箱与两个预涂单元搭配，能减少生产线占地面积。在实际应用中，也可根据需要，仅在基材601一面涂布导电层602，此时可以只配备一个预涂单元以及一个烘道。

基材601起导流作用，通常为金属箔，材质包括但不限于铜、铝、锂、镍、钢、钛、锡或其中两种以上的合金。

预涂单元用于在基材601的至少一面涂布导电层602并干燥，微孔加工单元300，用于从预涂后基材601的至少一面加工出若干贯穿的微孔603，成卷的基材601经放卷单元100放卷后依次经过预涂单元、微孔加工单元300后制成预涂三维基材，然后经收卷单元500收卷。

具体的，预涂为薄层涂覆时，可采用逆向微凹版涂布，单面的预涂厚度可控制在0.1～50μm。本实施例中，正面预涂单元201和反面预涂单元203均包括微凹计量辊204、刮刀205和浆料槽206，微凹计量辊204部分浸在浆料槽206中，通过旋转带起浆料，利用刮刀205定量、基材速度、微凹计量辊204旋转速度来控制导电层602厚度。

微孔加工单元300可以采用冲压、辊压或激光打孔等方式，其中，冲压包括高速小行程的单面冲压和双面配合冲压等，辊压包括单辊辊压和双辊辊压等。微孔优选为毛刺微孔，孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm²，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm，也可以是无毛刺微孔，孔径、孔密度和孔隙率范围与毛刺微孔相同。微孔形状可以是圆形、多边形或其他异形形状，排列方式可以是等距或非等距的规律排列。

本实施例中，微孔加工单元300包括一对辊压模组301和厚度辊302，两辊压模组301上均设有相互配合的凸起和凹孔，用于在基材601正反两面形成对穿的毛刺微孔，然后通过厚度辊302对毛刺进行碾压，以控制毛刺高度及毛刺方向。

如图2所示，为制得的一种预涂三维基材的结构示意图，微孔603为设置在基材601正反两面的、对穿的毛刺微孔，基材601两面及毛刺微孔内外壁均附着有导电层。若加工的微孔603为无毛刺微孔，则仅在基材601表面除无毛刺微孔以外的区域附着导电层602，如图3所示。

本实施方式能实现双面预涂、微孔加工的一体化连续生产，三维基材的生产效率高，能节约能耗，提高产能。比如，若单独进行预涂和微孔加工，每段工序独立收放卷，现场需配备的工人总数至少为3名，依次为预涂工序2名，微孔工序1名，而本方案的设备只需配备2名工人，节省人力成本30％以上。另外，由于结构紧凑，可以大幅减少设备投入、生产占地面积以及因多套收放卷而造成的基材头尾料损耗。

以上实施例是对本实用新型的解释，但是，本实用新型并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本实用新型的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，包括沿基材走向依次放置的放卷单元、预涂单元、微孔加工单元和收卷单元；

所述预涂单元，用于在基材的至少一面涂布导电层并干燥；

所述微孔加工单元，用于从预涂后基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔。

2.根据权利要求1所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，所述预涂单元的涂布方式为逆向微凹版涂布。

3.根据权利要求2所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，所述预涂单元的涂布厚度为0.1～50μm。

4.根据权利要求1所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，所述预涂单元用于在基材的正反面涂布导电层并干燥。

5.根据权利要求4所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，所述预涂单元包括沿基材走向依次设置的正面预涂单元、干燥箱和反面预涂单元，所述干燥箱设有与所述正面预涂单元和所述反面预涂单元一一对应的双层烘道。

6.根据权利要求5所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，所述正面预涂单元和所述反面预涂单元的涂布方式均为逆向微凹版涂布。

7.根据权利要求6所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，所述正面预涂单元和所述反面预涂单元均包括微凹计量辊、刮刀和浆料槽，所述微凹计量辊部分浸在所述浆料槽中。

8.根据权利要求1所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，经所述微孔加工单元加工的所述微孔为毛刺微孔，孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm²，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm。

9.根据权利要求8所述的预涂三维基材一体化制造设备，其特征在于，所述微孔单元包括一对辊压模组和厚度辊，两所述辊压模组上均设有相互配合的凸起和凹孔，用于在基材正反两面形成对穿的毛刺微孔，然后通过厚度辊对毛刺进行碾压，以调控毛刺高度及毛刺方向。

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