CN220400626U - 一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，包括集流体，集流体的一面或两面设置有复合活性材料膜层，复合活性材料膜层包括依次设置于集流体表面的第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层，第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层的尺寸依次递减。本实用新型的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构具有粘结能力强、生产效率高、场地占用小、一致性优和能量密度高的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及钠离子电池技术领域，具体是指一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构。
背景技术
在钠离子电池的制程中，极片的制造过程中一般采用一次涂布和辊压，为了追求高的能量密度，增加涂布面密度是常用的方法，因此带来了以下几个问题：一是在烘干过程中粘接剂上浮，导致靠近箔材处的粘结剂含量降低，粘接能力下降；二是烘干过程易导致开裂和干燥程度难以平衡；三是需要涂布机烘箱长度，从而带来了更高的设备成本和场地投入；四也是最重要的，高面密度电极严重影响电极的压实密度，且靠近表面处压实高，靠近箔材处压实低，影响电解液浸润。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，具有粘结能力强、生产效率高、场地占用小、一致性优和能量密度高的特点。
本实用新型可以通过以下技术方案来实现：
本实用新型公开了一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，包括集流体，集流体的一面或两面设置有复合活性材料膜层，复合活性材料膜层包括依次设置于集流体表面的第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层，第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层的尺寸依次递减 。
在本实用新型中，第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层的尺寸依次递减，主要是基于多次辊压过程中的延展性考虑，保证上面的活性材料膜层可以完全贴合覆盖于下面的活性材料膜层上。
进一步地，第一活性材料膜层通过涂布方式设置于集流体表面，第二活性材料膜层通过涂布方式设置于第一活性材料膜层表面，第三活性材料膜层通过涂布方式设置于第二活性材料膜层表面，只需要采用现有的涂布设备和涂布工艺即可满足职称需求。
进一步地，第一活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在集流体表面，第二活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在第一活性材料膜层，第三活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在第二活性材料膜层。具体地，采用辊压方式即可实现不同正极材料膜层的相互压合，可以结合膜层厚度、材料特征考虑其延展性采用热辊压或冷辊压方式均可。
进一步地，涂布方式为辊涂、刮涂、喷涂、挤压涂布或转移涂布，均为现有成熟的涂布工艺，可以结合具体面密度需求灵活选用。
进一步地，第一活性材料膜层通过辊压在其表面形成规则或不规则纹路；第二活性材料膜层通过辊压在其表面形成规则或不规则纹路，以提升不同膜层之间的接触面积和结合能力。
进一步地，第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层的厚度依次梯度递减。膜层厚度的递减可以提升辊压过程中膜层压平的均匀性，避免膜层厚度的差异可能导致辊压部分区域的难度增加，实现极片较容易压平。
进一步地，活性材料为正极活性材料或负极活性材料，正极活性材料为聚阴离子材料、层状氧化物或普鲁士蓝，负极活性材料为硬碳、软碳或合金负极，可以适用于钠离子电池主要的正极材料、负极材料类型。
进一步地，集流体为铝箔、铜箔、铝网或铜网，为了满足钠离子传输和充分提高能量密度一般采用网状结构为宜，基于成本考虑一般采用铝材质较为合适。
进一步地，集流体与第一活性材料膜层结合面、第一活性材料膜层与第二活性材料膜层结合面、第二活性材料膜层与第三活性材料膜层结合面涂覆设置有导电胶层。通过设置导电胶层，不同膜层之间的结合能力更强。
本实用新型的另外一个方面在于保护钠离子电池，该钠离子电池采用上述极片结构层叠或卷绕而成。
本实用新型一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，具有如下的有益效果：
第一、粘结能力强，采用复合活性材料膜层结构，每次涂布的面密度足够小，可保证浆料在烘干过程中在厚度方向上的分布稳定，极片的粘接能力更强；
第二、生产效率高，低面密度对于烘干温度更低，涂布走速更快，且在烘干的前体下可以杜绝涂布过程中的开裂现象，即便经过多次涂布和辊压过程，能耗和效率指标并不比一次涂布辊压低；
第三、场地占用小，因为烘干效率高，所以涂布机的体积大小和场地投入会降低；
第四、一致性优，在每一次辊压过程中，所辊压的物料拥有足够小的面密度，辊压后可得到足够高的压实密度，且压实密度在厚度方向的分布一致性更好。
第五、能量密度高，更高的压实密度带来了更低的注液量，成本更低，且电池的重量降低，能量密度更高。
附图说明
图1-2为本实用新型两种类型的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构的结构示意图；
附图中的标记包括：100、正极集流体；200、正极材料层； 300、正极材料层；201、负极材料膜层；301、正极材料膜层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实用新型公开了一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，包括集流体100，集流体100的一面或两面设置有复合活性材料膜层，复合活性材料膜层包括依次设置于集流体表面的第一活性材料膜层201、第二活性材料膜层202、第三活性材料膜层203，第一活性材料膜层201、第二活性材料膜层202、第三活性材料膜层203的尺寸依次递减 。
在本实用新型中，为了实现连续化生产，第一活性材料膜层通过涂布方式设置于集流体表面，第二活性材料膜层通过涂布方式设置于第一活性材料膜层表面，第三活性材料膜层通过涂布方式设置于第二活性材料膜层表面。涂布之后，进行干燥，然后进行辊压，第一活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在集流体表面，第二活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在第一活性材料膜层，第三活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在第二活性材料膜层。具体地，涂布方式为辊涂、刮涂、喷涂、挤压涂布或转移涂布。
在本实用新型中，为了提升膜层之间结合力，第一活性材料膜层通过辊压在其表面形成规则或不规则纹路；第二活性材料膜层通过辊压在其表面形成规则或不规则纹路。据此，在辊压相同活性材料膜层的基础上，无需频繁擦拭压辊也不会造成对膜层的性能影响。
在本实用新型中，为了保证极片在辊压过程中的均匀性，第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层的厚度依次梯度递减。
在本实用新型中，对于活性材料和集流体的适用性没有特殊的要求，活性材料为正极活性材料或负极活性材料，正极活性材料为聚阴离子材料、层状氧化物或普鲁士蓝，负极活性材料为硬碳、软碳或合金负极。具体地，集流体为铝箔、铜箔、铝网或铜网。
在本实用新型中，为了保证保证膜层的紧密结合，，集流体与第一活性材料膜层结合面、第一活性材料膜层与第二活性材料膜层结合面、第二活性材料膜层与第三活性材料膜层结合面涂覆设置有导电胶层。
本实用新型的另外一个方面在于保护钠离子电池，该钠离子电池采用上述极片结构层叠或卷绕而成。
本实用新型的极片结构可以采用涂布/辊压一体化设备进行制备，具体工艺流程是：涂布机头上料→单面涂布→烘箱烘干→涂布机头上料→双面涂布→辊压→；将以上过程定义为A，A过程是传统涂布/辊压过程，其中A过程的单面和双面涂布面密度均较小。
将A过程重复多次，最终得到高面密度、高压实的复合结构的极片结构。重复过程可以是全自动化，也可以是半自动化。全自动化即可以通过若干辊道，将双面辊压后的卷料重新经过涂布机头，从而无缝衔接多个A过程；半自动化即A过程完成后，将双面辊压的卷料通过人工和机械的方式重新上到涂布机头。
与传统涂布/辊压方式相比，该方法突出之处在于多次涂布和多次辊压是连续进行的，在每个双面涂布完成后进行辊压，之后在进行下一次双面涂布。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如 “上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
上述实施例仅为本实用新型的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，包括集流体，其特征在于：所述集流体的一面或两面设置有复合活性材料膜层，所述复合活性材料膜层包括依次设置于集流体表面的第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层，所述第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层的尺寸依次递减 。
2.根据权利要求1所述的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，其特征在于：所述第一活性材料膜层通过涂布方式设置于集流体表面，所述第二活性材料膜层通过涂布方式设置于第一活性材料膜层表面，所述第三活性材料膜层通过涂布方式设置于第二活性材料膜层表面。
3.根据权利要求2所述的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，其特征在于：所述第一活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在集流体表面，所述第二活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在第一活性材料膜层，所述第三活性材料膜层涂布后通过辊压方式压合粘附在第二活性材料膜层。
4.根据权利要求3所述的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，其特征在于：所述涂布方式为辊涂、刮涂、喷涂、挤压涂布或转移涂布。
5.根据权利要求4所述的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，其特征在于：所述第一活性材料膜层通过辊压在其表面形成规则或不规则纹路；所述第二活性材料膜层通过辊压在其表面形成规则或不规则纹路。
6.根据权利要求5所述的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，其特征在于：所述第一活性材料膜层、第二活性材料膜层、第三活性材料膜层的厚度依次梯度递减。
7.根据权利要求6所述的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，其特征在于：所述集流体为铝箔、铜箔、铝网或铜网。
8.根据权利要求7所述的连续涂布、辊压成型的钠离子电池极片结构，其特征在于：所述集流体与第一活性材料膜层结合面、第一活性材料膜层与第二活性材料膜层结合面、第二活性材料膜层与第三活性材料膜层结合面涂覆设置有导电胶层。
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