一种涂布机构、狭缝涂布装置及膜制备方法

一种涂布机构、狭缝涂布装置及膜制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种涂布机构、狭缝涂布装置及成膜方法，该涂布机构包括：底座、托台、可移动支撑部件和带喷嘴的流体贮存罐；托台和可移动支撑部件均固定在底座上；流体贮存罐固定在可移动支撑部件上，以在可移动支撑部件的带动下相对于托台移动；在流体贮存罐移动的过程中，流体贮存罐中的流体材料通过喷嘴涂布到托台固定的待涂布样品上直接成膜。本发明提供的机构、装置和方法用以解决现有技术中的凝胶聚合物锂离子电池成膜装置及方法，存在的成本高且成膜质量不佳的技术问题。提供了一种成本低且涂布均匀的狭缝涂布装置。
【专利说明】
一种涂布机构、狭缝涂布装置及膜制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电池制造设备技术领域，尤其涉及一种涂布机构、狭缝涂布装置及膜 制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池因具有工作电压高、循环寿命长、能量密度高、体积小、重量轻、污染小 等优点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑等电子产品中，并成为未来电动汽车用动力电 池的首选电源之一。而凝胶聚合物电解质具有液态电解质电池体系中的隔膜与离子导电的 载体双重功能。由于体系中不存在或存在少量游离态的溶剂，凝胶聚合物电解质可以从根 本上解决传统锂离子电池在使用过程中可能出现的漏液、易燃和爆炸等问题，显著提高了 锂离子电池的安全性能。另外，凝胶聚合物锂离子电池还体现出成本低廉、有利于发展形状 可控等一系列优点。因此，如何合成与电解液相容性好、微观结构理想并且具有一定机械强 度的聚合物电解质膜已成为目前研究的重点。
[0003] 现有的凝胶聚合物锂离子电池成膜的生产工艺工序十分复杂，往往先在隔膜上通 过卷状涂布机生成聚合物电解质膜，再将极片一膜一极片进行简单叠加来制备，这种传统 方法制备过程中需要进行电池卷绕隔膜和注液等工艺流程和设备，成本高且成膜不均匀， 导致电池性能不佳。
[0004] 也就是说，现有技术中的凝胶聚合物锂离子电池成膜装置及方法，存在成本高且 成膜质量不佳的技术问题。

【发明内容】

[0005] 本发明通过提供一种涂布机构、狭缝涂布装置及膜制备方法，解决了现有技术中 的凝胶聚合物锂离子电池成膜装置及方法，存在的成本高且成膜质量不佳的技术问题。
[0006] 为解决上述技术问题，一方面，本发明提供了如下技术方案：
[0007] -种涂布机构，所述涂布机构包括:底座、托台、可移动支撑部件和带喷嘴的流体 贮存罐;所述托台和所述可移动支撑部件均固定在所述底座上;其中，所述流体贮存罐固定 在所述可移动支撑部件上，以在所述可移动支撑部件的带动下相对于所述托台移动;其中， 在所述流体贮存罐移动的过程中，所述流体贮存罐中的流体材料通过所述喷嘴涂布到所述 托台固定的待涂布样品上直接成膜。
[0008] 可选的，所述可移动支撑部件包括:X轴可移动支撑件和X轴控制部件，所述X轴可 移动支撑件与所述X轴控制部件连接，以在所述X轴控制部件的控制下沿X轴方向往返移动； Z轴可移动支撑件和Z轴控制部件，所述Z轴可移动支撑件与所述Z轴控制部件连接，以在所 述Z轴控制部件的控制下沿Z轴方向往返移动;Y轴控制部件，所述Y轴控制部件与所述流体 贮存罐连接，以控制所述流体贮存罐沿Y轴方向往返移动;其中，所述流体贮存罐与所述Z轴 可移动支撑件连接，并通过所述Z轴可移动支撑件与所述X轴可移动支撑件连接，以使所述 流体贮存罐能沿所述X轴方向、所述Y轴方向和所述Z轴方向往返移动；其中，所述X轴方向、 所述Y轴方向和所述Z轴方向两两垂直。
[0009] 可选的，所述喷嘴为扁状的狭缝喷嘴。
[0010] 可选的，所述喷嘴通过流体过渡区与所述流体贮存罐连接;所述流体过渡区设置 有可控阀门，以控制所述流体材料从所述喷嘴流出的速度。
[0011] 可选的，所述喷嘴上设置有位移传感器，以监控所述喷嘴与所述待涂布样品的距 离。
[0012] 另一方面，提供一种狭缝涂布装置，所述装置包括：
[0013] 水平支撑台，所述水平支撑台上固定有第一方面所述的涂布机构、基底材料转移 机构和成膜恒温箱;其中，所述基底材料转移机构位于所述涂布机构和所述成膜恒温箱之 间，以将所述涂布机构涂布后的所述样品转移到所述成膜恒温箱中加热成膜。
[0014] 可选的，所述基底材料转移机构包括:转移底座、可旋转支撑体、纵向可升缩机械 臂、横向可升缩机械臂及夹持部件;其中，所述夹持部件依次通过所述横向可升缩机械臂、 所述纵向可升缩机械臂、所述可旋转支撑体和所述转移底座固定在所述水平支撑台上，以 使所述夹持部件能在所述可旋转支撑体的带动下旋转，在所述纵向可升缩机械臂和所述横 向可升缩机械臂的带动下沿纵向方向和横向方向往返运动;其中，所述纵向方向和所述横 向方向垂直。
[0015]可选的，所述夹持部件通过旋转连接件与所述横向可升缩机械臂连接，以能带动 所述夹持部件夹持的所述样品旋转翻面。
[0016] 可选的，所述成膜恒温箱包括:箱体，所述箱体上设置有箱体开口；所述基底材料 转移机构通过所述箱体开口将所述样品放入所述箱体内；温箱托台，设置于所述箱体内，以 支撑放置涂布后的所述样品；加热板和与所述加热板连接的温控装置，所述加热板和所述 温控装置均设置于所述箱体内，以控制所述箱体内部的温度。
[0017] 再一方面，提供一种膜制备方法，所述方法应用于第二方面所述的狭缝涂布装置， 所述方法包括：
[0018] 所述流体贮存罐在所述可移动支撑部件的带动下相对于所述托台移动，并通过所 述喷嘴将所述流体材料均匀涂布到所述托台固定的待涂布样品上；
[0019] 所述基底材料转移机构将涂布后的所述样品转移到所述成膜恒温箱中；
[0020] 通过所述成膜恒温箱对涂布后的所述样品加热，以在所述样品表面成膜。
[0021] 本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0022] 本申请实施例提供的机构、装置及方法，设置涂布机构的可移动支撑部件带动流 体贮存罐移动，从而通过喷嘴将流体贮存罐中的流体材料均匀涂布到待涂布样品上，实现 了膜的原位生成，一方面，可以减少凝胶聚合物电解质组分等流体材料在极片上的移动，增 强正负极片基体的浸润性，提高凝胶电解质与电极的界面相容性，有利于减小界面电阻，提 高循环稳定性和倍率性能；另一方面，省去了传统锂离子电池卷绕隔膜、注液的工艺流程， 节约成本，提高生产效率;再一方面，通过转移机构的控制，可以实现涂布成膜与上下游工 序的快速连接，且该装置结构简单，成本低，易于大规模生产。
【附图说明】
[0023] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的 附图。
[0024] 图1为本申请实施例中狭缝涂布装置的结构图；
[0025] 图2为本申请实施例中涂布机构的结构图；
[0026] 图3为本申请实施例中基底材料转移机构的结构图；
[0027] 图4为本申请实施例中成膜恒温箱的结构图；
[0028] 图5为本申请实施例中膜制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029] 本发明通过提供一种涂布机构、狭缝涂布装置及膜制备方法，解决了现有技术中 的凝胶聚合物锂离子电池成膜装置及方法，存在的成本高且成膜质量不佳的技术问题。提 供了一种成本低且涂布均匀的狭缝涂布装置。
[0030] 为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
[0031 ]本申请提供一种涂布机构，所述涂布机构包括：
[0032]底座、托台、可移动支撑部件和带喷嘴的流体贮存罐;所述托台和所述可移动支撑 部件均固定在所述底座上;其中，所述流体贮存罐固定在所述可移动支撑部件上，以在所述 可移动支撑部件的带动下相对于所述托台移动;其中，在所述流体贮存罐移动的过程中，所 述流体贮存罐中的流体材料通过所述喷嘴涂布到所述托台固定的待涂布样品上直接成膜。
[0033] 本申请实施例提供的机构、装置及方法，设置涂布机构的可移动支撑部件带动流 体贮存罐移动，从而通过喷嘴将流体贮存罐中的流体材料均匀涂布到样品上，实现了膜的 原位生成，一方面，可以减少凝胶聚合物电解质组分等流体材料在极片上的移动，增强正负 极片基体的浸润性，提高凝胶电解质与电极的界面相容性，有利于减小界面电阻，提高循环 稳定性和倍率性能；另一方面，省去了传统锂离子电池卷绕隔膜、注液的工艺流程及配套设 备，节约成本，提高生产效率;再一方面，通过转移机构的控制，可以实现涂布成膜与上下游 工序的快速连接，易于大规模生产。
[0034] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行 详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的 说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的 技术特征可以相互组合。
[0035] 实施例一
[0036]在本实施例中，提供了一种涂布机构2,请参考图1，图1为本申请实施例中狭缝涂 布装置的结构图，如图1所示，所述涂布机构2包括:底座200、托台201、可移动支撑部件202 和带喷嘴210的流体贮存罐240;所述托台201和所述可移动支撑部件202均固定在所述底座 200上；其中，所述流体贮存罐240固定在所述可移动支撑部件202上，以在所述可移动支撑 部件202的带动下相对于所述托台201移动；其中，在所述流体贮存罐240移动的过程中，所 述流体1C存罐240中的流体材料通过所述喷嘴210涂布到所述托台201固定的待涂布样品上 直接成膜。
[0037]具体来讲，所述样品可以为正极极片或负极极片中的一种或多种。
[0038] 在具体实施过程中，所述狭缝涂布装置可以用于锂离子电池制造和研发过程中的 凝胶电解质膜的涂布制备，也可以用于其他电池极片的制备，或纺织、镀膜或清洗等领域的 成膜制备，在此不作限制。
[0039] 下面，结合图1-2来详细介绍本实施例提供的涂布机构2的结构。
[0040] 如图1和图2所示，所述水平支撑台1位于所述装置的最底端，为涂布机构2、基底材 料转移机构3和成膜恒温箱4提供支撑平台。
[0041] 具体来讲，所述涂布机构2的主要作用是对样品涂布一定厚度的流体材料。所述托 台201是需要涂膜的所述样品的放置区；为了能对所述样品进行全面且可控的涂膜，所述可 移动支撑部件202包括：
[0042] X轴可移动支撑件220和X轴控制部件221，所述X轴可移动支撑件220与所述X轴控 制部件221连接，以在所述X轴控制部件221的控制下沿X轴方向往返移动；
[0043] Z轴可移动支撑件230和Z轴控制部件231，所述Z轴可移动支撑件230与所述Z轴控 制部件231连接，以在所述Z轴控制部件231的控制下沿Z轴方向往返移动；
[0044] Y轴控制部件241，所述Y轴控制部件241与所述流体贮存罐240连接，以控制所述流 体贮存罐240沿Y轴方向往返移动；
[0045]其中，所述流体贮存罐240与所述Z轴可移动支撑件230连接，并通过所述Z轴可移 动支撑件230与所述X轴可移动支撑件220连接，以使所述流体贮存罐240能沿所述X轴方向、 所述Y轴方向和所述Z轴方向往返移动;其中，所述X轴方向、所述Y轴方向和所述Z轴方向两 两垂直。
[0046]具体来讲，所述Y轴控制部件241能控制所述流体贮存罐240沿所述Y轴往返移动的 距离及速度，从而控制所述喷嘴210与托台201上的样品的距离。所述X轴控制部件221能通 过控制X轴可移动支撑件220沿所述X轴方向往返运动的速度和距离，并通过所述Z轴可移动 支撑件230的传动，控制所述流体贮存罐240沿所述X轴往返移动的距离及速度。所述Z轴控 制部件231能通过控制Z轴可移动支撑件230沿所述Z轴方向往返运动的速度和距离，带动控 制所述流体贮存罐240沿所述Z轴往返移动的距离及速度。
[0047] 在具体实施过程中，所述喷嘴210与所述样品在所述Y轴方向的距离为狭缝宽度， 所述狭缝宽度决定了涂布层的膜的厚度。
[0048] 在本申请实施例中，所述喷嘴210为扁状的狭缝喷嘴，以提高涂布效率。当然，所述 喷嘴也可以为圆柱形喷嘴或方形喷嘴，在此不作限制。
[0049] 具体来讲，所述狭缝喷嘴为流体喷出装置，所述狭缝喷嘴沿所述Z轴方向的宽度与 所述样品需要的涂布宽度一致，以实现所述流体贮存罐240能通过沿一个方向的一次移动 完成涂布。
[0050] 进一步，所述涂布宽度与正极/负极材料涂覆宽度一致，根据宽度的变化可以进行 对应宽度的狭缝喷嘴的更换;狭缝喷嘴沿X轴匀速前进或后退，速度范围为1 一300mm/s;狭 缝宽度为0.1 - 500M1;通过狭缝喷嘴的往返可以实现多层涂布。
[00511在本申请实施例中，所述喷嘴210通过流体过渡区242与所述流体贮存罐240连接； 所述流体过渡区242设置有可控阀门243,以控制所述流体材料从所述喷嘴210流出的速度。 [0052]具体来讲，所述流体贮存罐240及所述流体过渡区242用于所述流体材料的贮存及 过渡;所述可控阀门243设置于所述流体过渡区242底部，可以控制所述流体材料从所述流 体过渡区242到所述喷嘴210的路径开关状态，及路径通道开启大小。
[0053]进一步，所述喷嘴210上设置有位移传感器211，以监控所述喷嘴210与所述样品的 距离。
[0054] 具体来讲，所述位移传感器211用于实时监控所述狭缝宽度，当所述狭缝宽度偏移 设定值时，所述位移传感器211将提供电信号给所述Y轴控制部件241，从而控制所述喷嘴 210与托台201上的样品的距离，以对所述狭缝宽度进行调整。
[0055] 基于同一发明构思，本申请实施例还提供了实施例二的装置。
[0056] 实施例二
[0057]在本实施例中提供了一种狭缝涂布装置，如图1所示，所述装置包括：
[0058]水平支撑台1;所述水平支撑台1上固定有实施例一中提供的涂布机构2、基底材料 转移机构3和成膜恒温箱4;
[0059] 其中，所述基底材料转移机构3位于所述涂布机构2和所述成膜恒温箱4之间，以将 涂布后的所述样品转移到所述成膜恒温箱4中加热成膜。
[0060] 由于在实施例一中已经对涂布机构2做了详细介绍，在此不再累述。
[0061] 首先，介绍基底材料转移机构3。
[0062] 所述基底材料转移机构3主要作用是实现对样品的夹取、转移及上下翻转。
[0063] 在本申请实施例中，如图1和图3所示，所述基底材料转移机构3包括：
[0064]转移底座300、可旋转支撑体301、纵向可升缩机械臂302、横向可升缩机械臂303及 夹持部件304;其中，所述夹持部件304依次通过所述横向可升缩机械臂303、所述纵向可升 缩机械臂302、所述可旋转支撑体301和所述转移底座300固定在所述水平支撑台1上，以使 所述夹持部件304能在所述可旋转支撑体301的带动下旋转，在所述纵向可升缩机械臂302 和所述横向可升缩机械臂303的带动下沿纵向方向和横向方向往返运动;其中，所述纵向方 向和所述横向方向垂直。
[0065]具体来讲，所述转移底座300安装在所述水平支撑台1上，以支撑所述基底材料转 移机构3的其他部件;所述可旋转支撑体301可旋转的连接于所述转移底座300上方，所述可 旋转支撑体301可以相对于所述转移底座300实现360°的旋转;所述纵向可升缩机械臂302 连接在所述可旋转支撑体301上，所述横向可升缩机械臂303连接在所述纵向可升缩机械臂 302上。当所述可旋转支撑体301旋转时，通过所述纵向可升缩机械臂302的传动，带动所述 横向可升缩机械臂303上的夹持部件304旋转，从而实现样品的转移。
[0066]在本申请实施例中，所述夹持部件304通过旋转连接件305与所述横向可升缩机械 臂303连接，以能带动所述夹持部件304夹持的样品旋转翻面，实现对样品的两面成膜。 [0067]具体来讲，所述可旋转连接件305连接横向可升缩机械臂303与夹持部件304,它可 以带动夹持部件304实现360°旋转，旋转角度可设定。
[0068] 进一步，所述可旋转支撑体301每次旋转角度可以设定为180°;所述可旋转连接件 305每次旋转角度可以设定为180°。
[0069] 进一步，所述夹持部件304具体为气动手指，以实现无损边缘夹持。
[0070] 在具体实施过程中，所述气动手指可以有2个，起夹取样品的作用，两气动手指的 间距由样品沿所述Z轴方向的宽度决定，具体夹取方式如图3所示。
[0071 ]当然，在具体实施过程中，所述夹持部件也可以为机械或电控制的夹手，在此不作 限制。
[0072]再下来，介绍成膜恒温箱4。
[0073] 如图1和图4所示，所述成膜恒温箱4包括：
[0074]箱体400，所述箱体400上设置有箱体开口 404;所述基底材料转移机构3通过所述 箱体开口 404将所述样品放入所述箱体400内；
[0075]温箱托台401，设置于所述箱体400内，以支撑放置涂布后的所述样品；
[0076] 加热板402和与所述加热板402连接的温控装置403,所述加热板402和所述温控装 置403均设置于所述箱体400内，以控制所述箱体400内部的温度。
[0077]具体来讲，所述成膜恒温箱4的主要作用是为涂布后的流体材料层在样品上原位 生成膜提供稳定的成膜温度。其中，所述箱体开口404位于箱体400与所述基底材料转移机 构3相邻的一侧，以便于所述基底材料转移机构3放入或取出样品，所述箱体开口 404的大小 需满足气动手指夹取样品后可伸入;所述温箱托台401用于从涂布机构2转移过来的涂布后 的样品的放置，具体为，涂布面朝上放置;所述加热板402位于箱体400的内顶面上，为箱体 400内部环境加热;所述温控装置403位于箱体400内部，能够实时监控箱体400温度;加热板 402与温控装置403配合使用能够为样品提供一个稳定的成膜温度。
[0078]具体来讲，所述成膜恒温箱4的温度设定范围为20 - 200°C。
[0079]基于同一发明构思，本申请还提供了实施例二的装置对应的方法，详见实施例三。 [0080] 实施例三
[0081 ]在本实施例中，提供了一种膜制备方法，请参考图5，图5为本申请实施例中膜制备 方法的步骤图，所述方法应用于实施例二所述的狭缝涂布装置，所述方法包括：
[0082]步骤S501，所述流体贮存罐240在所述可移动支撑部件202的带动下相对于所述托 台201移动，并通过所述喷嘴210将所述流体材料均匀涂布到所述托台201固定的待涂布样 品上；
[0083]步骤S502,所述基底材料转移机构3将涂布后的所述样品转移到所述成膜恒温箱4 中；
[0084]步骤S503,通过所述成膜恒温箱4对涂布后的所述样品加热，以在所述样品表面成 膜。
[0085]下面以对样品两面成膜为例，来说明所述方法：
[0086]首先，所述流体贮存罐240在所述可移动支撑部件202的带动下移动，将所述流体 材料通过所述喷嘴210均匀涂布到样品的一面，以完成对样品的单面涂布；
[0087] 接下来，通过基底材料转移机构3将单面涂布后的样品转移至成膜恒温箱4,以在 成膜恒温箱4中加热完成样品的单面成膜；
[0088] 再下来，基底材料转移机构3将单面成膜的样品转移至涂布机构1，并在转移过程 中通过旋转连接件305完成样品的上下面翻转，时样品已成膜的面与托台201接触，未成膜 的面朝向所述喷嘴210;
[0089] 然后，将所述流体材料通过所述喷嘴210均匀涂布到样品的另一面，以完成对样品 的第二面涂布；
[0090] 再下来，通过基底材料转移机构3将完成第二面涂布的样品转移至成膜恒温箱4， 以在成膜恒温箱4中加热完成样品的第二面成膜；
[0091] 最后，转移至下一个工序。
[0092] 下面，为了便于对本申请提供的装置及方法的理解，以一种聚合物锂离子电池用 多孔凝胶电解质膜的制备方法和一种聚合物锂离子电池的制备方法为例，来说明本申请提 供方案的应用。
[0093] 聚合物锂离子电池用多孔凝胶电解质膜的制备方法：
[0094]首先，极片的处理：按照所需形状及尺寸准备锂离子电池正极极片、负极极片，对 极片进行化学清洗或物理扫粉，保证极片表面平整清洁无杂质，再高温去水，备用。所述极 片形状为长方形且材料涂覆方式为两边留白至少2cm，留白位置便于夹取及预留极耳位置； 所述极片尺寸由电池设计尺寸决定;极片均为双面涂覆，正极活性材料为钴酸锂、锰酸锂、 磷酸铁锂，镍钴锰三元正极材料，镍钴铝三元正极材料的一种或几种混合物；负极活性材料 为石墨负极材料、钛酸锂、合金类负极材料、过渡金属氧化物负极材料。
[0095] 接下来，凝胶电解质前驱液混合物的制备。凝胶电解质前驱液混合物主要包括锂 盐、增塑剂、功能添加剂、聚合物基体、有机溶剂，相分离液。制备流程:将聚合物溶于有机溶 剂中得到混合溶液A液;配制液态电解质B液，或者购买商用液态电解液;将A、B液混合均匀 得到凝胶电解质前驱液混合物C;采用凝胶电解质前驱液混合物也可以一步合成。
[0096] 再下来，多孔凝胶电解质膜与极片的复合。将所述凝胶电解质前驱液混合物C通过 本申请实施例一提供的狭缝涂布装置对处理过的极片基体进行双面涂布，原位生成凝胶电 解质膜，获得凝胶电解质膜与极片的复合体。
[0097]聚合物锂离子电池的制备方法：
[0098] 首先，进行凝胶聚合物电池电芯的制备。将正极极片与负极极片通过激光模切机 进行切片，得到符合设计尺寸的极片。
[0099] 然后，将所述正极极片与负极极片进行叠片、极耳焊接和铝塑膜真空封装得到凝 胶聚合物电芯，所述的正极极片与负极极片中至少有一种是双面涂覆凝胶电解质的复合 体。
[0100] 再下来，将所述电芯经过静置，化成，除气、整形工序后得到成型的凝胶聚合物锂 离子电池。
[0101] 为了说明本实施例装置成膜的效果，下面列举三个电池制备实例及制备成品效 果：
[0102] 第一个实例：
[0103] 首先，进行极片的处理：将钴酸锂正极极片，石墨负极极片分别进行物理扫粉、高 温除水。
[0104] 然后，进行凝胶电解质前驱液混合物的制备：将高分子聚合物PE0溶于有机溶剂 DMA中得到A液;采用商用电解液为B液;将A、B液混合均匀得到凝胶电解质前驱液混合物C， 备用。
[0105] 然后，用实施例一中的狭缝涂布装置在处理过的负极极片上双面涂覆凝胶电解质 前驱液混合物，原位形成多孔凝胶电解质膜，获得凝胶电解质膜与极片的负极复合体。涂布 宽度与负极材料涂覆宽度一致。狭缝喷嘴沿X轴从左向右匀速前进，速度为5mm/s。狭缝宽度 为200wii。基底材料转移机构中，可旋转支撑件每次旋转角度设定为180°，可旋转连接件每 次旋转角度设定为180°。成膜恒温箱温度设定为30°C。
[0106] 再下来，将所述钴酸锂正极极片与所述负极复合体通过激光模切后，交替叠片制 备成裸电芯，焊接好正负极极耳，置于已冲壳的铝塑膜内，用热封机四周密封。
[0107] 最后，经过化成，整形，除气得到凝胶聚合物锂离子电池。
[0108] 第二个实例：
[0109] 首先，进行极片的处理:将钴酸锂正极极片，石墨负极极片分别进行化学清洗、高 温除水。
[0110] 然后，进行凝胶电解质前驱液混合物的制备:将高分子聚合物PMMA溶于有机溶剂 DMF中得到A液;配制lmol/L的六氟磷酸锂LiPF6,溶剂为DMC、DEC、EC体积比为1:1:1，为B液； 将A、B液混合均匀得到凝胶电解质前驱液混合物C，备用。
[0111]然后，用实施例一中的狭缝涂布装置在处理过的正极极片上双面涂覆凝胶电解质 前驱液混合物，原位形成多孔凝胶电解质膜，获得凝胶电解质膜与极片的正极复合体。涂布 宽度与正极材料涂覆宽度一致。狭缝喷嘴沿X轴从左向右匀速前进，速度为lOmm/s。狭缝宽 度为100M1。基底材料转移机构中，可旋转支撑件每次旋转角度设定为180°，可旋转连接件 每次旋转角度设定为180°。成膜恒温箱温度设定为40°C。
[0112] 再下来，将所述石墨负极极片与所述正极复合体通过激光模切后，交替叠片制备 成裸电芯，焊接好正负极极耳，置于已冲壳的铝塑膜内，用热封机四周密封。
[0113] 最后，经过化成，整形，除气得到凝胶聚合物锂离子电池。
[0114] 第三个实例：
[0115]首先，进行极片的处理:将钴酸锂正极极片，石墨负极极片分别进行化学清洗、高 温除水。
[0116] 然后，进行凝胶电解质前驱液混合物的制备。将高分子PVDF溶于有机溶剂四氢呋 喃THF中得到A液;配制lmol/L的双三氟甲基磺酰亚胺酸锂LiTFSI，溶剂为DMC、DEC、EC体积 比为1:1:1，为B液;将A、B液混合均匀得到溶胶聚合物电解质C，备用。
[0117] 然后，用实施例一中的狭缝涂布装置在处理过的负极极片上双面涂覆凝胶电解质 前驱液混合物，原位形成多孔凝胶电解质膜，获得凝胶电解质膜与极片的负极复合体。涂布 宽度与负极材料涂覆宽度一致。狭缝喷嘴沿X轴从左向右匀速前进，速度为50mm/s。狭缝宽 度为80mi。基底材料转移机构中，可旋转支撑件每次旋转角度设定为180°，可旋转连接件每 次旋转角度设定为180°。成膜恒温箱温度设定为50°C。
[0118]然后，重复上述步骤完成正极极片的涂布，获得双面涂覆凝胶电解质膜的正极复 合体。
[0119] 接下来，将所述负极复合体与所述正极复合体通过激光模切后，交替叠片制备成 裸电芯，焊接好正负极极耳，置于已冲壳的铝塑膜内，用热封机四周密封。
[0120] 最后，经过化成，整形，除气得到凝胶聚合物锂离子电池。
[0121] 对上述三个实例制备的电池进行检测，并对比凝胶聚合物电解质膜厚、孔隙率及 锂离子电池性能检测结果如表1所示。
[0122] 具体测试方法为：容量保持率测试:将三个实例制备的锂离子电池在常温下以2C 恒流充电至截止电压4.2V，再恒压充电至电流为0.05C，静置30min又以0.5C恒流放电，锂离 子电池的放电截止电压为3V;再静置30min，锂离子电池按上述方式进行500次循环充放电 测试。
[0123]其中，第N周的容量保持率（％)=[第N周的放电容量/第一周的放电容量]*100%。
[0125] 表1
[0126] 从表1可见，本申请提供的方法及装置制备的锂离子电池的参数指标及性能均符 合要求。
[0127] 上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
[0128] 本申请实施例提供的装置及方法，设置涂布机构的可移动支撑部件带动流体贮存 罐移动，从而通过喷嘴将流体贮存罐中的流体材料均匀涂布到样品上，实现了膜的原位生 成，一方面，可以减少凝胶聚合物电解质组分等流体材料在极片上的移动，增强正负极片基 体的浸润性，提高凝胶电解质与电极的界面相容性，有利于减小界面电阻，提高循环稳定性 和倍率性能；另一方面，省去了传统锂离子电池卷绕隔膜、注液的工艺流程及匹配设备，节 约成本，提高生产效率;再一方面，通过转移机构的控制，可以实现涂布成膜与上下游工序 的快速连接，且该装置结构简单，成本低，易于大规模生产。
[0129] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0130] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种涂布机构，其特征在于，所述涂布机构包括： 底座、托台、可移动支撑部件和带喷嘴的流体贮存罐;所述托台和所述可移动支撑部件 均固定在所述底座上;其中，所述流体贮存罐固定在所述可移动支撑部件上，以在所述可移 动支撑部件的带动下相对于所述托台移动;其中，在所述流体贮存罐移动的过程中，所述流 体贮存罐中的流体材料通过所述喷嘴涂布到所述托台固定的待涂布样品上直接成膜。2. 如权利要求1所述的涂布机构，其特征在于，所述可移动支撑部件包括： X轴可移动支撑件和X轴控制部件，所述X轴可移动支撑件与所述X轴控制部件连接，以 在所述X轴控制部件的控制下沿X轴方向往返移动； Z轴可移动支撑件和Z轴控制部件，所述Z轴可移动支撑件与所述Z轴控制部件连接，以 在所述Z轴控制部件的控制下沿Z轴方向往返移动； Y轴控制部件，所述Y轴控制部件与所述流体贮存罐连接，以控制所述流体贮存罐沿Y轴 方向往返移动； 其中，所述流体贮存罐与所述Z轴可移动支撑件连接，并通过所述Z轴可移动支撑件与 所述X轴可移动支撑件连接，以使所述流体贮存罐能沿所述X轴方向、所述Y轴方向和所述Z 轴方向往返移动;其中，所述X轴方向、所述Y轴方向和所述Z轴方向两两垂直。3. 如权利要求1所述的涂布机构，其特征在于，所述喷嘴为扁状的狭缝喷嘴。4. 如权利要求1所述的涂布机构，其特征在于，所述喷嘴通过流体过渡区与所述流体贮 存罐连接;所述流体过渡区设置有可控阀门，以控制所述流体材料从所述喷嘴流出的速度。5. 如权利要求1所述的涂布机构，其特征在于，所述喷嘴上设置有位移传感器，以监控 所述喷嘴与所述待涂布样品的距离。6. -种狭缝涂布装置，其特征在于，所述装置包括： 水平支撑台，所述水平支撑台上固定有权利要求1-5任一所述的涂布机构、基底材料转 移机构和成膜恒温箱； 其中，所述基底材料转移机构位于所述涂布机构和所述成膜恒温箱之间，以将所述涂 布机构涂布后的所述样品转移到所述成膜恒温箱中加热成膜。7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基底材料转移机构包括： 转移底座、可旋转支撑体、纵向可升缩机械臂、横向可升缩机械臂及夹持部件;其中，所 述夹持部件依次通过所述横向可升缩机械臂、所述纵向可升缩机械臂、所述可旋转支撑体 和所述转移底座固定在所述水平支撑台上，以使所述夹持部件能在所述可旋转支撑体的带 动下旋转，在所述纵向可升缩机械臂和所述横向可升缩机械臂的带动下沿纵向方向和横向 方向往返运动;其中，所述纵向方向和所述横向方向垂直。8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述夹持部件通过旋转连接件与所述横向可 升缩机械臂连接，以能带动所述夹持部件夹持的所述样品旋转翻面。9. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述成膜恒温箱包括： 箱体，所述箱体上设置有箱体开口；所述基底材料转移机构通过所述箱体开口将所述 样品放入所述箱体内； 温箱托台，设置于所述箱体内，以支撑放置涂布后的所述样品； 加热板和与所述加热板连接的温控装置，所述加热板和所述温控装置均设置于所述箱 体内，以控制所述箱体内部的温度。10. -种膜制备方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求6-9任一所述的狭缝涂布 装置，所述方法包括： 所述流体贮存罐在所述可移动支撑部件的带动下相对于所述托台移动，并通过所述喷 嘴将所述流体材料均匀涂布到所述托台固定的待涂布样品上； 所述基底材料转移机构将涂布后的所述样品转移到所述成膜恒温箱中； 通过所述成膜恒温箱对涂布后的所述样品加热，以在所述样品表面成膜。
【文档编号】B05C11/10GK105880104SQ201610353123
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】夏立, 向勇, 彭晓丽, 牟成旭, 蒲万锦, 贺金味, 邵胜彬, 张虎, 苏兴
【申请人】成都国珈星际固态锂电科技有限公司