储能电极的多辊涂布生产设备的制作方法

本实用新型涉及储能电极的生产设备，具体的为一种储能电极的多辊涂布生产设备。

背景技术：

锂电池内部一般由正极材料及其集流体、负极材料及其集流体、电解液、隔膜、外壳等部分组成。其中正极材料含量和负极材料含量按一定比例配对，共同决定电池的容量，而其它组成部分只起到构成电池体系的作用，本身并不提供容量。在锂电池各组份都已经确定的前提下，要提高其能量密度，唯一途径就是提高正极材料和负极材料在电池中的比例，则分别提高正、负极材料在其集流体上单位面积的敷料量，也就是正、负极片的涂布面密度。

然而，由于多种因素，能够参与电化学反应的负极材料是有限的，也即当正、负极材料在其集流体上单位面积的敷料量超过一定的临界值后，也达不到明显的增大电池容量的目的，反而会增加电池的重量并降低电池的能量密度。

现有的一些储能电极生产工艺生产得到的电极材料的厚度较厚，也即单位面积的敷料量过多，如公开号为cn106129334a的中国专利申请公开了一种锂离子电池正极挤压涂布方法，包括以下步骤：

(1)按质量比磷酸铁锂：pvdf：超导炭黑：导电石墨＝(92.5-95):(2.5-3.5):(0.5-1):(1.5-3.5)准备正极浆料，加入溶剂调节正极浆料固含量为46-56％，粘度为4000-13000mpa·s，将正极浆料通过刮刀过滤器过滤后存贮于密封罐中备用；

(2)将正极浆料采用挤压涂布机均匀涂布于集流体的正面，涂布模头与背辊间隙为150-250μm，烘干，测试面密度，控制目标单面涂布面密度为165-170g/m²；

(3)将正面已涂布集流体换卷进行第二次单面涂布，即将正极浆料均匀涂布在集流体的反面，烘干，测试面密度，控制正极极片目标总体涂布面密度为331-339g/m²；

(4)控制涂布走速不大于20m/min，涂布张力130-140n，控制烘箱的温度53-127℃，风机频率20-31hz，纠偏设置为自动纠偏形式，将涂布后的正极极片过烘箱；

(5)将过烘箱后的正极极片通过传动设备进行收卷，收卷时不定期使用无水乙醇或n-甲基吡咯烷酮溶液擦拭传输辊轴。

该锂离子电池正极挤压涂布方法采用挤压的方式将正极材料涂布到集流体上，虽然能够满足储能正极的生产要求，但是挤压工艺很难控制正极材料的涂布厚度，也即导致涂布在集流体上的单位面积的正极材料敷料量过多，超过了与负极材料对应所需的量，不仅浪费材料，而且增加了电池的重量，并降低了电池的能量密度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种……

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种储能电极的多辊涂布生产设备，包括：

放卷机构：用于连续放卷带材；

多辊涂布机构，用于在带材上涂布电极材料层并得到电极带材；

收卷机构，用于收卷所述电极带材；

所述多辊涂布机构包括进料辊、转移辊、涂布辊和涂布压辊；

所述进料辊和转移辊之间相邻设置，且所述进料辊与所述转移辊之间的辊缝可调节，并在所述进料辊和转移辊之间形成用于添加经搅拌分散处理后的电极材料的加料区；

所述涂布辊与所述涂布压辊相邻设置，且所述涂布辊接受由所述转移辊粘附的电极材料、并将该电极材料涂布在由所述涂布压辊导向的带材上。

进一步，所述进料辊的转轴上设有用于调节其与所述转移辊之间的辊缝宽度的辊缝调节机构。

进一步，还包括用于对电极材料进行搅拌分散处理的搅拌分散设备，所述搅拌分散设备包括用于对电极材料进行搅拌分散处理的搅拌分散装置，所述搅拌分散装置的底部设有用于向所述加料区加入经搅拌分散处理后的电极材料的加料机构螺杆挤出机构。

进一步，所述加料区内设有至少两个挡料板，每一块所述挡料板均可独立沿着所述转移辊的轴向方向移动，且相邻两块挡料板之间形成金属材料涂布区。

进一步，所述转移辊与所述涂布辊之间设有至少一根中间转移辊。

进一步，所述进料辊、转移辊、涂布辊以及所有的所述中间转移辊均采用可加热的加热辊，所述加热辊用于对电极材料加热并使金属材料保持熔融态以及使熔融态金属材料保持在设定的粘度范围内。

进一步，还包括用于控制所述多辊涂布机构所在区域的温度和干燥度的涂布控制区，用于控制电极材料在设定环境温度范围及设定干燥度范围下被涂布在所述带材上。

进一步，所述涂布辊与所述涂布压辊之间的出料侧设有用于烘烤所述电极带材的烘烤设备。

进一步，所述多辊涂布机构与收卷机构之间设有用于辊压所述电极带材的压辊组。

进一步，所述压辊组与所述收卷机构之间设有精整区，所述精整区内设有至少一组用于轧制所述电极带材并使电极材料层的厚度达到设定厚度的精整辊组，每一组所述精整辊组包括对应设置的两根精整辊。

进一步，相邻两组所述精整辊组之间，靠近所述多辊涂布机构一侧的所述精整辊组的辊间间隙大于靠近所述收卷机构一侧的所述精整辊组的辊间间隙。

进一步，所述精整区内设有用于控制所述精整区内的温度和干燥度、并使电极材料层保持在有利于其精整成型的设定温度范围内的温控干燥区，所有的所述精整辊组均位于所述温控干燥区内。

进一步，所述温控干燥区内设有可分别独立调节温度和干燥度的温控干燥分区，每一个所述温控干燥分区内设有至少一组精整辊组。

进一步，所有的所述精整辊组中，至少有一组所述精整辊组中包括用于在所述电极材料层上轧制纳米尺度孔或微米尺度孔的精整辊。

进一步，还包括用于对所述电极材料层的两侧进行修边处理的修边工具。

进一步，所述多辊涂布机构与所述收卷机构之间设有烧结区，所述烧结区内设有用于烧结所述电极带材的烧结设备。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的储能电极的多辊涂布生产设备，通过设置包括进料辊、转移辊、涂布辊和涂布压辊的多辊涂布机构，使用时，通过调节进料辊和转移辊之间的辊缝，可以控制粘附在转移辊上的电极材料的厚度，而后通过将电极材料在转移辊和涂布辊之间转移，进一步控制粘附在涂布辊上的电极材料的厚度，也即控制涂布辊上的单位面积的电极材料的质量达到设定范围，最后将电极材料涂布在带材上，得到复合有电极材料层的复合带材。且相较于现有技术中的采用挤压成型后再涂布的方式，本实用新型通过将电极材料在转移辊和涂布辊之间经过至少一个转移，能够精确控制涂布厚度，且涂布厚度采用辊缝以及多根相互平行的辊间进行控制，可使涂布厚度更加均匀，涂布质量更加稳定，电极材料与带材之间的结合力也更好。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为本实用新型储能电极的多辊涂布生产设备实施例的结构示意图。

附图标记说明：

1-带材；2-电极带材；3-电极材料；4-加料区；

10-放卷机构；

20-多辊涂布机构；21-进料辊；22-转移辊；23-涂布辊；24-涂布压辊；25-中间转移辊；26-涂布控制区；27-搅拌分散装置；28-进料机构；

30-收卷机构；

40-烘烤设备；

50-压辊组；

60-精整区；61-精整辊组；62-温控干燥区；63-温控干燥分区；

70-烧结区。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，为本实用新型储能电极的多辊涂布生产设备实施例的结构示意图。本实施例的储能电极的多辊涂布生产设备，包括：

放卷机构10：用于连续放卷带材1；

多辊涂布机构20，用于在带材1上涂布电极材料层并得到电极带材2；

收卷机构30，用于收卷电极带材2。

本实施例的多辊涂布机构20包括进料辊21、转移辊22、涂布辊23和涂布压辊24。具体的，进料辊21和转移辊22之间相邻设置，且进料辊21与转移辊22之间的辊缝可调节，并在进料辊21和转移辊22之间形成用于添加经搅拌分散处理后的电极材料3的加料区4。涂布辊23与涂布压辊24相邻设置，且涂布辊23接受由转移辊22粘附的电极材料3、并将该电极材料3涂布在由涂布压辊24导向的带材1上。

进一步，进料辊21的转轴上设有用于调节其与转移辊22之间的辊缝宽度的辊缝调节机构，辊缝调节机构可以采用现有的多种方式实现，不再累述。通过设置辊缝调节机构，能够精确调节进料辊21和转移辊22之间的辊缝，进而控制粘附在转移辊22上的电极材料3的厚度。

进一步，本实施例的储能电极的多辊涂布生产设备还包括用于对电极材料3进行搅拌分散处理的搅拌分散设备，搅拌分散设备包括用于对电极材料3进行搅拌分散处理的搅拌分散装置27，搅拌分散装置27的底部设有用于向加料区加入经搅拌分散处理后的电极材料的加料机构28，加料机构可以采用现有的多种结构实现，如加料喷枪和螺杆挤出加料机等，不再累述。

进一步，加料区4内设有至少两个挡料板，每一块挡料板均可独立沿着转移辊的轴向方向移动，且相邻两块挡料板之间形成金属材料涂布区，通过设置挡料板，能够精确控制在带材1上涂布电极材料3的宽度，通过设置多块挡料板，可以在带材1上分区涂布相同的电极材料或不同的电极材料。

进一步，转移辊21与涂布辊22之间设有至少一根中间转移辊25。本实施例的转移辊21与涂布辊22之间设有一根中间转移辊25，中间转移辊25的数量根据实际需要设定，在实现电极材料3在转移辊21、中间转移辊25和涂布辊22之间转移的过程中，通过各辊之间的转速差等方式，实现对电极材料3的涂布厚度的精确控制。

优选的，在一些实施例中，进料辊21、转移辊22、涂布辊23以及所有的中间转移辊25均采用可加热的加热辊，加热辊用于对电极材料3加热并使电极材料3保持熔融态以及使电极材料3保持在设定的粘度范围内。要实现将电极材料3粘附在转移辊22、中间转移辊25以及涂布辊23上的技术目的，需要控制电极材料3的粘度，而某些电极材料的粘度与其温度相关，通过控制温度，即可控制某些类型的电极材料3的粘度，使其保持在满足涂布要求的范围内。

进一步，本实施例的储能电极的多辊涂布生产设备还包括用于控制多辊涂布机构20所在区域的温度和干燥度的涂布控制区26，用于控制电极材料3在设定环境温度范围及设定干燥度范围下被涂布在带材1上。对于一些活性较强的电极材料，其与空气中存在的水分子接触会发生反应，此时，若要涂布这类电极材料3，不仅需要控制涂布温度，还需要对涂布环境的干燥度进行严格控制。当然，本领域技术人员应当知道，在设置涂布控制区26的前提条件下，进料辊21、转移辊22、涂布辊23以及所有的中间转移辊25可以设置为加热辊、也可以不设置为加热辊，不再累述。

进一步，在一些实施例中，涂布辊21与涂布压辊24之间的出料侧设有用于烘烤电极带材2的烘烤设备40，当电极材料3采用电极碳材料时，需要将电极材料层内的水分烘干。当然，在一些实施例中，也可以不设置烘烤设备40，直接收卷电极带材2或将电极带材2输送至辊压工序。

进一步，多辊涂布机构20与收卷机构30之间设有用于辊压电极带材的压辊组50，用于辊压电极带材3。在一些实施例中，还可以在压辊组50与收卷机构30之间设有精整区60，精整区60内设有至少一组用于轧制电极带材3并使电极材料层的厚度达到设定厚度的精整辊组61，每一组精整辊组61包括对应设置的两根精整辊。具体的，当精整辊组61设置为至少两组时，相邻两组精整辊组61之间，靠近多辊涂布机构20一侧的精整辊组61的辊间间隙大于靠近收卷机构30一侧的精整辊组61的辊间间隙，即通过多次精整辊压将电极带材2的电极材料层压制到设定厚度。

进一步，精整区60内设有用于控制精整区内的温度和干燥度、并使电极材料层保持在有利于其精整成型的设定温度范围内的温控干燥区62，所有的精整辊组均位于温控干燥区62内。优选的，温控干燥区内设有可分别独立调节温度和干燥度的温控干燥分区63，每一个温控干燥分区内设有至少一组精整辊组61。优选的，所有的精整辊组中，至少有一组精整辊组61中包括用于在电极材料层上轧制纳米尺度孔或微米尺度孔的精整辊。

进一步，本实施例的储能电极的多辊涂布生产设备还包括用于对电极材料层的两侧进行修边处理的修边工具。修边工具可以设置在精整区60与收卷机构30之间，也可以设置在其中至少一组精整辊组61上，均可实现对电极材料层的两侧进行修边处理的修边工具，使电极材料层的宽度保持在设定范围。

进一步，在一些实施例中，多辊涂布机构20与收卷机构30之间设有烧结区70，烧结区70内设有用于烧结电极带材2的烧结设备，本实施例的烧结区70设置的精整区60与收卷机构30之间。

本实施例的储能电极的多辊涂布生产设备，通过设置包括进料辊、转移辊、涂布辊和涂布压辊的多辊涂布机构，使用时，通过调节进料辊和转移辊之间的辊缝，可以控制粘附在转移辊上的电极材料的厚度，而后通过将电极材料在转移辊和涂布辊之间转移，进一步控制粘附在涂布辊上的电极材料的厚度，也即控制涂布辊上的单位面积的电极材料的质量达到设定范围，最后将电极材料涂布在带材上，得到复合有电极材料层的复合带材。且相较于现有技术中的采用挤压成型后再涂布的方式，本实用新型通过将电极材料在转移辊和涂布辊之间经过至少一个转移，能够精确控制涂布厚度，且涂布厚度采用辊缝以及多根相互平行的辊间进行控制，可使涂布厚度更加均匀，涂布质量更加稳定，电极材料与带材之间的结合力也更好。

下面对采用本实用新型的储能电极的多辊涂布生产设备的多辊涂布生产方法的具体实施方式进行说明。

本实施例的储能电极的多辊涂布生产方法，包括涂布工序，利用多辊涂布机构20将经搅拌分散处理后的电极材料3涂布到带材1上。具体的，涂布工序中，调节多辊涂布机构20的进料辊21与转移辊22之间的辊缝宽度至设定范围，在进料辊21和转移辊22之间持续加入经搅拌分散处理后的电极材料2；同时驱动进料辊21和转移辊22按照设定转速转动，使电极材料2均匀粘附在转移辊22上。将粘附在转移辊22上的电极材料2均匀转移至涂布辊23上，并使粘附在涂布辊23上的单位面积的电极材料的质量达到设定范围；即控制粘附在涂布辊23上的电极材料3的厚度，进而控制涂布在带材1上的电极材料层的厚度。将粘附在涂布辊23上的电极材料3涂布在经由涂布压辊24导向的带材1上，得到在带材1的侧面上复合有电极材料层的电极带材2。

进一步，采用搅拌分散设备对电极材料3进行搅拌分散处理，搅拌分散设备包括用于对电极材料进行搅拌分散处理的搅拌分散装置27，搅拌分散装置27上设有用于向进料辊和转移辊之间加入经搅拌分散处理后的电极材料3的出料机构28。

进一步，进料辊21和转移辊22之间设有至少两个间距可调节并用于限定涂布区域宽度的挡料板，相邻两块挡料板之间形成电极材料涂布区；通过设置挡料板，能够精确控制在带材1上涂布电极材料3的宽度，通过设置多块挡料板，可以在带材1上分区涂布相同的电极材料或不同的电极材料。即：当电极材料涂布区设置为至少两个时，在至少一个电极材料涂布区内加入电极材料3；当加入电极材料的电极材料涂布区的数量为至少两个时：在不同的电极材料涂布区内加入相同的电极材料，并在带材上涂布成型相同电极材料的电极材料层；或，在不同的电极材料涂布区内加入不同的电极材料，并在带材上涂布成型不同电极材料的电极材料层。

进一步，电极材料3中包括电极活性材料，电极活性材料采用正极活性材料或负极活性材料；

正极活性材料包括但不限于磷酸铁锂、三元材料、含硫导电材料、含有金属或有机材料的多孔碳层空气电池电极、层状金属氧化物材料或含氧有机聚合物材料。负极活性材料包括但不限于碳负极材料,如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等；氧化硅及其衍生物负极材料；硅碳复合材料及其衍生物；硅锂复合及衍生物负极材料；锡基负极材料，锡基负极材料可分为锡的氧化物和锡基复合氧化物两种，氧化物是指各种价态金属锡的氧化物；含锂过渡金属氮化物负极材料；生物质碳负极材料；合金类负极材料，包括锡基合金、硅基合金、锗基合金、铝基合金、锑基合金、镁基合金和其它合金；纳米级负极材料，包括纳米碳管、纳米合金材料；金属负极材料，包括但不限于金属锂、金属钠和金属镁中的一种或至少两种的合金；纳米氧化物材料，可将纳米氧化钛和纳米氧化硅添加在石墨、锡氧化物、纳米碳管等传统负极材料内；含锂过渡金属氧化物材料，包括但不限于钛酸锂及其衍生物以及锂磷酸铁等。

进一步，在一些实施例中，还可以在电极材料3内还混合有固体离子导体材料，如在固态电池的电极材料中混合固态离子导体材料，可使电极材料3内部的固体离子导体材料与电极材料3外的固体离子导体材料之间离子导通，提高离子渗透率。具体的，固体离子导体材料采用但不限于凝胶、氧化物、硫化物和有机聚合物中的一种或至少两种的混合物制成。凝胶为由高分子化合物-金属盐和/或溶剂三元组分组成的电解质，采用但不限于聚基衍生物-酸或碱或金属盐、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂、聚基衍生物-金属盐-有机溶剂和聚基衍生物-金属盐-有机溶剂的一种或至少两种的混合物制成；氧化物包括但不限于钠超离子导体型-liti2型-li14zn(geo4)4及其衍生物和石榴石型-li7la3zr2o12及其衍生物；硫化物如li10gep2s12、li2s-p2s5及其衍生物、卤化物、氢化物和磷锂氮氧化物；有机聚合物采用聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐、聚基衍生物-金属盐中的一种或至少两种的混合物制成。

进一步，在一些实施例中，电极材料3内还设有用于调节粘度的粘接剂，即对于粘度不在设定范围内的电极材料3，可以添加粘结剂调节粘度。

进一步，带材1采用但不限于铜带、铝带、钢带或金属材料与非金属材料复合的带材，带材1一般采用可用作电极集流体的材料，但在一些实施例中，也可以采用其他可电子导电的材料以及电子绝缘的材料，带材1的材质根据实际需求选择，不再累述。

进一步，电极材料3在设定气氛环境下被涂布在带材1上。对于一些电极材料，其可能与空气中的某些物质发生反应，如金属锂与控制中的水分子之间会发生化学反应，因此需要采用气氛避免。

进一步，控制多辊涂布机构20所在区域的温度和干燥度，使电极材料3在设定环境温度范围及设定干燥度范围下被涂布在带材2上，且该设定的环境温度范围可使电极材料3保持在设定的粘度范围内。对于一些活性较强的电极材料，其与空气中存在的水分子等物质接触会发生反应，此时，若要涂布这类电极材料3，不仅需要控制涂布温度，还需要对涂布环境的干燥度进行严格控制。

进一步，转移辊21与涂布辊22之间设有至少一根中间转移辊25。本实施例的转移辊21与涂布辊22之间设有一根中间转移辊25，中间转移辊25的数量根据实际需要设定，在实现电极材料3在转移辊21、中间转移辊25和涂布辊22之间转移的过程中，通过各辊之间的转速差等方式，实现对电极材料3的涂布厚度的精确控制。

进一步，在一些实施例中，将电极材料3涂布至带材1上后，可以设置一道烘烤工序，利用烘烤设备40烘干涂布在带材1上的电极材料层，烘烤设备40设置在涂布辊23与涂布压辊24之间的出料侧。

进一步，本实施例的储能电极的多辊涂布生产方法还包括辊压工序，利用压辊组50轧制电极带材2并控制电极材料层的厚度。在一些实施例中，还可以设置精整工序，利用至少一组精整辊组61依次轧制经压辊工序轧制后的电极带材2，使电极材料层的厚度达到设定厚度。优选的，还可以在在精整工序中设有温控干燥区62，所有的精整辊组61均位于温控干燥区内；控制温控干燥区内的温度和干燥度，使电极材料层保持在有利于其精整成型的设定温度范围内。当然，温控干燥区内设有可分别独立调节温度和干燥度的温控干燥分区63，每一个温控干燥分区内设有至少一组精整辊组61。优选的，所有的精整辊组中，至少有一组精整辊组61中包括用于在电极材料层上轧制纳米尺度孔或微米尺度孔的精整辊。

进一步，本实施例的储能电极的多辊涂布生产方法还包括修边工序，利用分别位于电极材料层两侧的修边工具对对应的电极材料层的两侧进行修边处理，使电极材料层的宽度值位于设定范围内。

进一步，在一些实施例中，还可以设置烧结工序，利用高温烧结电极带材2的电极材料层，即当电极材料3采用电极碳材料时，可以设置烧结工序对电极带材2进行烧结处理。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。