空气电极生产设备的制作方法

本发明涉及金属燃料电池生产领域，特别是涉及一种空气电极生产设备。

背景技术：

金属燃料电池是一种半燃料电池，是以金属铝、锂、镁、锌等为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种电池，也叫金属空气电池，与一般锂离子电池相比，它具有比能量高、安全环保、价格低廉等优点。

在氧化还原反应中，金属铝、锂、镁、锌等为电池负极，空气中的氧气为电池正极。而空气电极提供氧气还原反应的场所，是金属燃料电池的重要组成部分，其主要由催化层，集流层，防水层三部分组成。空气电极必须能够使空气中的氧很容易渗透进入电池参加反应，同时又必须充分疏水，以确保电解液不会渗出，还需具有良好的导电性，以便电流导出。

由于金属燃料电池仍未广泛商业化，关于空气电极的生产工艺，目前很多空气电极主要是通过手工辊压或者热压将催化层、集流层、防水层压合在一起。整个制作过程手工操作较多，很难保证材料的均匀性和一致性，导致最终制备的空气电极性能一致性较差，同时制作工序复杂、效率低，难以进行规模化生产。

因此，如何提供一种空气电极生产设备，以解决现有空气电极主要通过手工制作无法保证材料的均匀性和一致性，从而导致最终制备的空气电极性能一致性较差，以及制作工序复杂、效率低，难以进行规模化生产的问题实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空气电极生产设备，用于解决现有技术中空气电极主要通过手工制作无法保证材料的均匀性和一致性，从而导致最终制备的空气电极性能一致性较差，以及制作工序复杂、效率低，难以进行规模化生产等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种空气电极生产设备，所述生产设备包括：

第一混料单元，用于制备催化层浆料；

第二混料单元，用于制备防水层浆料；

第一喷涂单元，包括拉送第一物料的第一拉送机构及第一喷涂口，其中，所述第一物料包括第一集流层；

第二喷涂单元，包括拉送第二物料的第二拉送机构及第二喷涂口，其中，所述第二物料包括第二集流层；

输送单元，包括网孔输送带，用于承载并带动经喷涂的所述第一物料及经喷涂的所述第二物料移动；

真空抽滤单元，包括真空抽滤装置，所述真空抽滤装置设置于所述网孔输送带的下方，用于对经喷涂的所述第一物料及经喷涂的所述第二物料进行真空抽滤；

辊压成型单元，设置于所述输送单元的右边，用于将所述真空抽滤后的所述第一物料及所述第二物料辊压成型，形成空气电极片；

所述第一喷涂口与所述第二喷涂口设置于所述网孔输送带上方并沿所述网孔输送带输送方向间隔一定距离。

优选地，所述第一喷涂单元位于所述第二喷涂单元的左边，所述第一喷涂口用于将所述催化层浆料喷涂至所述第一拉送机构拉送的所述第一物料上，所述第二喷涂口用于将所述防水层浆料喷涂至经所述真空抽滤单元抽滤后的所述催化层浆料上。

优选地，所述第二喷涂单元位于所述第一喷涂单元的左边，所述第二喷涂口用于将所述防水层浆料喷涂至所述第二拉送机构拉送的所述第二物料上，所述第一喷涂口用于将所述催化层浆料喷涂至经所述真空抽滤单元抽滤后的所述防水层浆料上。

优选地，所述空气电极生产设备还包括切断单元，设置于所述辊压成型单元的右边，用于切断所述空气电极片。

进一步地，所述切断单元采用气动方式切断所述空气电极片。

优选地，所述第一混料单元包括第一搅拌罐、设置于所述第一搅拌罐内的第一叶轮及设置于所述第一搅拌罐底部的第一出料口，所述第一叶轮通过电机驱动旋转以搅拌所述第一搅拌罐内的所述催化层浆料，并通过所述第一出料口将所述催化层浆料排出；所述第二混料单元包括第二搅拌罐、设置于所述第二搅拌罐内的第二叶轮及设置于所述第二搅拌罐底部的第二出料口，所述第二叶轮通过电机驱动旋转以搅拌所述第二搅拌罐内的所述防水层浆料，并通过所述第二出料口将所述防水层浆料排出。

优选地，所述防水层浆料包括粉状防水层材料及分散剂，所述催化层浆料包括粉状催化层材料及分散剂。

进一步地，所述防水层材料包括碳粉、粘结剂及造孔剂，所述催化层材料包括碳粉、粘结剂、造孔剂及催化剂，所述第一集流层包括泡沫镍、镍网、泡沫铜、铜网及不锈钢网构成的群组中的一种，所述第二集流层包括泡沫镍、镍网、泡沫铜、铜网及不锈钢网构成的群组中的一种。

优选地，所述第一拉送机构包括第一内辊及第一外辊，所述第一内辊用于拉送所述集流层，所述第一外辊用于拉送滤纸；所述第二拉送机构包括第二内辊及第二外辊，所述第二内辊用于拉送所述集流层，所述第二外辊用于拉送所述滤纸。

优选地，所述第一喷涂口的宽度与所述第一物料的宽度一致，所述第二喷涂口的宽度与所述第二物料的宽度一致。

优选地，所述真空抽滤装置包括第一真空抽滤装置及第二真空抽滤装置，所述第一真空抽滤装置设置于所述第一喷涂口与所述第二喷涂口之间的所述网孔输送带的下方，所述第二真空抽滤装置设置于所述第一物料与所述第二物料重合处的所述网孔输送带的下方。

优选地，所述真空抽滤装置还包括回收罐，用于回收所述催化层浆料及所述防水层浆料中的滤液。

优选地，所述网孔输送带的网孔尺寸介于0.5mm～5mm之间。

优选地，所述辊压成型单元包括一对辊筒，所述第一物料及所述第二物料经过所述辊筒之间的间隙挤压成型。

优选地，所述空气电极生产设备还包括plc控制单元，用于实时监测和控制所述空气电极生产设备。

如上所述，本发明的空气电极生产设备，具有以下有益效果：通过从制备空气电极所需的粉料开始至形成所述空气电极片，整个过程都是机械化及连续化生产，制作工序简单且效率高，可实现机械化、规模化、连续化生产，降低制造成本；另外，自动化控制单元进一步提高本发明生产设备的自动化水平；最后，机械化、连续化的生产提高了空气电极片性能的一致性。

附图说明

图1显示为本发明的空气电极生产装置的立体示意图。

图2显示为本发明的空气电极生产装置的主视图。

图3显示为本发明的空气电极生产装置的左视图。

图4显示为本发明的空气电极生产装置的俯视图。

元件标号说明

1第一混料单元

2第二混料单元

31第一拉送机构

311第一内辊

312第一外辊

32第一喷涂口

33第一物料

331第一集流层

332滤纸

41第二拉送机构

411第二内辊

412第二外辊

42第二喷涂口

43第二物料

431第二集流层

432滤纸

5输送单元

51网孔输送带

6真空抽滤单元

7辊压成型单元

8切断单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图4所示，本发明提供一种空气电极生产设备，包括：

第一混料单元1，用于制备催化层浆料；

第二混料单元2，用于制备防水层浆料；

第一喷涂单元，包括拉送第一物料33的第一拉送机构31及第一喷涂口32，其中，所述第一物料33包括第一集流层331；

第二喷涂单元，包括拉送第二物料43的第二拉送机构41及第二喷涂口42，其中，所述第二物料43包括第二集流层431；

输送单元5，包括网孔输送带51，用于承载并带动经喷涂的所述第一物料33及经喷涂的所述第二物料43移动；

真空抽滤单元6，包括真空抽滤装置，所述真空抽滤装置设置于所述网孔输送带的下方，用于对经喷涂的所述第一物料33及经喷涂的所述第二物料43进行真空抽滤；

辊压成型单元7，设置于所述输送单元的右边，用于将所述真空抽滤后的所述第一物料33及所述第二物料43辊压成型，形成空气电极片；

所述第一喷涂口32与所述第二喷涂口42设置于所述网孔输送带51上方并沿所述网孔输送带51输送方向间隔一定距离。

如图1所示，于所述第一混料单元1制备所述催化层浆料，然后将所述催化层浆料输送至所述第一喷涂单元，优选地，可以使用泵泵送所述催化层浆料至所述第一喷涂单元的所述第一喷涂口32，并通过所述第一喷涂口32将所述催化层浆料喷涂至所述第一拉送机构31拉送的所述第一物料33上，接着通过设置于所述网孔输送带51下方的真空抽滤装置对经喷涂的所述第一物料33进行抽真空，使所述催化层浆料在所述第一物料33上不能自由流动，以形成所述空气电极的催化层。于所述第二混料单元2制备所述防水层浆料，然后将所述防水层浆料输送至所述第二喷涂单元，优选地，可以使用泵泵送所述防水层浆料至所述第二喷涂单元的所述第二喷涂口42，随着所述网孔输送带51的向右传送，当经所述真空抽滤装置抽滤至不能自由流动的所述催化层浆料传送至所述第二喷涂口42时，所述第二喷涂口42将所述防水层浆料喷涂至不能自由流动的所述催化层浆料上，并在此处所述第一物料33与所述第二物料43重合在一起沿随着所述网孔输送带51向右传送接着通过设置于所述网孔输送带51下方的真空抽滤装置对经喷涂的所述第二物料43进行抽真空，使所述防水层浆料在所述第二物料43上不能自由流动，以形成所述空气电极的防水层。由于所述第一喷涂口32与所述第二喷涂口42设置于所述网孔输送带51上方并沿所述网孔输送带51输送方向间隔一定距离，所以当经喷涂的所述第一物料33输送至所述第二喷涂口42时，所述催化层浆料可被所述真空抽滤装置抽滤至不能自由流动，而当所述第一物料33与所述第二物料43重合后，所述真空抽滤装置主要真空抽滤所述防水层浆料使其不能自由流动。经真空抽滤后的所述第一物料33、所述第二物料43、所述催化层浆料及所述防水层浆料从所述网孔输送带51进入所述辊压成型单元7，并经辊压形成空气电极片。

本实施例中，如图1所示，先形成所述空气电极的所述催化层，即所述第一喷涂单元设置于所述空气电极生产设备的左边，然后形成所述空气电极的所述防水层，即所述第二喷涂单元设置于所述空气电极生产设备的右边。本发明中，所述催化层和所述防水层的制备顺序不受限制，即所述第一喷涂单元也可设置于所述空气电极生产设备的右边，所述第二喷涂单元设置于所述空气电极生产设备的左边，此时，所述第二喷涂口42用于将所述防水层浆料喷涂至所述第二拉送机构41拉送的所述第二物料43上，所述第一喷涂口32用于将所述催化层浆料喷涂至经所述真空抽滤单元抽滤后的所述防水层浆料上，在所述第一喷涂口32与所述第二喷涂口42间隔的距离之间，所述真空抽滤单元6抽滤所述防水层浆料使其不能自由流动，当所述第一物料33与所述第二物料43重合后，所述真空抽滤装置主要真空抽滤所述催化层浆料使其不能自由流动。

如图2及图4所示，所述空气电极生产设备还包括切断单元8，设置于所述辊压成型单元7的右边，用于切断所述空气电极片。经所述辊压成型单元7辊压成型的所述空气电极进入所述切断单元8，将所述空气电极片切断。优选地，所述切断单元8可以调节切断长度，以满足制备不同规格电极的需求。所述切断单元可以采用气动、电动、液压等各种切断方式，较佳地，本实施例中所述切断单元8采用气动方式切断所述空气电极片。

作为示例，所述第一混料单元1包括第一搅拌罐、设置于所述第一搅拌罐内的第一叶轮及设置于所述第一搅拌罐底部的第一出料口，所述第一叶轮通过电机驱动旋转以搅拌所述第一搅拌罐内的所述催化层浆料，并通过所述第一出料口将所述催化层浆料排出；所述第二混料单元2包括第二搅拌罐、设置于所述第二搅拌罐内的第二叶轮及设置于所述第二搅拌罐底部的第二出料口，所述第二叶轮通过电机驱动旋转以搅拌所述第二搅拌罐内的所述防水层浆料，并通过所述第二出料口将所述防水层浆料排出。通过所述第一叶轮及所述第二叶轮的旋转搅拌可使所述催化层浆料及所述防水层浆料混合均匀且不会发生沉降。

作为示例，所述催化层浆料通过将粉状催化层材料分散于分散剂中制成，所述防水层浆料通过将粉状防水层材料分散于分散剂中制成。较佳地，所述分散剂包括异丙酮。

作为示例，所述防水层材料包括碳粉、粘结剂及造孔剂，所述催化层材料包括碳粉、粘结剂、造孔剂及催化剂，所述第一集流层331包括泡沫镍、镍网、泡沫铜、铜网及不锈钢网构成的群组中的一种，所述第二集流层431包括泡沫镍、镍网、泡沫铜、铜网及不锈钢网构成的群组中的一种，。

较佳地，如图1及图2所示，所述第一拉送机构31包括第一内辊311及第一外辊312，所述第一内辊311用于拉送所述第一集流层331，所述第一外辊312用于拉送滤纸332；所述第二拉送机构41包括第二内辊411及第二外辊412，所述第二内辊411用于拉送所述第二集流层431，所述第二外辊412用于拉送所述滤纸432；所述催化层浆料通过所述第一喷涂口32喷涂至所述第一内辊311拉送的所述第一集流层331上；所述防水层浆料通过所述第二喷涂口42喷涂至所述第二内辊411拉送的所述第二集流层431上，其中所述滤纸332及432需具有一定强度，以防止在真空抽滤过程中发生漏穿现象，同时还需具有较好的过滤所述分散剂的功能。

作为示例，所述第一喷涂口32的宽度与所述第一物料33的宽度一致，所述第二喷涂口42的宽度与所述第二物料43的宽度一致，可保证浆料均匀喷涂至物料上。较佳地，所述第一喷涂口32及所述第二喷涂口42设置为间隙可调，用于调整浆料的出浆速度。

作为示例，所述真空抽滤装置包括第一真空抽滤装置及第二真空抽滤装置，所述第一真空抽滤装置设置于所述第一喷涂口32与所述第二喷涂口42之间的所述网孔输送带51的下方，所述第二真空抽滤装置设置于所述第一物料33与所述第二物料43重合处的所述网孔输送带51的下方。由于上述两段输送带51上方真空抽滤的物料不同，分别设置不同的真空抽滤装置，即所述第一真空抽滤装置及所述第二真空抽滤装置，可以方便根据具体情况调整真空抽滤参数，以保证真空抽滤效果的一致性。较佳地，所述真空抽滤装置还包括回收罐，用于回收所述催化层浆料及所述防水层浆料中的滤液，以备回收循环使用。

作为示例，所述网孔输送带51的网孔尺寸介于0.5mm～5mm之间。

作为示例，所述辊压成型单元7包括一对辊筒，所述第一物料33及所述第二物料43经过所述辊筒之间的间隙挤压成型。较佳地，所述辊筒之间的间隙可调，以保证辊压形成的所述空气电极片满足不同厚度要求。

作为示例，所述空气电极生产设备还包括plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)控制单元，用于实时监测和控制所述空气电极生产设备。所述plc控制单元可以采用触摸屏的方式，在线监测所述第一混料单元1及所述第二混料单元2的液位以及控制浆料流出速度、网孔输送带51运动速度、真空抽滤单元6的真空度及切断单元8的切断速度等，以便使空气电极生产设备的不同单元同步运行。

经过本发明的空气电极生产设备制备形成的空气电极片依次包括滤纸层、集流层、防水层、催化层、集流层及滤纸层，可通过去除最外层的两层滤纸层，然后经过热压等方式形成所述空气电极。由于所述集流层一般为孔状层，在热压过程中，所述防水层及所述催化层会通过所述集流层的孔压出，从而形成依次层叠的防水层、集流层及催化层的所述空气电极。

综上所述，本发明提供一种空气电极生产设备，包括：第一混料单元，用于制备催化层浆料；第二混料单元，用于制备防水层浆料；第一喷涂单元，包括拉送第一物料的第一拉送机构及第一喷涂口，用于将所述催化层浆料通过所述第一喷涂口喷涂至所述第一拉送机构拉送的所述第一物料上；第二喷涂单元，包括拉送第二物料的第二拉送机构及第二喷涂口，用于将所述防水层浆料通过所述第二喷涂口喷涂至所述第二拉送机构拉送的所述第二物料上；输送单元，包括网孔输送带，用于承载并带动经喷涂的所述第一物料及经喷涂的所述第二物料移动；真空抽滤单元，包括真空抽滤装置，所述真空抽滤装置设置于所述网孔输送带的下方，用于对经喷涂的所述第一物料及经喷涂的所述第二物料进行真空抽滤；辊压成型单元，设置于所述输送单元的右边，用于将所述真空抽滤后的所述第一物料及所述第二物料辊压成型，形成空气电极片；所述第一喷涂口与所述第二喷涂口设置于所述网孔输送带上方并沿所述网孔输送带输送方向间隔一定距离。通过从制备空气电极所需的粉料开始至形成所述空气电极片，整个过程都是机械化及连续化生产，制作工序简单且效率高，可实现机械化、规模化、连续化生产，降低制造成本；另外，自动化控制单元进一步提高本发明生产设备的自动化水平；最后，机械化、连续化的生产提高了空气电极片性能的一致性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。