储能电极的双辊挤压涂布生产设备的制作方法

本发明涉及一种储能电极的生产设备，具体的为一种储能电极的双辊挤压涂布生产设备。

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，本发明的目的在于提供一种储能电极的双辊挤压涂布生产设备，采用同时挤压和涂布成型的方式，能够有效控制电极材料的挤压厚度，且电极材料与带材之间的结合力更好，生产得到的储能电极的质量更加稳定。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种储能电极的双辊挤压涂布生产设备，包括：

放卷机构：用于放卷集流体带材；

挤压成型装置：用于在集流体带材上挤压涂布电极材料层并得到电极带材；

收卷机构：用于收卷制备得到的电极带材；

所述挤压成型装置包括挤压辊组，所述挤压辊组包括轴线相互平行的两根挤压辊；两根所述挤压辊的进料侧设有用于加入经搅拌分散处理后的电极材料的加料装置；

所述放卷机构和收卷机构之间设有用于使集流体带材从两根所述挤压辊之间穿过的导向辊组。

进一步，两根所述挤压辊之间设有用于调节辊缝的辊缝调节机构。

进一步，当所述集流体带材与其中一根所述挤压辊之间接触配合时，所述加料装置包括用于在所述集流体带材面向另一根所述挤压辊的一侧加入经搅拌分散处理后的电极材料的加料机构；

当所述集流体带材与两根所述挤压辊之间分别设有挤压间隙时；所述加料装置包括两个用于分别在集流体带材两侧加入经搅拌分散处理后的电极材料的加料机构。

进一步，当两根所述挤压辊的轴线位于同一个水平面上时，两根所述挤压辊的上方为进料侧。

进一步，所述导向辊组导向所述集流体带材沿着竖直向下的方向从两根所述挤压辊之间穿过。

进一步，所述导向辊组导向所述集流体带材、并使所述集流体带材与两根所述挤压辊之间的挤压间隙相等，或使所述集流体带材与两根所述挤压辊之间的挤压间隙的差值在设定范围内。

进一步，所述加料装置还包括用于搅拌分散处理电极材料的搅拌分散设备，所述加料机构与所述搅拌分散设备的出料口相连。

进一步，所述加料装置还包括位于两根所述挤压辊上方的加料槽，所述加料机构的出料端位于所述加料槽内。

进一步，所述加料槽内设有用于驱动电极材料持续从所述加料槽的出料口出料的加料辊。

进一步，还包括用于控制温度和干燥度的控制区。

进一步，所述控制区包括与所述挤压辊组对应设置的挤压控制区和位于所述挤压辊组出料侧的定型控制区。

进一步，所述定型控制区包括沿着所述电极带材传送方向依次设置的多个定型控制分区。

进一步，所述定型控制分区内设有用于控制电极带材的厚度的定型辊组，每一组所述定型辊组包括对应设置的两根定型辊。

进一步，相邻两组所述定型辊组中，位于上游侧的所述定型辊组的两根所述定型辊之间的辊缝大于等于位于下游侧的两根所述定型辊之间的辊缝。

进一步，所述挤压辊组的出料侧设有用于烘烤所述电极带材的烘烤设备。

进一步，所述挤压辊组的出料侧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，位于上游侧的所述精整辊组的辊间间隙大于等于位于下游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，所述压辊组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。

本发明的有益效果在于：

本发明的储能电极的双辊挤压涂布生产设备，利用挤压辊组将经搅拌分散处理后的电极材料直接挤压涂布在集流体带材上，摒弃了传统的先采用涂布模头成型后再涂布的方式，利用挤压辊组的挤压间隙直接控制电极材料层的涂布厚度，也即可根据实际需要控制电极材料层的厚度，使其与对应的负极材料相匹配，且电极材料与集流体带材之间的结合力更好，生产得到的储能电极的质量更加稳定。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明储能电极的双辊挤压涂布生产设备实施例1的结构示意图；

图2为本发明储能电极的双辊挤压涂布生产设备实施例2的结构示意图。

附图标记说明：

1-集流体带材；2-电极带材；3-电极材料；

10-放卷机构；

20-挤压涂布装置；21-挤压辊；22-加料机构；23-导向辊；24-加料槽；25-加料辊；

30-收卷机构；

41-挤压控制区；42-定型控制分区；43-定型辊；

50-烘烤设备；

60-压辊组；

70-精整区；71-精整辊；72-温控干燥区；

80-烧结区。

具体实施方式

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

实施例1

如图1所示，为本发明储能电极的双辊挤压涂布生产设备实施例1的结构示意图。本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产设备，包括：

放卷机构10：用于放卷集流体带材1；

挤压成型装置20：用于在集流体带材1上挤压涂布电极材料层并得到电极带材2；

收卷机构30：用于收卷制备得到的电极带材2。

具体的，挤压成型装置20包括挤压辊组，挤压辊组包括轴线相互平行的两根挤压辊21；两根挤压辊31的进料侧设有用于加入经搅拌分散处理后的电极材料3的加料装置；

放卷机构10和收卷机构30之间设有用于使集流体带材1从两根挤压辊21之间穿过的导向辊组。导向辊组包括多跟导向辊23。

进一步，两根挤压辊21之间设有用于调节辊缝的辊缝调节机构，通过调节两根挤压辊21之间的辊缝，能够控制电极材料层的厚度。

本实施例的集流体带材1与其中一根挤压辊21之间接触配合，加料装置包括用于在集流体带材1面向另一根挤压辊21的一侧加入经搅拌分散处理后的电极材料3的加料机构22。具体的，加料装置还包括用于搅拌分散处理电极材料3的搅拌分散设备，加料机构22与搅拌分散设备的出料口相连。

进一步，加料装置还包括位于两根挤压辊上方的加料槽24，加料机构22的出料端位于加料槽24内。本实施例的加料槽24内设有用于驱动电极材料3持续从加料槽的出料口出料的加料辊25，防止因电极材料3粘度过大而导致加料不连续的问题。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产设备还包括用于控制温度和干燥度的控制区。具体的，控制区包括与挤压辊组对应设置的挤压控制区41和位于挤压辊组出料侧的定型控制区。本实施例的定型控制区包括沿着电极带材2传送方向依次设置的多个定型控制分区42，可实现分区温度和干燥度控制。优选的，定型控制分区42内设有用于控制电极带材2的厚度的定型辊组，每一组定型辊组包括对应设置的两根定型辊43，相邻两组定型辊组中，位于上游侧的定型辊组的两根定型辊43之间的辊缝大于等于位于下游侧的两根定型辊43之间的辊缝。用于控制电极带材2的厚度并使电极带材2定型且厚度保持稳定。

进一步，挤压辊组的出料侧设有用于烘烤电极带材2的烘烤设备50。本实施例的烘烤设备50设置在定型控制区的下游侧。

进一步，挤压辊组的出料侧设有用于辊压电极带材2的压辊组60。本实施例的压辊组60设置在烘烤设备50的下游侧，也即电极带材2经烘烤后再通过压辊组60压制，控制厚度。

进一步，压辊组60与收卷机构30之间设有精整区70，精整区70内设有至少一组用于轧制电极带材2并使电极材料层的厚度达到设定厚度的精整辊组，每一组精整辊组包括对应设置的两根精整辊71。通过设置精整区，一方面可控制电极材料层的厚度，另一方面可使电极材料层的表面精度达到设计要求。

具体的，相邻两组精整辊组之间，位于上游侧的精整辊组的辊间间隙大于等于位于下游侧的精整辊组的辊间间隙。精整区70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，所有的精整辊组均位于温控干燥区内。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72，每一个温控干燥分区72内设有至少一组精整辊组。优选的，所有的精整辊组中，至少有一组精整辊组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，即可在电极材料层内轧制纳米尺度孔或微米尺度孔，能够有效提高电解液的渗透率。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压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，修边工具可采用现有的多种方式实现，且修改工具可以设置在精整区内，也可以设置在精整区70与收卷机构30之间，不再累述。

进一步，压辊组60与收卷机构30之间设有烧结区80，烧结区80内设有用于烧结电极带材的烧结设备，可烧结电极带材。

本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产设备，利用挤压辊组将经搅拌分散处理后的电极材料直接挤压涂布在集流体带材上，摒弃了传统的先采用涂布模头成型后再涂布的方式，利用挤压辊组的挤压间隙直接控制电极材料层的涂布厚度，也即可根据实际需要控制电极材料层的厚度，使其与对应的负极材料相匹配，且电极材料与集流体带材之间的结合力更好，生产得到的储能电极的质量更加稳定。

下面结合本实施例上述储能电极的双辊挤压涂布生产设备对储能电极的双辊挤压涂布生产方法的具体实施方式做详细说明。

储能电极的双辊挤压涂布生产方法，包括：挤压涂布工序，利用挤压辊组在集流体带材1的至少一侧侧面上挤压成型电极材料层。具体的，挤压涂布工序中，调节两根挤压辊21之间的辊缝至设定范围，在两根挤压辊21的进料侧加入经搅拌分散处理的电极材料3；驱动两根挤压辊21旋转，并使挤压辊21的切向速率与从该两根挤压辊21之间穿过的集流体带材1的速率相等，利用挤压辊21将电极材料3挤压涂布在集流体带材1上并形成电极材料层，得到电极带材2。

本实施例的集流体带材1与其中一根挤压辊21之间保持接触配合，在集流体带材1面向另一根挤压辊21的一侧加入经搅拌分散处理后的电极材料3，并在集流体带材1的一侧侧面上形成电极材料层，即本实施例在集流体带材1的一侧侧面上挤压涂布电极材料层。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法还包括搅拌分散工序，将电极材料3搅拌分散处理后，再利用加料机构22将经搅拌分散处理后的电极材料3加入到两根挤压辊21的进料侧。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法还包括定型工序，在设定温度和干燥度条件下，利用至少一组定型辊组对经挤压涂布工序后得到的电极带材2进行定型辊压，使电极材料层的厚度达到设定厚度。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法还包括烘烤工序，在设定温度和干燥度下，烘烤经挤压涂布工序后得到的电极带材2，使电极带材2内的含水率达到设定范围。本实施例的烘烤工序设置在定型工序之后。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法还包括辊压工序，利用压辊组60辊压经挤压涂布工序后得到的电极带材2，用于控制电极带材的厚度和电机材料层的密实度。本实施例的辊压工序设置在烘烤工序之后。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法还包括精整工序，在设定温度和干燥度下，利用至少一组精整辊组对经辊压后的电极带材2进行精整辊压，使电极材料层的厚度达到设定厚度范围，精整工序不仅控制电极材料层的厚度，而且可使电极材料层的表面精度达到设定要求。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法还包括烧结工序，烧结经辊压处理后的电极带材2，可烧结电极带材2。

进一步，本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法还包括修边工序，在电极带材2被收卷之前，利用修边工具对电极材料层的两侧进行修边。修边工序可以设置在精整工序内，也可以设置在精整工序之后。

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。具体的，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、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、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、纳米级负极材料、金属负极材料、纳米氧化物材料和含锂过渡金属氧化物材料。

当储能电极用于固态储能装置上时，还可以在电极材料内混合有固体离子导体材料；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、石榴石型-li7la3zr2o12及其衍生物以及无机氧化物，所述无机氧化物采用但不限于li1.5al0.5ti1.5p3o12、li1.5al0.5ge1.5p3o12、li6.5la3zr1.5ta0.5o12、li6.5la3zr1.5nb0.5o12、li6.28al0.24la3zr2o12、li6.40ga0.20la3zr2o12、li0.45la0.55tio3或lixpoynz；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。

优选的，电极材料3内设有用于调节粘度的粘接剂，使电极材料3与集流体带材1之间的粘结结合力更强。

进一步，集流体带材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，且集流体带材1还可以采用网状箔材或在集流体带材上阵列设置通孔，能够有效增强电极活性材料与集流体带材1之间的结合力，不再累述。

实施例2

如图2所示，为本发明储能电极的双辊挤压涂布生产设备实施例2的结构示意图。本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产设备，包括：

放卷机构10：用于放卷集流体带材1；

挤压成型装置20：用于在集流体带材1上挤压成型电极材料层并得到电极带材2；

收卷机构30：用于收卷制备得到的电极带材2。

具体的，挤压成型装置20包括挤压辊组，挤压辊组包括轴线相互平行的两根挤压辊21；两根挤压辊31的进料侧设有用于加入经搅拌分散处理后的电极材料3的加料装置；

放卷机构10和收卷机构30之间设有用于使集流体带材1从两根挤压辊21之间穿过的导向辊组。导向辊组包括多跟导向辊23。

进一步，两根挤压辊21之间设有用于调节辊缝的辊缝调节机构，通过调节两根挤压辊21之间的辊缝，能够控制电极材料层的厚度。

进一步，本实施例的集流体带材1与两根挤压辊21之间分别设有挤压间隙；加料装置包括两个用于分别在集流体带材1两侧加入经搅拌分散处理后的电极材料3的加料机构22，即可实现同时在集流体带材1两侧分别挤压成型电极材料层的技术目的。

具体的，本实施例的两根挤压辊21的轴线位于同一个水平面上，两根挤压辊21的上方为进料侧。

进一步，导向辊组导向集流体带材1沿着竖直向下的方向从两根挤压辊21之间穿过。具体的，导向辊组导向集流体带材1、并使集流体带材1与两根挤压辊21之间的挤压间隙相等，或使集流体带材1与两根挤压辊21之间的挤压间隙的差值在设定范围内，即通过控制集流体带材1与两根挤压辊21之间的挤压间隙，可控制分别成型在集流体带材1两侧的电极材料层的厚度。

本实施例的其他结构与实施例1相同，不再一一累述。

下面结合本实施例上述储能电极的双辊挤压涂布生产设备对储能电极的双辊挤压涂布生产方法的具体实施方式做详细说明。

储能电极的双辊挤压涂布生产方法，包括：挤压涂布工序，利用挤压辊组在集流体带材1的至少一侧侧面上挤压成型电极材料层。具体的，挤压涂布工序中，调节两根挤压辊21之间的辊缝至设定范围，在两根挤压辊21的进料侧加入经搅拌分散处理的电极材料3；驱动两根挤压辊21旋转，并使挤压辊21的切向速率与从该两根挤压辊21之间穿过的集流体带材1的速率相等，利用挤压辊21将电极材料3挤压涂布在集流体带材1上并形成电极材料层，得到电极带材2。

进一步，本实施例的集流体带材1与两根挤压辊21之间分别设有挤压间隙，在集流体带材1两侧分别加入经搅拌分散处理后的电极材料3，并在集流体带材1的两侧侧面上分别形成电极材料层。

优选的，集流体带材1采用网状箔材，位于集流体带材1两侧的电极材料层通过网状箔材的网孔连接为一体；或集流体带材1上阵列设有通孔，位于集流体带材两侧的电极材料层通过通孔连接为一体。通过将集流体带材1两侧的电极材料层连接为一体，能够有效增强电极材料层与集流体带材1之间的结合力。

进一步，根据实际使用环境需要，可在集流体带材1两侧加入相同的电极材料，并在集流体带材1的两侧分别挤压成型相同电极材料3的电极材料层。也可以在集流体带材1两侧分别加入不同的电极材料2，并在集流体带材1的两侧分别挤压成型不同电极材料3的电极材料层。

进一步，本实施例的两根挤压辊21的轴线位于同一个水平面上，且两根挤压辊21的上方为进料侧。此时，导辊组控制集流体带材1沿着竖直向下的方向从两根挤压辊21之间穿过。具体的，集流体带材1与两根挤压辊21之间的挤压间隙相等，或集流体带材1与两根挤压辊21之间的挤压间隙的差值在设定范围内，能够有效控制分别位于集流体带材1两侧的电极材料层的厚度。

本实施例的储能电极的双辊挤压涂布生产方法的其他实施例方式与实施例1相同，不再一一累述。

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