一种石墨烯涂层铝箔涂布设备的制作方法

本发明涉及锂电池生产技术领域，具体涉及一种石墨烯涂层铝箔涂布设备。

背景技术：

锂二次电池作为一种高容量、长寿命的储能系统，在小型便携式电子产品中得到了广泛使用，而其在高功率动力电池和大容量储能电池中的应用前景更吸引了全世界的目光。高性能锂离子电池的研发是电化学储能领域的一项重要任务。在锂二次电池中，活性材料均匀涂布于铝箔或铜箔集流体表面，集流体通过与活性材料的物理接触将电化学反应产生的电子汇集并导出至外电路，从而实现化学能转化为电能的过程。由此可推知，集流体与活性材料间的接触是锂离子电池充放电性能的重要影响因素。

箔材是锂二次电池的重要组成部分，现在的锂二次电池虽然性能比较优越，但是常规的锂二次电池极片制作工艺中，活性材料浆料直接涂布于铝箔或铜箔表面，干燥后通过粘结剂实现活性材料固定于集流体表面。目前主要是通过增加浆料粘结剂的用量、通过箔材表面化学腐蚀、电晕或者在箔材表面涂敷含导电材料的薄层等方法处理箔材来增加活性材料浆料和铝箔或铜箔表面之间的粘附能力。但是粘结剂用量的增加会对电池性能造成一系列的不良影响，化学腐蚀、电晕等特殊处理会对箔材产生一定程度的表面损伤，降低箔材的强度，严重影响后续的现象加工，并且成本较高，不利于大规模生产的需要。

而在箔材表面涂覆含导电材料的薄层--涂层铝箔，该薄层需要有良好的导电能力，较高的比表面积，优良的粘结性能，并且相对于金属集流体具有更好的形变能力，从而增加活性材料与箔材间的导电接触，减小界面电阻，并提高两者间的粘结强度。利用导电功能涂层对导电基材(铝箔)进行表面处理是目前一种公认的突破性的创新技术，使用涂层铝箔替代传统铝箔在动力锂电池中使用已经成为一种重要趋势。

在上述的集流体表面涂敷薄层中，导电材料的选择无疑是最重要的环节。从导电性能和成本综合考虑，碳材料是最适合的选择。碳材料种类繁多，常见的有石墨、碳黑、碳纳米管、碳纤维等。其中很多已经被应用于导电涂层的实例中，例如德国汉高、日本昭和电工等企业，他们通过铝箔表面涂敷一种或多种碳材料混合物来改善集流体与活性材料的接触面积以及粘接能力，涂敷厚度对电池的质量影响很大，涂布工艺至关重要，需要保证极片厚度和重量一致，布料必须均匀，否则会影响电池的一致性。涂布还必须确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。否则会导致电池放电过快，甚至会出现安全隐患。从其结构和物理性能分析，使用纳米石墨作为导电涂层，由于纳米石墨比表面积大，并且为片层结构，与铝箔基材接触面更多，使用该类材料改性的铝箔粘结性能将大大提高，能有效抑制传统碳材料所产生的膨胀脱离现象，且其导电性能更为优异，相对其它导电材料更具有优势。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种石墨烯涂层铝箔涂布设备，能将石墨烯纳米材料持续均匀地涂覆到铝箔基材上形成石墨烯涂层铝箔，所得产品涂层均匀与铝箔基材接触紧密，以解决背景技术中提到的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种石墨烯涂层铝箔涂布设备，包括基座、卷设在所述基座上的铝箔卷、若干个张紧机构、清扫机构、搅拌机构、涂布机构、加热机构和存储机构，所述铝箔卷包括铝箔基板，所述清扫机构、涂布机构和加热机构沿所述铝箔基板的自由端的行走方向依次间隔布置在所述铝箔基板的上方，所述搅拌机构分布在所述涂布机构的上方，所述铝箔基板的自由端匀速进入所述存储机构中，若干个所述张紧机构依次分布在所述铝箔卷与所述清扫机构之间、所述涂布机构与所述加热机构之间及所述加热机构与所述存储机构之间。

本发明的铝箔基板进行匀速移动，在若干个张紧机构的作用下，保持均匀运行的同时又能始终保持处于张紧状态，先经清扫机构的除尘处理，涂布机构接收来自搅拌机构搅拌好的涂料之后，再由涂布机构对铝箔基板进行涂布，再经加热机构进行加热干燥处理，最后得到质量稳定的具有石墨烯涂层的铝箔基板。

进一步地，所述涂布机构包括移动仓、设于所述移动料仓内的出料通道、活塞式计量筒、卸料管和平台，所述移动料仓可移动地安装于所述平台上，所述移动料仓上还设有下端开口的储料腔，所述平台内开有计量孔和卸料孔，所述活塞式计量筒置于所述计量孔内，所述卸料管的进料口设于所述卸料孔的下方，所述卸料管的出料口连通有涂布辊，所述涂布辊的下方设有传动皮带。

上述优选方案的有益效果是：移动料仓能在平台上可来回移动，涂布料可从移动料仓的出料通道流入计量孔，在移动料仓平移后，计量孔内的涂布料可在驱动机构的驱动下送入储料腔，移动料仓再度平移，使储料腔对准卸料孔，最后涂布料经卸料管的出料口流入到涂布辊，对铝箔基板进行涂布。

进一步地，所述活塞式计量筒内设有活塞，所述活塞连接有与齿条，所述齿条啮合安装有齿轮，所述齿轮通过连接杆与所述平台固定连接，所述齿轮上设有偏心摇臂。

上述优选方案的有益效果是：旋转偏心摇臂，齿轮带动齿条上下运动，从而带动活塞沿着活塞式计量筒上下移动，从而能实现控制活塞上下移动的位移量。

进一步地，所述活塞式计量筒上设有自上向下布局的刻度线。

上述优选方案的有益效果是：用于计量和记录计量孔内的涂布料的流量，实现定量对铝箔基板涂布石墨烯涂层。

进一步地，所述涂布辊为滚筒式涂辊，所述涂布辊包括输料管和涂布腔，所述输料管的一端与所述卸料管连接，所述输料管的另一端与所述涂布腔连通，所述涂布腔上开设有多个均匀分布的涂布孔。

上述优选方案的有益效果是：涂布辊滚动后，涂布腔内的涂料通过均匀分布的涂布孔均匀地覆盖在铝箔基板上，实现了连续均匀涂布。

进一步地，所述搅拌机构包括真空搅拌机、若干个原料导入仓和导出管，若干个所述原料导入仓连通于所述真空搅拌机的上部，所述导出管连通于所述真空搅拌机的底部，所述导出管悬设于所述涂布机构的上方，所述真空搅拌机通过支撑杆安装在外部支架上。

上述优选方案的有益效果是：原料导入仓用于盛装石墨烯涂层的各种原料，各原料进入真空搅拌机内进行充分搅拌成浆状。

进一步地，所述加热机构包括烘干箱和排废管，所述排废管设于所述烘干箱的顶部，所述烘干箱中设有供所述铝箔基板的自由端通过的通道及发热元件。

进一步地，所述发热元件为电磁元件或红外元件。

上述优选方案的有益效果是：铝箔基板经烘干箱进行干燥处理，对铝箔片的下方进行喷涂加热，可以使涂布有石墨烯的铝箔片均匀受热，进一步提高均匀度和粘度性。

进一步地，所述清扫机构包括沿所述铝箔基板的自由端的行走方向依次间隔分布的刮板、扫辊和静电吸附器。

上述优选方案的有益效果是：刮板能对铝箔片上的杂质进行初步清理，扫辊可以将粘附在铝箔片上的杂质扫起，经过静电吸附器时吸走，使铝箔片表面保持清洁和干净，对铝箔片的涂布质量提供有利保障，防止粉尘对电池一致性产生影响。

进一步地，所述张紧机构包括第一压辊和第二压辊，所述第一压辊与所述铝箔基板的上表面相切，所述第二压辊与所述铝箔基板的下表面相切。

上述优选方案的有益效果是：使得铝箔基板能始终保持张紧状态。

本发明的有益效果是：

1)本发明的石墨烯涂层铝箔涂布设备，其铝箔卷的铝箔基板在存储机构中的驱动组件的驱动下，铝箔基板进行匀速移动，在若干个张紧机构的作用下，保持均匀运行的同时又能始终保持处于张紧状态，先经清扫机构的除尘处理，涂布机构接收来自搅拌机构搅拌好的涂料之后，再由涂布机构对铝箔基板进行涂布，再经加热机构进行加热干燥处理，最后得到质量稳定的具有石墨烯涂层的铝箔基板。

2)本发明的移动料仓在平台上可来回移动，涂布料可从移动料仓的出料通道流入计量孔，在移动料仓平移后，计量孔内的涂布料可在驱动机构的驱动下送入储料腔，移动料仓再度平移，使储料腔对准卸料孔，最后涂布料经卸料管的出料口流入到涂布辊，最终实现对铝箔基板进行定量涂布，达到均匀涂布的目的。

附图说明

图1为本发明石墨烯涂层铝箔涂布设备的整体结构示意图；

图2为本发明活塞式计量筒吸料状态的示意图；

图3为本发明移动料仓向左移动时储料腔与活塞式计量筒配合的示意图；

图4为本发明活塞式计量筒送料到储料腔的示意图；

图5为本发明涂布辊的结构示意图；

图6为本发明卸料孔卸料的结构示意图；

图7为本发明搅拌机构的结构示意图；

图中，1-基座，2-铝箔卷，201-铝箔基板，3-张紧机构，301-第一压辊，302-第二压辊，4-清扫机构，401-刮板，402-扫辊，403-静电吸附器，5-搅拌机构，501-真空搅拌机，502-原料导入仓，503-导出管，6-涂布机构，7-加热机构，701-烘干箱，702-排废管，8-存储机构，9-移动料仓，10-出料通道，11-活塞式计量筒，12-卸料管，13-平台，14-储料腔，15-计量孔，16-卸料孔，17-涂布辊，1701-输料管，1702-涂布腔，1703-涂布孔，18-活塞，19-齿条，20-齿轮，21-偏心摇臂。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：

请参照图1，一种石墨烯涂层铝箔涂布设备，包括基座1、卷设在所述基座1上的铝箔卷2、若干个张紧机构3、清扫机构4、搅拌机构5、涂布机构6、加热机构7和存储机构8，所述铝箔卷2包括铝箔基板201，所述清扫机构4、涂布机构6和加热机构7沿所述铝箔基板201的自由端的行走方向依次间隔布置在所述铝箔基板201的上方，所述搅拌机构5分布在所述涂布机构6的上方，所述铝箔基板201的自由端匀速进入所述存储机构8中，若干个所述张紧机构3依次分布在所述铝箔卷2与所述清扫机构4之间、所述涂布机构6与所述加热机构7之间及所述加热机构7与所述存储机构8之间。

本发明的石墨烯涂层铝箔涂布设备，其铝箔卷2的铝箔基板201在存储机构8中的驱动组件的驱动下，铝箔基板201进行匀速移动，在若干个张紧机构3的作用下，保持均匀运行的同时又能始终保持处于张紧状态，先经清扫机构4的除尘处理，涂布机构6接收来自搅拌机构5搅拌好的涂料之后，再由涂布机构6对铝箔基板201进行涂布，再经加热机构7进行加热干燥处理，最后得到质量稳定的具有石墨烯涂层的铝箔基板201。

请参照图2-5，所述涂布机构6包括移动仓、设于所述移动料仓9内的出料通道10、活塞式计量筒11、卸料管12和平台13，所述移动料仓9可移动地安装于所述平台13上，所述移动料仓9上还设有下端开口的储料腔14，所述平台13内开有计量孔15和卸料孔16，所述活塞式计量筒11置于所述计量孔15内，所述卸料管12的进料口设于所述卸料孔16的下方，所述卸料管12的出料口连通有涂布辊17，所述涂布辊17的下方设有传动皮带。

本发明的移动料仓9在平台13上可来回移动，涂布料可从移动料仓9的出料通道10流入计量孔15，在移动料仓9平移后，计量孔15内的涂布料可在驱动机构的驱动下送入储料腔14，移动料仓9再度平移，使储料腔14对准卸料孔16，最后涂布料经卸料管12的出料口流入到涂布辊17，对铝箔基板201进行涂布。

请参照图2-5，所述活塞式计量筒11内设有活塞18，所述活塞18连接有与齿条19，所述齿条19啮合安装有齿轮20，所述齿轮20通过连接杆与所述平台13固定连接，所述齿轮20上设有偏心摇臂21。

本发明的活塞18、齿条19及偏心摇臂21组成驱动计量孔15内的涂布料运输的驱动机构，所述偏心摇臂21可外接驱动电机，旋转偏心摇臂21，齿轮20带动齿条19上下运动，从而带动活塞18沿着活塞式计量筒11上下移动，从而能实现控制活塞18上下移动的位移量。

请参照图2-5，所述活塞式计量筒11上设有自上向下布局的刻度线。

本发明的活塞式计量筒11上的自上向下布局的刻度线，用于计量和记录计量孔15内的涂布料的流量，实现定量对铝箔基板201涂布石墨烯涂层。

本发明的涂布机构6能实现铝箔基板201的定量的石墨烯涂布，具体地过程如下：

如图2所示，移动料仓9在平台137上移动使得出料通道10的出口与计量孔15对齐，偏心摇臂21旋转带动齿轮20和齿条19联动，从而带动活塞18向下移动，将移动料仓9里的涂布料吸入活塞式计量筒11内，涂布料在活塞18的吸力作用下，涂布料不易在活塞式计量筒11的底部产生空气腔，计量会比较准确。

如图3所示，移动料仓9在平台13上向左移动，使储料腔14和计量孔15对齐，此时经计量的涂布料留在活塞式计量筒11的顶部。

如图4所示，偏心摇臂21反向旋转带动齿轮20和齿条19联动，带动活塞18向上移动，将活塞式计量筒11顶部的涂布料逐步推入储料腔14内。

如图5所示，移动料仓9在平台13上向右移动，储料腔14、卸料孔16和卸料管12的入料口对齐，由于自身重力的作用，储料腔14内的涂布料通过卸料孔16落入卸料管12内，经卸料管12的出料口流入有涂布辊17。

在涂布这道工序中，涂布前的铝箔只有6微米厚，可以用“薄如蚕翼”来形容，行业内如果能将搅拌好的浆料均匀连续地涂布到铝箔基板201上，涂布质量就会非常稳定的，为了达到这个涂布的质量，定量的对正在匀速运行的铝箔基板201进行涂布，是有效之路，本发明的涂布机构6便能实现。

请参照图6，所述涂布辊17为滚筒式涂辊，所述涂布辊17包括输料管1701和涂布腔1702，所述输料管1701的一端与所述卸料管12连接，所述输料管1701的另一端与所述涂布腔1702连通，所述涂布腔1702上开设有多个均匀分布的涂布孔1703。

本发明的涂布辊17为滚筒式涂辊，滚筒式涂辊与铝箔基板201接触，涂布辊17滚动后，涂布腔1702内的涂料通过均匀分布的涂布孔1703均匀地覆盖在铝箔基板201上，实现了连续均匀涂布。

请参照图7，所述搅拌机构5包括真空搅拌机501、若干个原料导入仓502和导出管503，若干个所述原料导入仓502连通于所述真空搅拌机501的上部，所述导出管503连通于所述真空搅拌机501的底部，所述导出管503悬设于所述涂布机构6的上方，所述真空搅拌机501通过支撑杆安装在外部支架上。

本发明的若干个原料导入仓502用于盛装石墨烯涂层的各种原料，各原料进入真空搅拌机501内进行充分搅拌成浆状，该道工序质量控制的好坏，将直接影响电池的质量和成品合格率。

请参照图1，所述加热机构7包括烘干箱701和排废管702，所述排废管702设于所述烘干箱701的顶部，所述烘干箱701中设有供所述铝箔基板201的自由端通过的通道及发热元件。

本发明的铝箔基板201经烘干箱701进行干燥处理，对铝箔片的下方进行喷涂加热，可以使涂布有石墨烯的铝箔片均匀受热，进一步提高均匀度和粘度性。

优选地，所述发热元件为电磁元件或红外元件。

本发明的发热元件与外部电源连接，用于提供热量。所述的烘干箱701内设有多个导热棒。

所述发热元件可为电磁元件，此时，设置导热棒置于发热元件中，以受磁场感应而发热；所述发热元件亦可为红外元件，红外元件设置于导热棒内，以红外线的传热形式对导热棒进行辐射加热。当然，本发明并不限定所述发热元件的具体结构，只要所述发热元件能提供热源于导热棒即可。但是，优选采用红外元件对导热棒进行加热，相比于电阻加热，其热传递效率高，而相比于电磁加热，其无需直接接触柔性胶，因而无污染，有利于确保涂布质量和涂布效率。

请参照图1，所述清扫机构4包括沿所述铝箔基板201的自由端的行走方向依次间隔分布的刮板401、扫辊402和静电吸附器403。

本发明的刮板401能对铝箔片上的杂质进行初步清理，扫辊402可以将粘附在铝箔片上的杂质扫起，经过静电吸附器403时吸走，使铝箔片表面保持清洁和干净，对铝箔片的涂布质量提供有利保障，防止粉尘对电池一致性产生影响。

请参照图1，所述张紧机构3包括第一压辊301和第二压辊302，所述第一压辊301与所述铝箔基板201的上表面相切，所述第二压辊302与所述铝箔基板201的下表面相切。

本发明的第一压辊301与铝箔基板201的上表面相切，第二压辊302与所述铝箔基板201的下表面相切，使得铝箔基板201能始终保持张紧状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。