涂布机的制作方法

本实用新型涉及电池制造领域，尤其涉及一种涂布机。

背景技术：

由于锂离子电池具有高电压、高能量密度、高安全性、低自放电率、宽使用温度范围、长循环寿命、无记忆效应、可大电流充放电以及环境友好等优点，在新能源领域得到世界各国高校、研究单位和企业的深入和广泛的研究，并取到了很大的发展和广泛的应用。

以锂离子电池作为驱动的新能源汽车，无环境污染，能源利用率高(比燃油汽车高70％)。目前，锂离子电池是新能源汽车采用的主要动力驱动源。用于电动汽车的动力电池，除具有优良的倍率性能和较高的容量性能之外，还需具备有高的一致性、高的稳定性和长的循环性。2015年，电动汽车获得进一步发展，前7个月累计销售8.96万辆，同比去年提升2.6倍。锂离子电池在电动汽车的市场份额，将从2014年的14％提升到2015年的37.5％。可见，电动汽车市场容量大，对锂离子电池的需求大，制备出高质量的锂离子电池变得尤为重要。

锂离子电池的另一个应用在3C领域，包括手机、个人电脑和消费类电子产品。2014年，这块应用领域所占的锂离子电池市场份额高达81％。这类产品对锂离子电池的性能需求主要是高能量密度上。然而，高能量密度的锂离子电池，一般存在安全性较差、稳定性较低和寿命较短的缺陷。

储能市场，是锂离子电池新兴的市场。在国家对风光储能、分布式储能、智能微网、家电储能、通讯储能和储能电站的发展给以政策大力支持下，并且储能领域的发展符合新能源的发展需求，储能市场得到广泛关注和快步发展。储能领域在国际上掀开了一场研究、开发和应用的热潮。到2020年国内储能市场将达2000亿。目前，锂离子电池在储能领域的应用上，比传统的铅酸电池在能量密度、长寿命方面具有优势。然而，目前储能领域对锂离子电池产品的寿命提出了更高的要求。

未来无论是新能源汽车、电动车还是风能、太阳能光伏发电等，其大规模推广和商业化应用，除政策等宏观环境外，前提和关键在于高效、绿色的储能技术和产品。新能源、智能电网、电动汽车，这未来三大新兴产业的发展瓶颈都指向了同一项技术——储能技术。

锂离子电池性能的提升，与材料本身的性质特点、电池内部结构特点和制备工艺均有关。目前，在材料上获得了大量的研究。在高能量密度上，正极已有高电压的钴酸锂高能量密度产品应用，负极已开发出含高能量密度的硅材料的复合石墨材料。在稳定性和安全性方面，陶瓷隔膜是一个具有代表性的贡献领域。在制备工艺上，电池的相关设备获得了不断的进步，在精度、自动化和产量上均有大幅度的提升。然而，这种工艺的进步，并没有考虑对电池内部结构进行优化，在电池的制造工艺上，并没有出现显著的改变。例如，涂布工序，是锂离子电池制备的一个关键性工序，技术含量高。目前涂布所采用的涂布机，已从传统的刮刀转移涂布发展到目前可实现更高精度、更高速率的挤压涂布。为了提高生产效率，双面涂布也被开发出来。但是，涂布的结果均是单层涂布。根据发明人的分析，如果实现双层或多层的涂层则能够极大地提高电池性能，但是目前国内外尚未出现能够实现双层或多层涂布的锂离子电池用涂布设备来进行双层或多层的涂布。。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种涂布机，能够实现电池极片涂层的多层涂布。

为实现上述目的，本实用新型还提供了一种涂布机，包括：

基底层涂布机构，用于通过第一涂覆方法对未涂布的电池极片进行基底层涂布；和

多层涂布机构，设于所述基底层涂布机构的下游，用于对完成基底层涂布的电池极片的涂层侧进行一层以上的涂布。

进一步的，所述第一涂覆方法为刮刀转移涂布方法、挤压涂布方法、凹版印刷涂布方法或浸涂方法。

进一步的，所述多层涂布机构包括至少一个涂布模块，所述涂布模块采用第二涂覆方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。

进一步的，至少一个所述涂布模块包括喷涂模块，对应的第二涂覆方法为喷涂方法，用于通过喷涂方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。

进一步的，所述喷涂模块具有喷头，并采用间隙喷涂模式，用于根据感应器对电池极片上各区域的感应对运动的电池极片进行间断喷涂，以便通过所述喷头对需要喷涂的区域进行喷涂，并在不需要喷涂的区域停止所述喷头喷涂。

进一步的，所述喷涂模块包括喷头、阻挡结构和驱动部件，所述喷头采用连续喷涂模式，用于对运动的电池极片进行连续喷涂，所述阻挡结构在所述驱动部件的驱动下随运动的电池极片在所述喷头和运动的电池极片之间同步移动，以便在所述喷头进行连续喷涂时，对运动的电池极片上不需要喷涂的区域进行遮挡。

进一步的，所述不需要喷涂的区域为极耳焊接区，所述需要喷涂的区域包括所述极耳焊接区之外的已涂布的区域和空白区域。

进一步的，所述阻挡结构包括挡板，所述挡板的形状和面积与所述电池极片上不需要喷涂的区域相匹配。

进一步的，在所述基底层涂布机构与所述多层涂布机构之间，以及所述多层涂布机构中每个所述涂布模块的下游均设置有烘烤单元，用于对涂层进行烘烤，以消除涂层的流动性。

进一步的，至少一个所述涂布模块包括喷涂模块，对应的第二涂覆方法为喷涂方法，用于通过喷涂方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布；如果所述喷涂模块的涂布浆料的溶剂与上一涂布工序对应的所述基底层涂布机构或所述多层涂布机构中某一所述涂布模块的涂布浆料的溶剂相同或属于同一种类时，则在所述喷涂模块和所述基底层涂布机构或某一所述涂布模块之间的烘烤单元不对电池极片进行涂层烘烤。

进一步的，至少一个所述涂布模块包括：

刮刀转移涂布模块，对应的第二涂覆方法为刮刀转移涂布方法，用于通过刮刀转移涂布方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布；

挤压涂布模块，对应的第二涂覆方法为挤压涂布方法，用于通过挤压涂布方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布；

凹版印刷涂布模块，对应的第二涂覆方法为凹版印刷涂布方法，用于通过凹版印刷涂布方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布；和/或

浸涂模块，对应的第二涂覆方法为浸涂方法，用于通过浸涂方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。

进一步的，所述喷涂模块的喷涂速率为0.1～8L/min，和/或喷涂浆料的固含量在0.5～30％，和/或喷涂的厚度为0.5～100μm。

进一步的，所述刮刀转移涂布模块、挤压涂布模块、凹版印刷涂布模块和/或浸涂模块的涂布厚度为1～300μm。

进一步的，所述基底层涂布机构和所述多层涂布机构所实现的靠内侧的涂层的能量密度不低于靠外侧的涂层，和/或靠内侧的涂层的安全性和稳定性不高于靠外侧的涂层。

基于上述技术方案，本实用新型通过在实现对未涂布的电池极片的基底层涂布功能的基底层涂布机构的下游设置多层涂布机构，来对完成基底层涂布的电池极片进行一层以上的涂布，进而实现电池极片涂层的多层涂布，有效地提高电池极片的综合性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型涂布机的一实施例的原理示意图。

图2为本实用新型涂布机实施例中的喷涂模块的结构示意图。

图3为本实用新型涂布机实施例所涂布的电池极片的示意图。

图4为本实用新型涂布机的另一实施例的原理示意图。

图5为本实用新型涂布机的又一实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

前面已经提到发明人分析实现双层或多层的涂层应能极大地提高电池性能，为了实现双层或多层的涂层加工，本实用新型提供了一种涂布机，包括：基底层涂布机构和设置在所述基底层涂布机构下游的多层涂布机构。基底层涂布机构用于通过第一涂覆方法对未涂布的电池极片进行基底层涂布。这里的基底层涂布机构可采用传统单层涂布设备或加工模块实现，其采用的第一涂覆方法可以为刮刀转移涂布方法、挤压涂布方法、凹版印刷涂布方法或浸涂方法，但不仅限于这些涂覆方法，其它任何能够在电池极片上实现涂层浆料的涂覆方法均可采用。

多层涂布机构设于基底层涂布机构的下游，能够对完成基底层涂布的电池极片的涂层侧进行一层以上的涂布。多层涂布机构可具体包括至少一个涂布模块，所述涂布模块采用第二涂覆方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。即多层涂布机构可以仅有一个涂布模块，以实现基底层之上的第二涂层的涂覆，也可以包括两个或三个以上的涂布模块，以实现基底层之上第三涂层、第四涂层以及更多涂层的涂布。

这里的涂布模块可采用传统的单层涂布设备或加工模块实现，即采用的第二涂覆方法可以刮刀转移涂布方法、挤压涂布方法、凹版印刷涂布方法或浸涂方法，即多层涂布机构所包括的至少一个涂布模块具体包括：刮刀转移涂布模块、挤压涂布模块、凹版印刷涂布模块和/或浸涂模块。涂布模块也可以为非传统的喷涂模块，即其使用的第二涂覆方法为喷涂方法，用于通过喷涂方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。

刮刀转移涂布模块对应的第二涂覆方法为刮刀转移涂布方法，用于通过刮刀转移涂布方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。挤压涂布模块对应的第二涂覆方法为挤压涂布方法，用于通过挤压涂布方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。凹版印刷涂布模块对应的第二涂覆方法为凹版印刷涂布方法，用于通过凹版印刷涂布方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。浸涂模块对应的第二涂覆方法为浸涂方法，用于通过浸涂方法对经过上一涂布工序后的电池极片的涂层侧进行涂布。

第二涂覆方法不仅限于以上这些涂覆方法，其它任何能够在电池极片上实现涂层浆料的涂覆方法均可采用。多层涂布机构中如果有两个以上的涂布模块，则各个涂布模块采用的第二涂覆方法可以相同，也可以不同。

基底层涂布机构和多层涂布机构中的至少一个涂布模块可以沿生产工序连续或间隔地串联设置，以实现电池制造过程中的电池极片涂布工序，在形成了多层涂层后，可以采用与传统电池制造工序相同的工序进行操作，例如在形成多层涂层后，进入烘箱烘干，再进行辊压、分条、制片、卷绕、入壳、真空干燥、注液、封口、化成、老化、分容等，此处仅为举例说明本实用新型涂布机在电池制造过程中所起作用，其它各工序的实现方式在此不再赘述。

如图1所示，为本实用新型涂布机的一实施例的原理示意图。结合图2所示的喷涂模块结构以及图3所示的电池极片，本实施例中的涂布模块为喷涂模块，基底层涂布机构可采用传统的单层涂布设备，在图1中未示出，而喷涂模块则用于通过喷涂方法对经过上一涂布工序(对于本实施例来说就是经过基底层涂布工序)后的电池极片1的涂层侧进行涂布。

具体来说，喷涂模块可以包括喷头2、阻挡结构和驱动部件，喷头2可采用连续喷涂模式，其能够对运动的电池极片1进行连续喷涂，阻挡结构能够在驱动部件的驱动下随运动的电池极片1在所述喷头2和运动的电池极片1之间同步移动，以便在所述喷头2进行连续喷涂时，对运动的电池极片1上不需要喷涂的区域进行遮挡。

这里所提到的不需要喷涂的区域为极耳焊接区1.2，这部分区域用于焊接极耳，如果在其上进行了喷涂，则会影响焊接和导电效果，因此不需要对该区域进行喷涂操作。需要喷涂的区域包括极耳焊接区1.2之外的已涂布的区域1.1和空白区域1.3。这里的已涂布区域1.1是经过上一涂布工序涂布后的区域，接下来再通过喷头2向其上喷涂功能层对应的涂层浆料。

阻挡结构包括挡板3，所述挡板3的形状和面积可以与电池极片1上不需要喷涂的区域相匹配。考虑到电池极片1的喷涂过程采用连续进行的方式，即电池极片1在滚轴5的驱动下沿长度方向移动，而喷头2相对固定不动，这导致了不同的区域也随着电池极片1的运动而运动，挡板3可以在驱动部件的驱动作用下随着电池极片1的运动而同步运动，驱动部件可以为皮带传动机构4、链传动机构、齿轮齿条传动机构等。利用挡板3的阻挡作用，当喷头2的喷涂区域与不需要喷涂的区域重合时，挡板3能够挡住喷头2所喷出的浆料，不使其落在不需要喷涂的区域上。这种采用机械传动方式的喷涂模块比较可靠，控制过程较为简单。

需要喷涂的区域中，已涂布区域1.1经过喷涂则形成了新的涂层，因此能够获得相比于现有单涂层电池极片更优异的性能。而考虑到作为电池的正负极的集流体分别为导电性良好的金属材料，当金属处发生短路时，短路电流会非常大，容易引发安全性问题，而当空白区域1.3经过喷涂后形成的涂层(例如不具导电性的氧化铝涂层等)具有绝缘性时，正负极空箔区的接触所引起的短路电流会大大下降，进而提高了电池的安全性能。

阻挡结构并不仅限于挡板的形式，也可以采用其它结构，例如也能起到阻挡作用的运动容器，可以承接喷头喷出的浆料。喷头2除了可采用连续喷涂模式之外，也可以利用传感器和控制器的来实现间隙喷涂模式，即根据感应器对电池极片1上各区域的感应，来对运动的电池极片1进行间断喷涂，以便通过喷头2对需要喷涂的区域进行喷涂，并在不需要喷涂的区域停止所述喷头2喷涂。换句话说，通过感应喷头所对的电池极片1的哪个当前区域，则相应的进行喷涂或者停止喷涂。这种采用电控方式的喷涂模块，控制更为精准细致。

考虑到涂层是由具有一定流动性的涂层浆料所形成的，因此为了避免形成的涂层在后续工序中被破坏，可在基底层涂布机构与多层涂布机构之间，以及多层涂布机构中每个涂布模块的下游均设置有烘烤单元6，用于对涂层进行烘烤，以消除涂层的流动性。例如图1中喷涂模块的下游设有烘烤单元6，经过喷涂的电池极片在通过烘烤单元6时被烘干，以消除涂层的流动性。相应的，设于基底层涂布机构和喷涂单元之间也具有烘烤单元，在图1中未予示出。

对于喷涂模块来说，如果喷涂模块的涂布浆料的溶剂(分散剂)与上一涂布工序对应的基底层涂布机构或多层涂布机构中的某一涂布模块的涂布浆料的溶剂相同或属于同一种类时，例如都属于水体系溶剂或者都属于有机溶剂等，则可以使喷涂模块之前的烘烤单元6不对电池极片1进行涂层烘烤。换句话说，当上一涂层的涂布浆料的溶剂与将要喷涂的浆料溶剂相同或属于同一种类时，未进行烘烤的电池极片处于较低的温度，电池极片上的浆料溶剂挥发较少，表现为未烘干的状态，此时涂层中仍存在有浆料溶剂，当同体系的浆料被喷涂在未烘干的涂层上时，新旧涂层之间可以结合的更加紧密，提高涂层之间的粘结力，并且也提高了加工效率。在另一实施例中，也可以不考虑溶剂种类而对涂层均进行烘干操作。

对于喷涂模块来说，通过实现不同的喷涂速率和浆料的固含量来控制喷涂量，优选的喷涂速率为0.1～8L/min，喷涂浆料的固含量在0.5～30％。而喷涂量最终由喷涂厚度决定，优选喷涂的厚度为0.5～100μm。

图4和图5示出了涂布机的另两种实施例，在图4和图5左侧的涂布模块为刮刀转移涂布模块7，该模块作为第二层涂层的涂布模块，而基底层涂布模块在图4和图5中未予示出。相区别的，图4中作为第三层涂层的涂布模块为喷涂模块，而图5中作为第三层涂层的涂布模块为刮刀转移涂布模块7’。在刮刀转移涂布模块7、7’以及喷涂模块之后均设有烘烤单元，用于对涂布后的涂层进行烘干。图4中的烘烤单元还可以根据当前喷涂浆料的溶剂和上一涂层的浆料溶剂是否是同一类型来选择是否进行烘干处理。刮刀转移涂布模块7可通过控制刮刀间隙来控制涂层厚度和面密度，使涂层厚度在1～300μm，面密度在50～500g/m²。

在另一实施例中，图4和图5中的涂布模块也可以替换为挤压涂布模块、凹版印刷涂布模块或浸涂模块等。刮刀转移涂布模块、挤压涂布模块、凹版印刷涂布模块和/或浸涂模块主要控制的参数是涂层的厚度，优选涂布厚度为1～300μm。

前面已经提到多涂层的目的在于提高电池极片的性能，而各个涂层之间通过发挥一些涂层的优势，抑制一些涂层的劣势，则可以使电池极片表现出极为优异的综合性能。考虑到涂层在能量密度、稳定性和安全性上的差异性，优选使基底层涂布机构和所述多层涂布机构所实现的靠内侧的涂层的能量密度不低于靠外侧的涂层，和/或靠内侧的涂层的安全性和稳定性不高于靠外侧的涂层。

举例来说，高能量密度的涂层(例如高镍的三元材料涂层)通常稳定性较差，因此优选将其涂覆在相对于所述电池极片靠内侧的涂层位置，而稳定性较高的涂层(例如氧化铝涂层或锰酸锂涂层)优选涂覆在靠外侧的涂层位置，能够抑制靠内侧高能量密度的材料的反应，提高电池极片整体的稳定性。

上面详细说明了各个涂布机实施例在涂布电池极片的原理和结构，被涂布的电池极片可以适用于各类电池极片，包括二次电池，以及目前广泛应用的锂离子电池的电池极片。通过在电池极片上的多涂层的加工，能够提高电动汽车锂离子电池的一致性、高稳定性和长循环性，提高用在手机中的具有高能量密度的锂离子电池的安全性、稳定性和循环性。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。