一种在金属箔表面涂布石墨烯的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种在金属箔表面涂布石墨烯的装置，包括控制单元和沿金属箔运动方向依次设置的放卷单元、涂布印刷装置、烘烤单元和收卷单元，所述的金属箔为铝箔或铜箔；涂布印刷装置包括自上而下层叠设置的压辊、主动硅胶辊和主动钢辊，主动硅胶辊和主动钢辊反方向转动并保持微米级的间隙；主动钢辊浸入在盛有粘性物料的胶体池内，基材设置在压辊和主动硅胶辊之间。本发明专利技术中实现了亚微米级厚度及更薄层的物料在基材表面的均匀喷涂，适应了石墨烯涂覆在金属箔上的厚度要求，并具有良好的附着力，有效降低了碳颗粒与金属箔之间的接触电阻。

A device for coating graphene on the surface of a metal foil

The invention discloses a device on the foil surface coating of graphene, including the control unit and arranged successively along the direction of movement of the metal foil unwinding unit, coated printing device, the baking unit and the coiling unit, the metal foil is aluminum foil or copper foil; coated printing device package roller, rubber roller and active silicon active steel roller including top-down stacked, active silicon rollers and active steel rollers rotate in the opposite direction and keep the gap micron; active steel roller immersed in a viscous material containing colloidal pool within the substrate is arranged between the roller and the active silicon rubber roller. The invention realizes the uniform spraying of the material with sub micron thickness and thin layer on the substrate surface, which is suitable for the thickness requirement of Shi Moxi coated on the metal foil, and has good adhesion, and effectively reduces the contact resistance between the carbon particles and the metal foil.

【技术实现步骤摘要】
一种在金属箔表面涂布石墨烯的装置
本专利技术属于动力电池/超级电容器
，具体涉及一种在金属箔上涂布石墨烯的装置。
技术介绍
动力电池和超级电容器广泛地用于新能源
，在动力电池和超级电容器中，电极的极片是一个关键部件，通常需要涂布机将功能材料如碳颗粒、碳纳米纤维、石墨烯等均匀涂覆在金属箔(铜箔或铝箔)表面上。常见涂布机的原理类似凹版印刷机，将成卷的基材通过传动机构传送至涂覆印刷区，将功能材料涂覆至基材表面的指定位置处，然后经过烘干、收卷等，用于后续产品的制作。其中所涂覆介质的厚度、均匀性、粘附力、幅宽大小、位置精度和涂覆速率均是其衡量指标。中国专利“锂电池极片涂布机(201320299315.1)”公开了一种锂电池极片涂布机，该机由极片放卷装置、张力调节装置、料浆涂布装置、烘干装置和收卷装置组成，其存在的问题是采用常规的涂布机方案，无法实现石墨烯材料在金属箔上的涂覆，这是由于工业石墨烯只有在很薄层的条件下才具有良好的导电特性，而且厚度越薄越接近单层石墨烯则导电性能越佳，故石墨烯涂碳金属箔要求在金属箔上涂覆很薄而均匀的石墨烯材料，并且石墨烯与基材要具有较强的附着能力，而现有的石墨烯用的涂布方法即网线辊涂布(微凹版及凹版涂布)，难以满足这种涂覆要求，无法确保极片的电学性能。
技术实现思路
本专利技术提出了一种在金属箔基材上涂覆石墨烯的装置，采用三辊旋转的结构，由一对转动方向相反、具有一定转速差的主动转辊将石墨烯粘性物料挤压、拉伸和延展后，再依靠压辊转印至金属箔表面，实现了基材连续运转过程中石墨烯在金属箔表面的涂覆，胶层薄而均匀，且具有较强的附着力，满足了动力电池和超级电容器的制造要求，同时在涂覆之前设置了基材表面处理环节，提高了功能材料与金属箔之间的粘附力，减小了接触电阻。本专利技术的技术方案如下一种在金属箔表面涂布石墨烯的装置，包括控制单元和沿金属箔运动方向依次设置的放卷单元、涂布印刷装置、烘烤单元和收卷单元，所述的金属箔为铝箔或铜箔；所述的涂布印刷装置包括自上而下层叠设置的压辊、主动硅胶辊和主动钢辊，主动硅胶辊和主动钢辊反方向转动并保持微米级的间隙；主动钢辊浸入在盛有粘性物料的胶体池内，基材设置在压辊和主动硅胶辊之间，所述的基材依托在支撑辊上，并在动力牵引下沿与主动硅胶辊的上顶点的离心力方向运动，所述的压辊在升降单元的驱动下，将基材压贴在主动硅胶辊的上表面；所述的主动钢辊将粘性物料粘附在辊体表面，经过主动硅胶辊和主动钢辊之间的间隙挤压延展后形成粘附在主动硅胶辊表面的胶体薄膜，再经压辊转印至基材的表面。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，主动硅胶辊与主动钢辊转速的线速度之比为1.1-1.5倍，且主动硅胶辊与主动钢辊之间的间隙可调节。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，烘烤单元包括若干只烘干通道，实现金属箔从40℃-120℃-200℃-100℃-常温的分段升温和降温，烘道内间隔设置有传动辊，金属箔支撑在传动辊上，传动辊在烘道外部的动力传动装置驱动下带动金属箔走料。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，在金属箔表面涂布石墨烯的装置还包括在放卷单元和涂布装置之间设置的高压放电处理装置，所述的高压放电处理装置包括在金属箔待处理表面设置的多只高压放电处理单元，每只高压放电处理单元包括高压箱体、负压抽风装置、高压源和若干只长条状的放电电极；所述的金属箔卷绕在高压放电辊上，放电电极设置在高压箱体开口的前端，并沿高压放电辊轴向平行设置在高压放电辊的圆周；所述的放电电极与金属箔保持间隙，其产生电弧作用至金属箔，使得金属箔表面产生凹坑和凸点；所述的高压箱体的后端设置有负压出风口，出风口与外部的负压抽风装置相连通。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，放电电极与金属箔之间的间隙为2-4mm。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，在金属箔表面涂布石墨烯的装置还包括在涂布印刷装置后续设置的挤压匀胶装置；所述的挤压匀胶装置包括动力传动单元、压力调节单元和挤压匀胶辊，挤压匀胶辊设置在摆臂上，并在压力调节单元的作用下压贴在涂有物料的基材表面，所述的挤压匀胶辊在动力传动单元的驱动下沿基材运动方向的逆方向转动。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，摆臂包括固定端和摆动端，固定端通过转轴活动联接在机架上，挤压匀胶辊设置在摆臂的摆动端上，压力调节单元改变摆臂的摆动角度，使得挤压匀胶辊压贴在涂有物料的基材表面。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，动力传动单元包括第一带轮、第二带轮、第三带轮和匀胶电机，所述的第一带轮设置在摆臂的摆动端，第二带轮设置在摆臂的固定端，所述的第一带轮和挤压匀胶辊同轴联接，第三带轮和匀胶电机设置在机架上，匀胶电机驱动第三带轮转动，通过皮带带动第二皮带轮转动，并带动第一带轮和挤压匀胶辊同步转动。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，在金属箔表面涂布石墨烯的装置还包括在涂布环节中设置的多只张力控制装置，所述的张力控制单元包括主动辊、摆辊、大齿轮、小齿轮、电位器、摆杆、气缸和控制中枢；摆杆沿垂直方向设置，摆辊设置在摆杆的下端，摆杆的上端与大齿轮固联且沿大齿轮的轴心摆动；气缸的活塞杆通过活动铰链固定在摆杆的中部，随着摆杆的摆动活塞杆伸缩；小齿轮安装在电位器转轴的轴头，并与大齿轮相啮合；基材设置在主动辊和摆辊上，主动辊设置有动力驱动装置，控制中枢与动力驱动装置和电位器电联接。上述在金属箔表面涂布石墨烯的装置中，气缸与储气罐联通，控制中枢与储气罐的调压阀门电联接，控制中枢调节调压阀门的参数实现储气罐输出压力的调节。本专利技术具有的有益技术效果如下：一、本专利技术中利用石墨烯粘性物料在两只转速不同、旋转方向相反的转辊下的挤压、拉伸和延展作用下，在胶辊表面形成一定厚度的胶层面，再依靠压辊将物料转印至连续走料的基材表面，形成了薄而均匀的涂层，实现了亚微米级厚度及更薄层的物料在基材表面的均匀喷涂，适应了石墨烯涂覆在金属箔上的厚度要求，并具有良好的附着力，有效降低了碳颗粒与金属箔之间的接触电阻，进而使电池的整体性能产生巨大的提升，即抑制电池极化、减少热效应、提高倍率性能。二、本专利技术的主动硅胶辊和主动钢辊的转速差，以及主动硅胶辊和主动钢辊之间的间隙均可调，适应了不同粘性物料和涂布石墨烯厚度的要求。同时支撑辊、主动硅胶辊和主动钢辊均为空心轴结构，在空心轴内部安装了加热单元，加热单元可采用电加热棒也可采用流动的介质导热油，并采用PID自动温度控制，同时胶体池底部也设置有加热装置，涂布过程中主动辊的温度根据物料的特性参数和工艺设定，减小了温度差带来的形变，保证了产品的质量，同时物料的温度、密度和粘度均保持一致，使得涂布后的薄膜均匀一致。三、本专利技术在金属箔涂覆石墨烯之前，对基材进行了实时在线表面高压放电蚀刻和粗糙化处理，采用多台高压电源加载在高压放电辊上对基材的正反面进行高密度大面积大功率多次放电处理，在金属箔的正反表面形成了与涂覆的石墨烯颗粒尺度相当且均匀分布的凹坑，故该涂布机生产的涂碳铝箔或铜箔(磷酸铁锂电池正负极材料预涂；锰酸锂电池正负材料预涂；超级电容器电极涂层：三元材料电池电极涂层)能提供极佳的静态导电性能，收集活性物资的微电流，从而大幅度降低正负极材料和集流之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力(附着能力比常规未经放电表面处理表面提高5倍以上)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在金属箔表面涂布石墨烯的装置，其特征在于：包括控制单元和沿金属箔(5)运动方向依次设置的放卷单元(1)、涂布印刷装置、烘烤单元和收卷单元(41)，所述的金属箔(5)为铝箔或铜箔；所述的涂布印刷装置包括自上而下层叠设置的压辊(35)、主动硅胶辊(34)和主动钢辊(32)，主动硅胶辊(34)和主动钢辊(32)反方向转动并保持微米级的间隙；主动钢辊(32)浸入在盛有粘性物料的胶体池(31)内，基材(5)设置在压辊(35)和主动硅胶辊(34)之间，所述的基材(5)依托在支撑辊(350)上，并在动力牵引下沿与主动硅胶辊(34)的上顶点的离心力方向运动，所述的压辊(35)在升降单元的驱动下，将基材(5)压贴在主动硅胶辊(34)的上表面；所述的主动钢辊(32)将粘性物料粘附在辊体表面，经过主动硅胶辊(34)和主动钢辊(32)之间的间隙挤压延展后形成粘附在主动硅胶辊(34)表面的胶体薄膜(33)，再经压辊(35)转印至基材(5)的表面。

【技术特征摘要】
1.一种在金属箔表面涂布石墨烯的装置，其特征在于：包括控制单元和沿金属箔(5)运动方向依次设置的放卷单元(1)、涂布印刷装置、烘烤单元和收卷单元(41)，所述的金属箔(5)为铝箔或铜箔；所述的涂布印刷装置包括自上而下层叠设置的压辊(35)、主动硅胶辊(34)和主动钢辊(32)，主动硅胶辊(34)和主动钢辊(32)反方向转动并保持微米级的间隙；主动钢辊(32)浸入在盛有粘性物料的胶体池(31)内，基材(5)设置在压辊(35)和主动硅胶辊(34)之间，所述的基材(5)依托在支撑辊(350)上，并在动力牵引下沿与主动硅胶辊(34)的上顶点的离心力方向运动，所述的压辊(35)在升降单元的驱动下，将基材(5)压贴在主动硅胶辊(34)的上表面；所述的主动钢辊(32)将粘性物料粘附在辊体表面，经过主动硅胶辊(34)和主动钢辊(32)之间的间隙挤压延展后形成粘附在主动硅胶辊(34)表面的胶体薄膜(33)，再经压辊(35)转印至基材(5)的表面。2.根据权利要求1所述的在金属箔表面涂布石墨烯的装置，其特征在于：所述的主动硅胶辊(34)与主动钢辊(35)转速的线速度之比为1.1-1.5倍，且主动硅胶辊(34)与主动钢辊(35)之间的间隙可调节。3.根据权利要求1所述的在金属箔表面涂布石墨烯的装置，其特征在于：所述的烘烤单元(12)包括若干只烘干通道，实现金属箔从40℃-120℃-200℃-100℃-常温的分段升温和降温，烘道内间隔设置有传动辊(23)，金属箔支撑在传动辊(23)上，传动辊(23)在烘道外部的动力传动装置驱动下带动金属箔(5)走料。4.根据权利要求1所述的在金属箔表面涂布石墨烯的装置，其特征在于：所述的在金属箔表面涂布石墨烯的装置还包括在放卷单元(1)和涂布装置之间设置的高压放电处理装置(3)，所述的高压放电处理装置(3)包括在金属箔(5)待处理表面设置的多只高压放电处理单元(31)，每只高压放电处理单元包括高压箱体(82)、负压抽风装置、高压源和若干只长条状的放电电极(83)；所述的金属箔(5)卷绕在高压放电辊(85)上，放电电极(83)设置在高压箱体(82)开口的前端，并沿高压放电辊(85)轴向平行设置在高压放电辊(85)的圆周；所述的放电电极(83)与金属箔(5)保持间隙，其产生电弧(86)作用至金属箔(5)，使得金属箔表面产生凹坑和凸点；所述的高压箱体(82)的后端设置有负压出风口(81)，出风口(81)与外部的负压抽风装置相连通。5.根据权利要求4所述的在金属箔表面涂布石墨烯的装置，其特征在于：放电电极(83)与金属箔之间的间隙为2-4mm。6.根据权利要求1所述的在金属箔表面涂布石墨烯的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩合，
申请(专利权)人：陕西浩合机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61