一种双面涂覆一体化三维基材制造方法和制造设备技术

本发明专利技术公开了一种双面涂覆一体化三维基材制造方法和制造设备，该方法包括：在基材两面预涂导电层；从预涂后的基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔，在基材两面涂布活性物质层，使活性物质层位于所述导电层上以及填充在所述微孔中并连为一体。该方法可提高活性物质的涂覆量及其与基材之间的粘合面积，减少微孔加工缺陷的产生，保证三维基材内部结构和涂覆一致性，同时水分、电解质、活性物质中的传导离子等成分可以更高效地通过微孔实现三维互通，提高电池的安全性、生产效率、充放电倍率和循环寿命。

A manufacturing method and equipment of double-sided coating integrated three-dimensional substrate

【技术实现步骤摘要】
一种双面涂覆一体化三维基材制造方法和制造设备
本专利技术涉及卷材涂布、加工和电池
，具体涉及一种双面涂覆一体化三维基材制造方法和制造设备。
技术介绍
随着电子设备、电动汽车的普及，二次电池被广泛使用。传统的二次电池大多在二维的金属箔材表面涂布活性物质制成电极，为提高金属箔材与活性物质之间的粘接力，需要加入粘接剂，影响电池的能量密度和循环寿命，且这种无孔电极，水分的烘干及电解质的扩散一致性有限。在金属箔材上设置通孔被认为是一种能改善电极电性能的方法，如公开号为CN107871873A的中国专利所公开的，通过在金属箔表面分布微米级穿孔，可以增大活性物质与箔材之间的粘合面积，提高电解质的注入效率和水分烘干效率，提高电池的充放电倍率和产能。这种方法的缺陷是，在机械穿孔过程中可能产生裂纹、裂口等物理缺陷，限制了电池性能的改善幅度。为此，中国专利CN107317035A公开了一种微孔涂碳铝箔的制备方法，在微孔铝箔表面涂覆导电浆料，弥补了因通孔造成的物理缺陷，且涂覆物以H型结构粘附在铝箔两面，后续将活性物质涂覆在导电层表面，不易掉落。其缺陷是，孔内填充了导电浆料，影响了传导离子通过。此外，导电浆料的导流性有限，为保证电池性能，通常涂覆厚度有限，一般为几微米，这种方式很难控制涂布均匀性及涂布厚度，比如穿孔孔径过大，薄涂时难以形成H型结构，且孔内导电浆料分布不均，影响电池性能，若孔径过小，导电浆料可能架设在微孔的上下开口处，而难以渗透进孔内，反而会增大内阻。
技术实现思路
为解决现有技术的上述问题，第一方面，提供一种双面涂覆一体化三维基材制造方法，包括步骤：S1、在基材两面预涂导电层；S2、从经步骤S1预涂后的基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔，得到三维预涂基材；S3、在所述三维预涂基材两面涂布活性物质层，所述活性物质层位于所述导电层上以及填充在所述微孔中，并通过位于所述微孔中的活性物质层将所述三维预涂基材两面的活性物质层连为一体。优选的，步骤S1的涂布方法为逆向微凹版涂布，单面的涂布厚度优选为0.1～50μm。优选的，步骤S2中，所加工的所述微孔为毛刺微孔，孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm2，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm。更优选的，还包括对所述毛刺微孔进行碾压的操作，以调控毛刺高度及毛刺方向。优选的，步骤S2中，微孔加工方式为辊压。优选的，步骤S3的涂布方式为挤压涂布，单面的涂布厚度优选为0.1～200μm。第二方面，提供一种电池，包括壳体和封装在壳体内的电极和电解质，其特征在于，所述电极为采用上述方法制得的三维基材，所述电极用作正极或负极时，活性物质层由相应的正极活性物质或负极活性物质制成。第三方面，提供一种双面涂覆一体化三维基材制造设备，包括沿基材走向依次设置的放卷单元、双面预涂单元、微孔加工单元，双面涂覆单元和收卷单元；所述双面预涂单元，用于在基材两面预涂导电层并干燥；所述微孔加工单元，用于从预涂后的所述基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔；所述双面涂覆单元，用于在经预涂及微孔加工后的基材两面涂布活性物质层并干燥，使得所述活性物质层位于所述导电层上以及填充在所述微孔中，并通过位于所述微孔中的活性物质层将所述三维预涂基材两面的活性物质层连为一体。优选的，所述双面预涂单元，包括沿基材走向依次设置的正面预涂单元、第一干燥箱和反面预涂单元，所述第一干燥箱设有与所述正面预涂单元和所述反面预涂单元一一对应的双层烘道。优选的，所述双面预涂单元的涂布方式为逆向微凹版涂布，涂布厚度优选为0.1～50μm。优选的，所述正面预涂单元和所述反面预涂单元均包括微凹计量辊、刮刀和浆料槽，所述微凹计量辊部分浸在所述浆料槽中，通过旋转带起浆料，并利用刮刀定量、基材速度、微凹计量辊旋转速度来控制导电层厚度。优选的，所述双面涂覆单元，包括沿基材走向依次设置的正面涂覆单元、第二干燥箱、反面涂覆单元，所述第二干燥箱设有与所述正面涂覆单元和所述反面涂覆单元一一对应的双层烘道。优选的，所述正面涂覆单元和反面涂覆单元均采用挤压涂布，涂覆厚度分别为0.1～200μm。优选的，所述正面涂覆单元的涂覆模头与基材正面待涂覆表面之间且靠近模唇的位置设置有第一负压腔体，所述基材反面外侧对应设置有第三负压腔体；所述反面涂覆单元的涂覆模头与基材反面待涂覆表面之间且靠近模唇的位置设置有第二负压腔体，所述基材正面外侧对应设置有第四负压腔体。优选的，所述第一负压腔体和第二负压腔体均由两个相互连通的子腔体构成，其中一个子腔体设置在相应的涂覆模头上，另一个子腔体设置在该涂覆模头与基材之间。优选的，所述双面涂覆单元，包括正面涂覆单元、反面涂覆单元、若干展平辊、第二干燥箱，所述正面涂覆单元和反面涂覆单元相对设置构成正反面同时涂覆单元，所述正反面同时涂覆单元、若干展平辊、第二干燥箱沿基材走向依次设置，所述正面涂覆单元和反面涂覆单元采用挤压涂布，基材正反面两侧边留白或者在其正反面对应区域沿基材长度方向间隔均匀设有若干留白区域，所述若干展平辊用于夹持涂覆后基材两面的留白区域使基材平整。优选的，所述正面涂覆单元的涂覆模头与基材正面待涂覆表面之间且靠近模唇的位置设置有第一负压腔体，所述反面涂覆单元的涂覆模头与基材反面待涂覆表面之间且靠近模唇的位置设置有第二负压腔体，所述第一负压腔体和第二负压腔体对称设置在基材的正反面外侧。优选的，所述第一负压腔体和第二负压腔体均由两个相互连通的子腔体构成，其中一个子腔体设置在相应的涂覆模头上，另一个子腔体设置在该涂覆模头与基材之间。优选的，经所述微孔加工单元加工的所述微孔为毛刺微孔，孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm2，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm；或者为无毛刺孔，孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm2，孔隙率0.1～90％。优选的，微孔加工方式为辊压。优选的，所述微孔单元包括一对辊压模组和厚度辊，两所述辊压模组上均设有相互配合的凸起和凹孔，用于在基材正反两面形成对穿的毛刺微孔，然后通过厚度辊对毛刺进行碾压，以调控毛刺高度及毛刺方向。本专利技术的一个或多个实施例至少具有以下有益效果：导电层用于增加基材对活性物质的浸润性和附着力，降低内阻，为避免影响电池性能，对导电层厚度及均匀性有较高要求，在基材两面先预涂导电层，可以很好地控制预涂均匀性，更为重要的是，导电层对基材具有保护作用，有效减少了微孔加工时缺陷产生，并从整体上保证了预涂及微孔结构的一致性。进一步，当加工的微孔为毛刺微孔时，在基材表面及毛刺微孔的内外壁均附着有导电层，能同时提高活性物质与基材表面及微孔之间的粘接力，同时由于微孔不会被导电层填充，导电层表面及微孔的空腔内全部用于填充活性物质，提高了活性物质的填充量，保证活性物质与基材之间的粘合面积以及电池极片内部结构的一致性，提高能量密度及电池的充放电倍率和循环寿命，此外水分、电解质、活性物质中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双面涂覆一体化三维基材制造方法，其特征在于，包括步骤：/nS1、在基材两面预涂导电层；/nS2、从经步骤S1预涂后的基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔，得到三维预涂基材；/nS3、在所述三维预涂基材两面涂布活性物质层，所述活性物质层位于所述导电层上以及填充在所述微孔中，并通过位于所述微孔中的活性物质层将所述三维预涂基材两面的活性物质层连为一体。/n

【技术特征摘要】
1.一种双面涂覆一体化三维基材制造方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在基材两面预涂导电层；
S2、从经步骤S1预涂后的基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔，得到三维预涂基材；
S3、在所述三维预涂基材两面涂布活性物质层，所述活性物质层位于所述导电层上以及填充在所述微孔中，并通过位于所述微孔中的活性物质层将所述三维预涂基材两面的活性物质层连为一体。


2.根据权利要求1所述的双面涂覆一体化三维基材制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述微孔为毛刺微孔，孔径1～200μm，孔密度1～20000孔/mm2，孔隙率0.1～90％，毛刺高度≤0.1mm。


3.根据权利要求2所述的双面涂覆一体化三维基材制造方法，其特征在于，还包括对所述毛刺微孔进行碾压的操作，用于调控毛刺高度及毛刺方向。


4.一种双面涂覆一体化三维基材制造设备，其特征在于，包括沿基材走向依次设置的放卷单元、双面预涂单元、微孔加工单元，双面涂覆单元和收卷单元；
所述双面预涂单元，用于在基材两面预涂导电层并干燥；
所述微孔加工单元，用于从预涂后的所述基材的至少一面加工出若干贯穿的微孔；
所述双面涂覆单元，用于在经预涂及微孔加工后的基材两面涂布活性物质层并干燥，使得所述活性物质层位于所述导电层上以及填充在所述微孔中，并通过位于所述微孔中的活性物质层将所述三维预涂基材两面的活性物质层连为一体。


5.根据权利要求4所述的一种双面涂覆一体化三维基材制造设备，其特征在于，所述双面预涂单元，包括沿基材走向依次设置的正面预涂单元、第一干燥箱和反面预涂单元，所述第一干燥箱设有与所述正面预涂单元和所述反面预涂单元一一对应的双层烘道。


6.根据权利要求4所述的一种双面涂覆一体化三维基材制造设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴达红，
申请(专利权)人：长沙锂安能电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43