CN111716616B - 一种辊压装置、制备电极膜的设备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种辊压装置、制备电极膜的设备及其应用。该辊压装置包括：第一输送机、折叠机构、第二输送机、辊压辊；所述第一输送机、第二输送机均包括输入端和输出端，输入端和输出端之间通过传送带连接；所述第一输送机的输入端为所述辊压装置的入料口；所述第一输送机的输出端位于第二输送机的输入端的上方；所述第二输送机的输出端与两个辊压辊形成的辊缝的入口对应，两个辊压辊形成的辊缝的出口为所述辊压装置的出料口；所述折叠机构包括两个平行设置的滚筒，两个滚筒能够同时在水平面内往复移动；所述折叠机构的两个滚筒设置在第一输送机的输出端的下方、第二输送机的输入端的上方。利用本发明能够实现连续成膜，且提高了膜的机械强度。

Description

一种辊压装置、制备电极膜的设备及其应用

技术领域

本发明属于电化学储能器件电极工艺的机械制备领域，具体涉及一种辊压装置、制备电极膜的设备及其应用。

背景技术

电化学储能器件的电极是由活性物质、导电剂和胶黏剂等材料组元构成，其制造工艺是通过不同的方式方法混合材料，结合不同的工艺手段将混合物粘附于集流体上构建成电极极板。

储能装置电极膜的制备，目前使用的方法是把活性物质，导电剂和粘接剂混合在一起，混合好的原料在两个平行差速相对旋转的可调温辊子辊压下制成膜。在差速辊子的剪应力作用下，高分子聚合物被拉长成纤维状。如果只是朝一个方向辊压，所形成的纤维将全部顺着滚动方向，为了形成交叉的纤维网络，需要将膜调转一定的角度再次进行辊压。多次反复后，形成多层具有交叉结构纤维网络的膜。这种交叉的高分子聚合物纤维网络可以把活性物质和导电物质包覆在一起。

但是，上述方法的缺点是由于在两次辊压之间需要旋转一定的角度，所以不能制成连续膜，膜的开始和结尾部分将成为废料，即生产效率低，废料多。因此，需要一种能够制备连续的储能装置电极膜的设备。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种辊压装置、制备电极膜的设备及其应用，能够连续生产电极膜，且生产的电极膜具有更好的界面稳定性和机械强度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种辊压装置，所述辊压装置包括：第一输送机、折叠机构、第二输送机、辊压辊；

所述第一输送机、第二输送机均包括输入端和输出端，输入端和输出端之间通过传送带连接；

所述第一输送机的输入端为所述辊压装置的入料口；所述第一输送机的输出端位于第二输送机的输入端的上方；

所述第二输送机的输出端与两个辊压辊形成的辊缝的入口对应，两个辊压辊形成的辊缝的出口为所述辊压装置的出料口；

所述折叠机构包括两个平行设置的滚筒，两个滚筒能够同时在水平面内往复移动；

所述折叠机构的两个滚筒设置在第一输送机的输出端的下方、第二输送机的输入端的上方。

优选的，所述辊压装置的两个辊压辊的中心轴线平行设置，且两个中心轴线所在的平面与水平面垂直；

所述折叠机构中的两个滚筒的中心轴线与所述第一输送机的输送方向垂直；两个滚筒的移动方向与所述第一输送机的输送方向平行；

所述第一输送机的输送方向与第二输送机的输送方向垂直。

优选的，所述折叠机构进一步包括支撑板、摆动机构；

在所述支撑板的一侧固定安装有两个平行设置的光杠，两个光杠的中心轴线位于同一个水平面内；两个所述滚筒分别套在两个光杠上；所述支撑板的另一侧与所述摆动机构连接，所述摆动机构能够带动支撑板进行往复移动；

两个光杠的一端固定在所述支撑板上，两个光杠的另一端为自由端或者与连接板连接；所述连接板与滑块连接，所述滑块能够沿水平导轨往复移动。

优选的，所述第一输送机、第二输送机采用水平带式输送机、斜坡爬升带式输送机中的一种或两种；

所述第一输送机、折叠机构的运动速度的大小相同，所述第二输送机的线速度是所述第一输送机的线速度的1/n；

所述n是单层电极膜在第二输送机上被折叠的层数。

本发明还提供了一种制备电极膜的设备，包括混炼装置、M套所述辊压装置；M为大于等于1的自然数；

所述混炼装置与第一套辊压装置的入料口对应，所述第一套辊压装置的出料口与第二套辊压装置的入料口对应，所述第二套辊压装置的出料口与第三套辊压装置的入料口对应，以此类推，第M-1套辊压装置的出料口与第M套辊压装置的入料口对应。

所述混炼装置包括：至少2个混炼辊、溜槽、挡板；

所有混炼辊的中心轴线均平行设置；

如果混炼辊的数量多于2个，则所有混炼辊从上至下呈S形设置；混炼辊两两相邻，相邻两个混炼辊之间形成辊缝；最上方的辊缝的入口为混炼装置的入料口，最下方的辊缝的出口为混炼装置的出料口；

在最上方的辊缝的入口处、最下方的辊缝的入口处分别设置所述挡板；在中间各个辊缝的入口处分别设置所述溜槽；

优选的，与同一个混炼辊相邻的两个混炼辊分别位于该混炼辊的上方、下方；将该混炼辊的中心轴线与位于其上方的混炼辊的中心轴线所在的平面作为第一平面，将该混炼辊的中心轴线与位于其下方的混炼辊的中心轴线所在的平面作为第二平面，所述第一平面、第二平面对称设置在该混炼辊的中心轴线所在的水平面的上方、下方；

优选的，所述挡板包括两块与混炼辊的中心轴线垂直的立板；每块所述立板的一个侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合；每块所述立板的底边为弧形边，该弧形边与下方的混炼辊的外壁贴合；每块所述立板的两条弧形边的交点紧贴在上方的混炼辊和下方的混炼辊形成的辊缝的入口处；

优选的，所述溜槽包括依次平滑连接的左侧板、弧形板和右侧板；所述左侧板的左侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合，所述左侧板的右侧边与所述弧形板的左侧边连接；所述右侧板的左侧边与弧形板的右侧边连接，所述右侧板的右侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合；所述左侧板的顶边、弧形板的顶边、右侧板的顶边相连形成溜槽的顶边，所述溜槽的顶边呈具有弧形底的V字形；所述左侧板的底边、弧形板的底边、右侧板的底边相连形成溜槽的底边，所述溜槽的底边呈具有弧形底的V字形，同时溜槽的底边与下方的混炼辊的外壁贴合；所述左侧板的左侧边与底边的交点紧贴在上方的混炼辊和下方的混炼辊形成的辊缝处；所述右侧板的右侧边与底边的交点紧贴在上方的混炼辊和下方的混炼辊形成的辊缝处。

所述混炼装置的出料口位于第一套辊压装置的入料口的上方；所述混炼装置的混炼辊的中心轴线与第一套辊压装置的辊压辊的中心轴线垂直；

相邻两套辊压装置的辊压辊的中心轴线垂直；

相邻两套辊压装置中，前一套辊压装置的辊压辊位于后一套辊压装置的入料口处；相邻两套辊压装置的第一输送机的输送方向相互垂直；相邻两套辊压装置的第二输送机的输送方向相互垂直。

所述制备电极膜的设备进一步包括精延装置，所述精延装置包括两个精延辊和输送机；

两个精延辊的中心轴线平行设置，且两个精延辊的中心轴线所在的平面与水平面垂直；

在两个精延辊形成的辊缝两侧分别设置有输送机；一侧的输送机的输入端为精延装置的入料口，另一侧的输送机的输出端为精延装置的出料口；

第M套辊压装置的辊压辊与所述精延装置的精延辊平行设置，第M套辊压装置的两个辊压辊的中心轴线所在的平面与两个精延辊的中心轴线所在的平面平行，且两个辊压辊的中平面与两个精延辊的中平面位于同一个平面内；第M套辊压装置的第二输送机的输送方向与精延装置中的两个输送机的输送方向相同；第M套辊压装置的出料口位于所述精延装置的入料口处。

本发明还提供了一种应用所述制备电极膜的设备生产电极膜的方法，所述方法包括：

将混合好的膏料从混炼装置的入料口放入，膏料依次经过混炼装置的各个辊缝后成为连续单层电极膜；

连续单层电极膜从混炼装置的出料口落到第一套辊压装置的入料口；然后经过第一套辊压装置的第一输送机的输出端落入到第一套辊压装置的折叠机构中的两个滚筒形成的夹缝中，然后落入到第一套辊压装置的第二输送机的输入端，两个滚筒的往复运动与第二输送机的直线运动使得连续单层电极膜被折叠成连续多层电极膜，连续多层电极膜从第二输送机的输出端进入第一套辊压装置的两个辊压辊形成的辊缝内，被辊压成连续单层电极膜；

连续单层电极膜从前一套辊压装置的出料口出来后进入后一套辊压装置的入料口，然后依次经过后一套辊压装置的折叠机构、第二输送机、两个辊压辊形成的辊缝后进入下一套辊压装置，以此类推，直到经过第M套辊压装置的两个辊压辊的辊压后进入精延装置的入料口，然后经过两个精延辊形成的辊缝后成为成品电极膜，成品电极膜从精延装置的出料口输出。

本发明还提供了一种电极膜，采用上述制备电极膜的设备或方法制备获得的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)利用本发明所形成的复合膜具有纤维的交叉网络；而且本发明按一定的折叠角度进行连续辊压，纤维的交叉方向更多，更好地避免了各向异性，进而显著提高了混合电极材料组元之间的界面稳定性，增强了结构完整性并赋予电极膜优异的机械强度。本发明的设备能确保混合电极材料在高温进料下的均匀度、安全可靠、低成本，大幅度提高了电池极板的生产效率及合格率，显著提高了生产速度和产能；

(2)利用本发明能够实现连续成膜，理论上可以形成无限长度的电极膜；

(3)本发明能够分别调整辊子的速度、温度，以取得最佳剪切效果和碾压效果；

(4)本发明所生产的电极膜可独立支撑、厚度可调、高机械强度、具有三维交织网络的结构，便于制备高容量、高功率及长循环寿命的厚型电极极板，可用于铅酸蓄电池、锂离子电池、固态锂离子电池、锂电容、碱性干电池、燃料电池和超级电容器及类似的储能装置。

附图说明

图1为本发明制备电极膜的设备的结构示意图；

图2为本发明制备电极膜的设备中的混炼装置的结构示意图；

图3为本发明制备电极膜的设备中的辊压装置的结构示意图；

图4为本发明制备电极膜的设备中的折叠机构的结构示意图；

图5为折叠后的多层电极膜的示意图；

图6为折叠原理图；

图7为混炼装置中的挡板的结构示意图；

图8为混炼装置中的溜槽的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供了一种辊压装置，每套所述辊压装置200如图3所示，包括：两个辊压辊201、第一输送机202、折叠机构203、第二输送机204。所述第一输送机202位于折叠机构的上方，所述第二输送机204位于折叠机构203的下方，两者的输送方向成一定的夹角，优选的，两者的输送方向垂直。所述第一输送机、第二输送机采用水平带式输送机、斜坡爬升带式输送机中的一种或两种，所述水平带式输送机、斜坡爬升带式输送机采用现有的多种传送带结构即可。两种输送机的一端为输入端，另一端为输出端，输入端和输出端之间通过传送带连接，电极膜落到输送机的输入端，输送机的传送带将电极膜传输到输出端。

所述第一输送机位于第二输送机的输入端的上方，辊压辊位于第二输送机的输出端处。第一输送机的输入端即为该套辊压装置的入料口，第二输送机的输出端与两个辊压辊形成的辊缝的入口对应，两个辊压辊形成的辊缝的出口为所述辊压装置的出料口。

两个辊压辊201均采用可调温辊子，且差速运转。传统辊压装置中的两个辊压辊是水平布置的，即两个辊压辊的中心轴线位于同一个水平面内，而本发明中的两个辊压辊201是上下设置的，两个辊压辊的中心轴线平行，且位于同一个与水平面垂直的平面内，这样能够更方便地与输送机连接。

所述折叠机构203如图4所示，包括两个水平设置且平行的滚筒、支撑架和摆动机构，膜从两个滚筒之间通过，摆动机构带动两个滚筒来回摆动，形成连续折叠的动作。具体的，在所述支撑架上安装有两个平行的光杠，优选的，两个光杠的中心轴线位于同一个水平面内。两个滚筒分别套在两个光杠上。两个滚筒本身是不主动旋转的，是被膜带动进行旋转的。所述支撑架与摆动机构连接。所述摆动机构可以采用现有的多种能够实现往复运动的机构，例如采用气缸，将支撑架与气缸的活塞杆连接实现往复移动，或者采用直线电机，将支撑架与直线电机的运动部件连接，或者采用滑轨、滑块，将支撑架与滑块连接，或者采用皮带、同步齿形带，或者采用丝杠螺母副均可。两个光杠的一端分别固定在所述支撑架上，如果两个光杠的刚性符合要求，则两个光杠的另一端可以悬空，但是如果刚性不够，可以将两个光杠的另一端与一个连接板连接，所述连接板能够沿一个水平导轨往复移动，例如可以在水平导轨上连接滑块，连接板与滑块连接，滑块能够在水平导轨上往复移动。当摆动机构带动两个光杠往复移动时，两个光杠通过连接板带动滑块在水平导轨上往复移动。

每套辊压装置中，位于折叠机构上方的第一输送机202用于电极膜的传送。所述折叠机构203用于摆动电极膜。第一输送机构202的输送方向与折叠机构203的速度矢量方向平行，且第一输送机202和折叠机构203的线速度相同。位于折叠机构203下方的第二输送机204的输送方向与折叠机构203的速度矢量方向垂直设置，且第二输送机204的线速度是折叠机构的线速度的1/n，其中n是折叠膜重叠的层数。折叠机构203与输送机配合可以使连续运行的电极膜拉开一定的角度，这样通过第一输送机202、折叠机构203、第二输送机204形成的复合运动使得连续电极膜形成一定的角度进行折叠。改变整套辊压装置的速度比例(即第一输送机，折叠机构和第二输送机之间的速度比例)可实现多种折叠角度α的转换。

具体来说，所述辊压装置将单层电极膜按照图6所示的方式进行折叠，单层电极膜折叠的层数决定了折叠角度α。折叠角度α满足下式：

α＝arccos(1/n), (1)

60°≤α＜90°

式(1)中的n是折叠膜重叠的层数。由于要连续折叠，n只能是偶数(因为折叠机构每次必须回到原位才能实现连续折叠，所以n必须是偶数。)。除了头尾两个端部外，任何折叠膜的横断面都是n层。

膜的宽度是W，膜的折叠长度就是L，

L＝W/sinα (2)

每个折叠的距离D是：

D＝2L/n (3)

根据这个关系，折叠2层，折叠角度就是α＝arccos(1/2)＝60°；折叠4层，折叠角度就是α＝arccos(1/4)＝75.52°；折叠6层，折叠角度就是α＝arccos(1/6)＝80.41°，以此类推。

本发明还提供了一种制备电极膜的设备，如图1所示，其包括混炼装置100、M套辊压装置200，还可以进一步包括精延装置300。精延装置是用于对电极膜的厚度进行优化，如果辊压装置出来的电极膜的厚度已经符合要求了，可以不设置精延装置。

所述混炼装置100能够把多种活性物质混合物从膏状混炼成连续单层电极膜，每套所述辊压装置200能够将单层电极膜折叠形成连续多层复合电极膜，并将连续多层复合电极膜辊压成连续单层电极膜，所述精延装置300能够将连续单层电极膜精延到一定厚度公差范围内的成品电极膜。

所述混炼装置100如图2所示，包括：多个混炼辊101(图2所示的实施例中包括4个混炼辊，分别为第一个混炼辊1、第二个混炼辊2、第三个混炼辊3和第4个混炼辊4)、溜槽102、挡板105。混炼装置是将混合物从膏体压成能够折叠的单层膜。有些膏体只需要混炼一次，该情况下混炼装置采用2个水平设置的混炼辊即可，有些膏体需要混炼多次，如果混炼次数少，膏料会形成断续的片状，即有的地方连接，有的地方不连接，呈碎块状，或者虽然能形成连续的膜状但是连续膜的强度太低，在经过辊压装置中的折叠机构的两个滚筒的摆动后会容易断裂，因此该情况下，膏料要经过多次混炼才能够形成强度符合要求的可以被折叠机构进行折叠的单层膜。现有的混炼装置只有两个混炼辊，膏料经过混炼辊后需要人工将其翻转上来再次进入同一个混炼装置进行混炼，来回多次才能形成符合要求的膜，因此无法实现连续生产。而本发明采用多个混炼辊两两相邻且从上至下呈S形设置，即第一个混炼辊1位于第二个混炼辊2的右上方(左上方)，第二个混炼辊2位于第三个混炼辊3的左上方(右上方)，第三个混炼辊3位于第四个混炼辊4的右上方(左上方)，以此类推，这样，第一个混炼辊1与第二个混炼辊2之间形成第一个辊缝，第二个混炼辊2与第三个混炼辊3之间形成第二个辊缝，第三个混炼辊3与第四个混炼辊4之间形成第三个辊缝，以此类推，从上至下形成多个辊缝，也就能够实现多次混炼，第一个辊缝的入口即为混炼装置的入料口，最后一个辊缝的出口即为混炼装置的出料口。

具体的，与同一个混炼辊相邻的两个混炼辊分别位于该混炼辊的上方、下方，将该混炼辊的中心轴线与位于其上方的混炼辊的中心轴线所在的平面作为第一平面，将该混炼辊的中心轴线与位于其下方的混炼辊的中心轴线所在的平面作为第二平面，所述第一平面、第二平面对称设置在该混炼辊的中心轴线所在的水平面的上方和下方；所述第一平面与所述第二平面的夹角优选为90度，这样能够更好地保证膏料在重力的作用下顺利通过各个辊缝，且能够保证有足够的空间放置各个混炼辊的轴承。即使调节相邻两个混炼辊之间的辊缝，由于调节的距离很小，所以该夹角的变化也非常小，例如可能变成90.01度，两个平面还是基本保持相互垂直的状态。

每个所述混炼辊101均采用可调温辊子，每根可调温辊子的表面温度可以调节(采用现有的可调温辊子即可，在此不再赘述)，优选的，其表面温度能够在0～350℃之间进行调节，更优选的，能够在0～250℃之间进行调节。而且，相邻的两个混炼辊之间的辊缝也可以单独自由调节(采用现有的调节两辊之间的中心距的装置即可，在此不再赘述)。另外，相邻的两个混炼辊均为差速运转，速度比值为1.2～1.5，不管是上面的混炼辊的速度快还是下面的混炼辊的速度快，只要相邻的两个混炼辊的速度达到该比值即可，两者之间一定的差速比能够形成相应的剪切力，该剪切力能够将膏体内的高分子聚合物拉成纤维状。

为了保持混炼后电极膜的宽度和将膏料聚拢，本发明在相邻两个可调温辊子之间均设置有所述溜槽102或者挡板105。所述挡板的作用是限制进料和出料的宽度，所述溜槽的作用是把前一个辊缝出来的料聚集起来输入下一个辊缝。可以根据实际需要在各个辊缝处设置溜槽或者挡板，优选的，在第一个辊缝的入口处、最后一个辊缝的入口处分别设置挡板，在中间各个辊缝的入口处分别设置溜槽，这样膏料在进入第一个辊缝前被挡板限制在一定宽度内，在进入中间各个辊缝之前通过溜槽将膏料聚集起来，在进入最后一个辊缝前膏料被挡板限制在一定宽度内，保证了最后出料的宽度。

混炼过程为：膏料104连续进给至第一个辊缝内，经多对混炼辊101的碾压后，膏体被碾压成连续的单层电极膜103。

所述挡板的结构如图7所示，包括两块与混炼辊的中心轴线垂直的立板，每块立板的一个侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合(本发明中的“贴合”并不是指两者连接成一体，而是指两者的弧度基本一致且尽量靠近，两者之间的缝隙很窄，这样既能保证不影响混炼辊的旋转同时也尽量保证了膏料不会从两者的缝隙中漏出。)，每块立板的底边为弧形边，该弧形边与下方的混炼辊的外壁贴合，每块立板的两条弧形边的交点紧贴在上方混炼辊和下方混炼辊形成的辊缝的入口处。

所述溜槽的结构如图8所示，所述溜槽的横截面的形状为具有弧形底的V字形，包括依次平滑连接的左侧板、弧形板和右侧板，左侧板、右侧板各自所在的平面相交成一定的角度，该角度即为V字形的开口的角度，可以根据实际膏料的情况进行设计。所述左侧板的左侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合，所述左侧板的右侧边与弧形板的左侧边连接。所述右侧板的左侧边与弧形板的右侧边连接，所述右侧板的右侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合；所述左侧板的顶边、弧形板的顶边、右侧板的顶边相连形成溜槽的顶边，溜槽的顶边呈具有弧形底的V字形；所述左侧板的底边、弧形板的底边、右侧板的底边相连形成溜槽的底边，溜槽的底边呈具有弧形底的V字形，同时该底边与下方的混炼辊的外壁贴合。所述左侧板的左侧边、底边的交点紧贴在上方混炼辊和下方混炼辊形成的辊缝处，所述右侧板的右侧边、底边的交点紧贴在上方混炼辊和下方混炼辊形成的辊缝处。

所述混炼辊101的数量和表面温度是根据膏体的性质决定的。实际使用时，可以先利用实验确定某种膏体形成单层膜需要混炼的次数和表面温度，根据混炼次数即可确定需要的辊缝的数量，由于两个混炼辊形成一个辊缝，所以可以根据辊缝的数量确定所需混炼辊的数量，再选用能够达到所需表面温度的可调温辊子即可。

所述混炼装置100还包括机架、驱动部件等，这些与现有的混炼装置是相同的，因此在此不再赘述。现有的混炼装置中的挡板是安装在一个横杠上的，并能够沿横杠往复移动，便于调节辊缝时将挡板挪开。本发明中的挡板、溜槽也分别安装在各自对应的横杠上，各个横杠均安装在机架上，挡板、溜槽均能够在各自对应的横杠上往复移动，这些利用现有的机架即可实现，本发明所要保护的是多个混炼辊的组合方式、溜槽的结构以及溜槽、挡板与混炼辊的组合关系。

本发明采用多套辊压装置实现了电极膜的连续生产。多套辊压装置中，相邻两套辊压装置中的第一输送机的输送方向是垂直的。实际使用时，由混炼装置100输出的单层电极膜103落入到第一套辊压装置的第一输送机上(在图3中，单层电极膜103落入到第一输送机上的部分被标示为205)，第一输送机202将其输送到折叠机构203处，通过滚筒来回摆动单层电极膜205，第二输送机204配合往前输送，使得单层电极膜205被拉成一定角度往前连续输送形成折叠后的多层电极膜206(如图5所示，图5中的多层电极膜206包括四层膜)，多层电极膜206经过第一套辊压装置的辊压辊的辊压后，又变成单层电极膜，单层电极膜输入到第二套辊压装置的第一输送机上，继续经过第二套辊压装置的折叠机构、第二输送机、辊压辊后进入下一套辊压装置，重复这个过程，就可以使膜中通过辊压剪切形成的纤维网络变成交叉叠加的多层网络。每经过一套辊压装置就折叠1次，经过M套辊压装置即折叠M次，那么就有：

总层数＝n^M (4)

M、n均为自然数。

这样多层交叉的纤维网络可以有效地包覆住活性物质和导电物质。用本发明设备可以实现连续生产，理论上可以制成无限长的电极膜。传统工艺中是折叠3折后掉转90度，这3折中各层的纤维是互相平行的，调转90度后，再次辊压剪切形成的纤维是与它们垂直的，纤维形成十字交叉网络，但是这种90度折叠的方式无法生产连续膜。本发明采用具有折叠角度的连续辊压，即采用大于等于60度，小于90度的折叠方法进行连续辊压，这样形成的纤维不是十字交叉，折叠后各层之间的纤维的交叉角度是2倍的折叠角度α的余角，即交叉角度为π-2α，再经过辊压剪切后形成的纤维与上次辊压剪切形成的纤维的角度是折叠角度α，这样既实现了纤维交叉也实现了连续生产，而且多次的交叉折叠还显著提高了混合电极材料组元之间的界面稳定性，增强了结构完整性并赋予了电极膜优异的机械强度。

由于每套辊压装置中从第一输送机到第二输送机需要一个高度差，所以要根据实际生产情况选用第一输送机、第二输送机的传送带的种类，例如，如果将各个辊压装置设置在不同的高度，则第一输送机、第二输送机均可以采用水平输送机。如果将各个辊压装置设置在同一高度，则第一输送机采用斜坡爬升带式输送机，第二输送机采用水平输送机，或者第一输送机采用水平输送机202，第二输送机采用水平输送机加斜坡爬升带式输送机，两者靠近，在输送方向上形成连续的传送。如果斜坡爬升带式输送机本身的斜度很小但是能满足高度差的需求，而且该斜度不会影响折叠效果，则直接在折叠机构下方设置一个斜坡爬升带式输送机也可以。

所述精延装置300包括两个精延辊和设置在两个精延辊形成的辊缝两侧的输送机；两个精延辊等速运转，两个精延辊的中心轴线平行设置，且两个精延辊的中心轴线所在的平面与水平面垂直。位于两个精延辊形成的辊缝两侧的输送机均采用水平输送机即可，靠近辊压装置一侧的输送机的输入端为精延装置的入料口，另一侧的输送机的输出端为精延装置的出料口。

在一套设备中，所述混炼装置的各个混炼辊的中心轴线与第一套辊压装置的各个辊压辊的中心轴线垂直，相邻两个辊压装置的辊压辊的中心轴线垂直，第M套辊压装置的辊压辊与精延装置的精延辊的中心轴线平行，两个辊压辊的中心轴线所在的平面与两个精延辊的中心轴线所在的平面平行，且两个辊压辊的中平面(中平面是一个与辊子的轴向垂直的平面，辊子的轴向上的中点位于该平面内)与两个精延辊的中平面位于同一个平面上，这样能够保证电极膜位于辊压辊、精延辊的中部。第M套辊压装置的第二输送机的输送方向与精延装置中的两个输送机的输送方向相同。从最后一套辊压装置的辊压辊的辊缝出来的单层膜经过两个精延辊的辊缝一侧的输送机输送到两个精延辊形成的辊缝内，从两个精延辊形成的辊缝出来的单层膜经过另一侧的输送机输出。

为了满足不同角度电极膜的性能和产能需求，混炼装置、辊压装置、精延装置中的每根轧辊、输送机、折叠机构的速度均可调，速度精准匹配，保证连续生产。

本发明的一个实施例如下：

所述混炼装置采用4个尺寸为φ300x600的混炼辊，相邻两个混炼辊成45o设置、4个混炼辊形成S型布局(如图2所示)。其中，第一个混炼辊1和第三个混炼辊3的线速度是7.87m/min，第二个混炼辊2和第四个混炼辊4的线速度是10m/min。第一个混炼辊1和第二个混炼辊2的上部是进料口，第三个混炼辊3和第四个混炼辊4的下部是出料口，第一个混炼辊1和第二个混炼辊2之间形成第一个辊缝，第二个混炼辊2和第三个混炼辊3之间形成第二个辊缝，第三个混炼辊3和第四个混炼辊4之间形成第三个辊缝。

在第一个辊缝的入口设置有挡板105，控制进入混炼装置的膏料104。在第二个辊缝的入口处设置有溜槽102，将从第一个辊缝出来的膏料聚拢后输入到第二个辊缝内。在第三个辊缝的入口处设置有挡板，限制进入第三个辊缝的膏料的宽度。相邻辊缝为0.8mm。在第三个混炼辊3、第四个混炼辊4的下部的出料口下面连接一套辊压装置200。所述混炼装置100中的挡板105的两个立板之间的间距为270mm。

所述辊压装置200包括：一个500X500的水平带式输送机(作为第一输送机202)、一套折叠机构203(速度是10m/min)、斜坡爬升带式输送机(作为第二输送机204)、辊压辊201，两个辊压辊201的尺寸为φ300x600，两个辊压辊201的速度比值为1:1.27，两个辊压辊201的表面线速度分别为10m/min和7.87m/min，辊压辊的表面温度为30℃，辊缝为0.8mm。

所述辊压装置200中的折叠机构203包括一对φ50mmX600mm的滚筒、支撑架和摆动机构，在所述支撑架的一侧安装有两个平行的φ25mmX700mm光杠，两个滚筒分别套在两个光杠上，本实施例中的两个光杠的另一端是与一个连接板连接的。本实施例中的摆动机构采用丝杠螺母副结构，具体的，在所述支撑架的另一侧连接有丝杠螺母，丝杠螺母与φ25mmX800mm的滚珠丝杠配合，滚珠丝杠旋转带动丝杠螺母往复运动，丝杠螺母带动支撑架进行往复运动，支撑架进而通过光杠带动两个滚筒往复运动。两个滚筒之间的距离可以是固定的，也可以设计为可调节的。本实施例中采用的辊压装置中的辊缝是0-10mm可调，折叠机构中的两个滚筒之间的距离设成10mm即可。

本实施例中的所述混炼辊、辊压辊的表面温度为20-50度，优选25-40度，更优选30度。所述混炼辊、辊压辊的辊缝为0.5-1.5mm，优选0.8-1.2.mm。所述输送机的宽度为300mm-1000mm，优选400-800mm，更优选500-600mm。输送机的输送速度为1-6m/min。

辊压装置的数量根据电极膜的性质确定，即根据电极膜的性质确定需要经过几次辊压才能形成理想的PDFE纤维网络结构。本实施例中采用三套辊压装置。

折叠的层数取决于折叠装置下面的斜坡爬升带式输送机的速度，水平带式输送机与折叠机构203的输送速度相同，斜坡爬升带式输送机的输送速度是折叠机构203的1/n(如果有与斜坡爬升带式输送机相连的水平带式输送机，其输送速度也是折叠机构203的1/n)。利用上述设备试验了两个速度，结果如下：5.77m/min形成2层折叠膜，2.89m/min形成4层折叠膜。

利用本实施例的设备进行的试验如下：

将活性物质，导电剂，造孔剂，PDFE水溶液充分混合形成膏料，将混合好的膏料从混炼装置的第一个混炼辊1和第二个混炼辊2之间放入(如图2所示)，经过第一个辊缝、溜槽后，进入第二个辊缝，再经过第二个混炼辊2和第三个混炼辊3之间的挡板后进入第三个辊缝(即经过三次混炼，对于不同的配方，需要混炼的次数可能不同，根据需要设计相应的混炼辊的数量即可。)，然后落到第一套辊压装置的水平带式输送机上，经过第一套辊压装置的折叠机构203、爬升带式输送机、辊压辊201后进入到第二套辊压装置的水平带式输送机，经过第二套辊压装置的折叠机构203、爬升带式输送机、辊压辊后进入到第三套辊压装置的水平带式输送机，经过第三套辊压装置的折叠机构203、爬升带式输送机、辊压辊201后通过水平带式输送机输送到精延装置300。这样经过3次混炼，3次折叠辊压，形成了具有交叉PDFT纤维网络的活性物质单层电极膜。

试验结果如下：

按上述方式，试验了辊子速度、折叠层数、每对辊子中两个辊子的辊速比、不同辊缝对所形成的活性物质单层电极膜的性能影响。生产电极膜的最高速度达到30米/分钟；最多折叠层数6层，辊缝0.8毫米，1.5毫米和2毫米；辊速比试验了1.2～1.5。试验结果表明，辊子速度增加，生产速度加快，对最终成膜的质量，性能影响较小；折叠层数增加，最终成膜的强度增加。

利用本发明设备制备了一种整体结构完整、可独立支撑、厚度可调、高机械强度、高稳定性以及不同材料组元颗粒之间界面保持紧密、具有三维交织网络的结构的电极膜，制成的电极膜能够兼容水系和有机系的聚合物粘结剂。并能够调控该电极膜的形貌和尺寸，实现调控电极膜的厚度范围到0.5～5mm，进一步提高了电化学储能器件的质量和体积能量密度。相比于现有的三种方法制备的电极材料以液体或者干粉的形式必须刮涂或沉积于集流体上，利用本发明设备生产的电极膜制备的电化学储能器件具有更高的能量密度、体积密度以及长循环寿命，适用于各种电化学储能电池的正极活性物质膜和负极活性物质膜的制作，包括铅酸电池，基于铅酸体系的超级电池、锂离子电池、固态锂离子电池、锂电容、碱性干电池、燃料电池、超级电容器、镍氢电池的正负极活性物质膜。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种制备电极膜的设备，其特征在于：包括混炼装置、M套辊压装置；M为大于1的自然数；

所述混炼装置与第一套辊压装置的入料口对应，所述第一套辊压装置的出料口与第二套辊压装置的入料口对应，所述第二套辊压装置的出料口与第三套辊压装置的入料口对应，以此类推，第M-1套辊压装置的出料口与第M套辊压装置的入料口对应；

所述辊压装置包括：第一输送机、折叠机构、第二输送机、辊压辊；

所述第一输送机、第二输送机均包括输入端和输出端，输入端和输出端之间通过传送带连接；

所述第一输送机的输入端为所述辊压装置的入料口；所述第一输送机的输出端位于第二输送机的输入端的上方；

所述第二输送机的输出端与两个辊压辊形成的辊缝的入口对应，两个辊压辊形成的辊缝的出口为所述辊压装置的出料口；

所述折叠机构包括两个平行设置的滚筒，两个滚筒能够同时在水平面内往复移动；

所述折叠机构的两个滚筒设置在第一输送机的输出端的下方、第二输送机的输入端的上方；

所述辊压装置的两个辊压辊的中心轴线平行设置，且两个中心轴线所在的平面与水平面垂直；

所述折叠机构中的两个滚筒的中心轴线与所述第一输送机的输送方向垂直；两个滚筒的移动方向与所述第一输送机的输送方向平行；

所述第一输送机的输送方向与第二输送机的输送方向垂直；

两个滚筒的往复运动与第二输送机的直线运动使得连续单层电极膜被折叠成连续多层电极膜；

折叠机构与第二输送机配合能够使连续运行的电极膜拉开一定的角度，使得连续电极膜形成一定的角度进行折叠。

2.根据权利要求1所述的制备电极膜的设备，其特征在于：所述折叠机构进一步包括支撑板、摆动机构；

在所述支撑板的一侧固定安装有两个平行设置的光杠，两个光杠的中心轴线位于同一个水平面内；两个所述滚筒分别套在两个光杠上；所述支撑板的另一侧与所述摆动机构连接，所述摆动机构能够带动支撑板进行往复移动；

两个光杠的一端固定在所述支撑板上，两个光杠的另一端为自由端或者与连接板连接；所述连接板与滑块连接，所述滑块能够沿水平导轨往复移动。

3.根据权利要求2所述的制备电极膜的设备，其特征在于：所述第一输送机、第二输送机采用水平带式输送机、斜坡爬升带式输送机中的一种或两种；

所述第一输送机、折叠机构的运动速度的大小相同，所述第二输送机的线速度是所述第一输送机的线速度的1/n；

所述n是单层电极膜在第二输送机上被折叠的层数。

4.根据权利要求3所述的制备电极膜的设备，其特征在于：所述混炼装置包括：至少2个混炼辊、溜槽、挡板；

所有混炼辊的中心轴线均平行设置；

如果混炼辊的数量多于2个，则所有混炼辊从上至下呈S形设置；混炼辊两两相邻，相邻两个混炼辊之间形成辊缝；最上方的辊缝的入口为混炼装置的入料口，最下方的辊缝的出口为混炼装置的出料口；

在最上方的辊缝的入口处、最下方的辊缝的入口处分别设置所述挡板；在中间各个辊缝的入口处分别设置所述溜槽；

与同一个混炼辊相邻的两个混炼辊分别位于该混炼辊的上方、下方；将该混炼辊的中心轴线与位于其上方的混炼辊的中心轴线所在的平面作为第一平面，将该混炼辊的中心轴线与位于其下方的混炼辊的中心轴线所在的平面作为第二平面，所述第一平面、第二平面对称设置在该混炼辊的中心轴线所在的水平面的上方、下方；

所述挡板包括两块与混炼辊的中心轴线垂直的立板；每块所述立板的一个侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合；每块所述立板的底边为弧形边，该弧形边与下方的混炼辊的外壁贴合；每块所述立板的两条弧形边的交点紧贴在上方的混炼辊和下方的混炼辊形成的辊缝的入口处；

所述溜槽包括依次平滑连接的左侧板、弧形板和右侧板；所述左侧板的左侧边为弧形边，该弧形边与上方的混炼辊的外壁贴合，所述左侧板的右侧边与所述弧形板的左侧边连接；所述右侧板的左侧边与弧形板的右侧边连接，所述右侧板的右侧边为弧形边，右侧板的右侧边与上方的混炼辊的外壁贴合；所述左侧板的顶边、弧形板的顶边、右侧板的顶边相连形成溜槽的顶边，所述溜槽的顶边呈具有弧形底的V字形；所述左侧板的底边、弧形板的底边、右侧板的底边相连形成溜槽的底边，所述溜槽的底边呈具有弧形底的V字形，同时溜槽的底边与下方的混炼辊的外壁贴合；所述左侧板的左侧边与底边的交点紧贴在上方的混炼辊和下方的混炼辊形成的辊缝处；所述右侧板的右侧边与底边的交点紧贴在上方的混炼辊和下方的混炼辊形成的辊缝处。

5.根据权利要求4所述的制备电极膜的设备，其特征在于：所述混炼装置的出料口位于第一套辊压装置的入料口的上方；所述混炼装置的混炼辊的中心轴线与第一套辊压装置的辊压辊的中心轴线垂直；

相邻两套辊压装置的辊压辊的中心轴线垂直；

相邻两套辊压装置中，前一套辊压装置的辊压辊位于后一套辊压装置的入料口处；相邻两套辊压装置的第一输送机的输送方向相互垂直；相邻两套辊压装置的第二输送机的输送方向相互垂直。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备电极膜的设备，其特征在于：所述制备电极膜的设备进一步包括精延装置，所述精延装置包括两个精延辊和输送机；

两个精延辊的中心轴线平行设置，且两个精延辊的中心轴线所在的平面与水平面垂直；

在两个精延辊形成的辊缝两侧分别设置有输送机；一侧的输送机的输入端为精延装置的入料口，另一侧的输送机的输出端为精延装置的出料口；

第M套辊压装置的辊压辊与所述精延装置的精延辊平行设置，第M套辊压装置的两个辊压辊的中心轴线所在的平面与两个精延辊的中心轴线所在的平面平行，且两个辊压辊的中平面与两个精延辊的中平面位于同一个平面内，中平面是一个与辊子的轴向垂直的平面，辊子的轴向上的中点位于该平面内；第M套辊压装置的第二输送机的输送方向与精延装置中的两个输送机的输送方向相同；第M套辊压装置的出料口位于所述精延装置的入料口处。

7.一种应用权利要求1-6任一项所述的制备电极膜的设备生产电极膜的方法，其特征在于：所述方法包括：

将混合好的膏料从混炼装置的入料口放入，膏料依次经过混炼装置的各个辊缝后成为连续单层电极膜；

连续单层电极膜从混炼装置的出料口落到第一套辊压装置的入料口；然后经过第一套辊压装置的第一输送机的输出端落入到第一套辊压装置的折叠机构中的两个滚筒形成的夹缝中，然后落入到第一套辊压装置的第二输送机的输入端，两个滚筒的往复运动与第二输送机的直线运动使得连续单层电极膜被折叠成连续多层电极膜，连续多层电极膜从第二输送机的输出端进入第一套辊压装置的两个辊压辊形成的辊缝内，被辊压成连续单层电极膜；

连续单层电极膜从前一套辊压装置的出料口出来后进入后一套辊压装置的入料口，然后依次经过后一套辊压装置的折叠机构、第二输送机、两个辊压辊形成的辊缝后进入下一套辊压装置，以此类推，直到经过第M套辊压装置的两个辊压辊的辊压后进入精延装置的入料口，然后经过两个精延辊形成的辊缝后成为成品电极膜，成品电极膜从精延装置的出料口输出。

8.一种电极膜，根据权利要求1-6之一的设备或权利要求7的方法制备而得。

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