本發(fā)明涉及復(fù)合薄膜,尤其涉及一種復(fù)合薄膜成形生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù):
1、復(fù)合薄膜是由多種金屬或非金屬材料組成的結(jié)構(gòu)薄膜,以應(yīng)用于鋰電池的復(fù)合集流體為例,其可以替代傳統(tǒng)的純金屬箔(如正極鋁箔、負(fù)極銅箔)。其典型結(jié)構(gòu)為金屬-聚合物-金屬(如鋁-聚合物-鋁或銅-聚合物-銅),中間采用輕質(zhì)高分子材料(如pet,opp,pe、pi等),兩側(cè)覆蓋超薄金屬層。絕緣層采用高分子材料,降低復(fù)合集流體重量的同時,能夠有效阻隔正負(fù)極短路風(fēng)險,提升電池安全性能;金屬層則負(fù)責(zé)傳導(dǎo)電流,保障復(fù)合集流體的導(dǎo)電性能;憑借這些特性,復(fù)合集流體可以有效提升鋰電池能量密度的同時大幅降低自身重量,降低生產(chǎn)過程中的金屬消耗,從而削減成本;且可以柔韌性增強(qiáng),降低極片斷裂風(fēng)險,適應(yīng)高形變場景(如柔性電池)。
2、以負(fù)極復(fù)合集流體為例,當(dāng)前的復(fù)合集流體制備工藝包括:一步法,即在厚度為4.5-10um的共擠壓定向聚丙烯薄膜(oriented?polypropylene?film,opp)上磁控濺射一層厚度為1um的銅質(zhì)金屬層;多步法,即在厚度為4.5-10um的共擠壓定向聚丙烯(orientedpolypropylene?film,opp)薄膜上磁控濺射一層厚度為10-100nm的銅質(zhì)金屬層,再通過蒸鍍和/或水電鍍加厚至1um,生產(chǎn)出的復(fù)合銅復(fù)合集流體電阻率在2-2.5×10-8ω·m,負(fù)極復(fù)合集流體速度在5-10m/min。以正極復(fù)合集流體為例,當(dāng)前的復(fù)合集流體制備工藝包括:在厚度為4.5-10um的聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene?terephthalate,pet)薄膜上蒸發(fā)(或磁控濺射、水電鍍等)一層厚度為1um的鋁質(zhì)金屬層,這種工藝生產(chǎn)過程中制備的膜層致密性低于原金屬,電阻率較高,因此導(dǎo)電性能會較差,且生產(chǎn)效率較低,生產(chǎn)出的復(fù)合鋁電阻率在3.2-4.0×10-8ω·m,正極集流體速度在10-15m/min);且正極復(fù)合集流體存在濺射點(diǎn)無法消除的問題,負(fù)極復(fù)合集流體存在高分子基材與金屬層之間結(jié)合力較低的問題,導(dǎo)致復(fù)合集流體的電性能和使用壽命下降。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn),而提出的一種復(fù)合薄膜成形生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)方法。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的,第一方面,本發(fā)明提供了一種復(fù)合薄膜成形生產(chǎn)設(shè)備,所述復(fù)合薄膜包括金屬層、至少設(shè)置于所述金屬層一個表面的聚合物層,包括:
3、生產(chǎn)箱體,所述生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體用于提供真空環(huán)境和復(fù)合薄膜制備空間;
4、復(fù)合薄膜成形子系統(tǒng),所述復(fù)合薄膜成形子系統(tǒng)包括聚合物制備裝置、聚合物固化裝置和金屬蒸發(fā)裝置,所述聚合物制備裝置包括聚合物蒸發(fā)裝置和/或聚合物涂布裝置,多組所述聚合物制備裝置平行布置在所述生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體中,每組所述聚合物制備裝置一側(cè)平行布置有聚合物固化裝置,所述金屬蒸發(fā)裝置設(shè)置于聚合物制備裝置和聚合物固化裝置一側(cè);
5、膜材輸送子系統(tǒng),所述膜材輸送子系統(tǒng)用于輸送待成形金屬基材薄膜;
6、真空環(huán)境子系統(tǒng),所述真空環(huán)境子系統(tǒng)用于抽取生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體氣體。
7、在其中一些實(shí)施例中,所述聚合物蒸發(fā)裝置包括噴頭陣列,所述噴頭外側(cè)設(shè)置有導(dǎo)流罩;所述涂布裝置包括狹縫模具,所述狹縫模具外側(cè)設(shè)置有支撐輥,所述聚合物固化裝置為電子束固化槍或紫外線燈,相鄰所述聚合物制備裝置之間設(shè)置有電暈處理裝置或等離子處理裝置,所述金屬蒸發(fā)裝置包括放置座,所述放置座上可拆卸安裝有蒸發(fā)舟或磁控裝置。
8、在其中一些實(shí)施例中,還包括膜材輸送子系統(tǒng),所述膜材輸送子系統(tǒng)包括放卷輥、控溫輥和收卷輥,所述放卷輥與所述控溫輥之間設(shè)置有展平輥,所述收卷輥與所述控溫輥之間設(shè)置有惰輥,所述聚合物制備裝置之間設(shè)置有壓輥,多組所述放卷輥和收卷輥對稱設(shè)置于所述生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體兩側(cè),多組所述控溫輥設(shè)置于所述復(fù)合薄膜成形子系統(tǒng)之間,所述放卷輥、控溫輥、收卷輥、展平輥、壓輥和惰輥之間存在公切面,所述放卷輥、控溫輥、收卷輥、展平輥、壓輥和惰輥切點(diǎn)處的切線方向與膜材輸送方向一致。
9、在其中一些實(shí)施例中,所述真空環(huán)境子系統(tǒng)包括第一抽真空泵組、第二抽真空泵組和第三抽真空泵組,所述第一抽真空泵組包括第一機(jī)械泵和第一羅茨泵,所述第二抽真空泵組包括第一擴(kuò)散泵和第二擴(kuò)散泵,所述第三抽真空泵組包括第二機(jī)械泵和第二羅茨泵,所述第一抽真空泵組與所述生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體的頂部連通,所述第二抽真空泵組與所述生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體的底部連通,所述第三抽真空泵組與所述生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體的底部和第二抽真空泵組連通。
10、在其中一些實(shí)施例中,所述第一機(jī)械泵與第一羅茨泵連通,所述第一羅茨泵與生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體的頂部連通,所述第一擴(kuò)散泵和第二擴(kuò)散泵分別與生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體的底部連通,所述第二機(jī)械泵與第二羅茨泵連通,所述第二羅茨泵與生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體的底部連通,所述第二羅茨泵與所述第一擴(kuò)散泵和第二擴(kuò)散泵連通。
11、第二方面,本發(fā)明還提供一種復(fù)合薄膜成形生產(chǎn)方法,經(jīng)由如第一方面中所述的復(fù)合薄膜成形生產(chǎn)設(shè)備而執(zhí)行,生產(chǎn)方法包括:
12、s100,基于膜材成型方案判斷是否啟動真空環(huán)境子系統(tǒng),使生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體建立大氣環(huán)境、惰性氣體環(huán)境或真空氣體環(huán)境;
13、s200,啟動膜材輸送子系統(tǒng),輸送待成形基材薄膜;
14、s300,啟動復(fù)合薄膜成形子系統(tǒng),在基材薄膜的表面蒸發(fā)或涂布后固化形成聚合物層,和/或在聚合物層蒸發(fā)形成金屬層。
15、在其中一些實(shí)施例中,所述s100,包括:
16、s110,基于膜材成型方案判斷復(fù)合薄膜成形氣體環(huán)境,依次啟動第一抽真空泵組的第一機(jī)械泵和第一羅茨泵,對生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體進(jìn)行抽真空,使生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體建立真空氣體環(huán)境,若需要大氣環(huán)境則進(jìn)入s120a,若需要惰性氣體環(huán)境則進(jìn)入s120b,若需要真空氣體環(huán)境則進(jìn)入s120c,
17、s120a,通入空氣直至生產(chǎn)箱體內(nèi)部和外部氣壓相等,使生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體建立大氣環(huán)境;
18、s120b,通入惰性氣體直至生產(chǎn)箱體內(nèi)部和外部氣壓相等,使生產(chǎn)箱體內(nèi)部腔體建立惰性氣體環(huán)境;
19、s120c,依次啟動第二抽真空泵組的第一擴(kuò)散泵和第二擴(kuò)散泵,依次啟動第三抽真空泵組的第二機(jī)械泵和第二羅茨泵,維持真空環(huán)境。
20、在其中一些實(shí)施例中,所述s200,包括:
21、s210,分別預(yù)熱所有的控溫輥到預(yù)設(shè)溫度,調(diào)節(jié)和檢測膜材輸送運(yùn)行參數(shù);
22、s220,依次啟動放卷輥和收卷輥,通過展平輥和惰輥導(dǎo)引膜材進(jìn)行相同或不同金屬基材薄膜的放卷和收卷。
23、在其中一些實(shí)施例中,所述s300,包括:
24、s310a,在真空環(huán)境中,通過聚合物蒸發(fā)裝置注入相同或不同的聚合物材料,汽化后蒸發(fā)到金屬基材薄膜上;
25、s320a,通過聚合物固化裝置固化聚合物材料形成一層或多層的聚合物層;或
26、s310b,在真空環(huán)境中,通過聚合物涂布裝置抽取相同或不同的聚合物材料,浸潤后分步驟涂布到金屬基材薄膜上;
27、s320b,通過聚合物固化裝置固化聚合物材料形成一層或多層的聚合物層。
28、在其中一些實(shí)施例中,所述s300,還包括:
29、s330,通過金屬蒸發(fā)裝置蒸發(fā)形成金屬層;
30、s340,檢測膜層厚度和膜層層數(shù)是否達(dá)到預(yù)設(shè)范圍,判斷是否重復(fù)疊加成形聚合物層和金屬層,直至完成復(fù)合薄膜的制備。
31、本發(fā)明具有如下有益效果:
32、1、本發(fā)明,通過聚合物制備裝置和固化裝置在金屬基材薄膜一側(cè)平面通過蒸發(fā)/涂布后固化形成聚合物層,隨后通過蒸發(fā)裝置在聚合物層另一側(cè)平面通過蒸發(fā)工藝形成金屬層;并可以根據(jù)生產(chǎn)需要重復(fù)蒸發(fā)/涂布固化和蒸發(fā)工藝形成相同或不同材料堆疊的多層堆疊結(jié)構(gòu),在不改變現(xiàn)有材料電阻率的基礎(chǔ)上有效降低了復(fù)合薄膜的電阻率,提高了復(fù)合薄膜的生產(chǎn)效率;
33、2、本發(fā)明,蒸發(fā)裝置蒸發(fā)形成的金屬層上沒有濺射點(diǎn),而聚合物制備裝置和固化裝置通過蒸發(fā)/涂布和固化形成的聚合物層可以和金屬層緊密貼合,有效提高了金屬層和聚合物層之間的附著力,解決了復(fù)合薄膜的電性能和使用壽命下降的問題。