本發(fā)明屬于真空鍍膜，特別涉及一種用于復(fù)合集流體導(dǎo)電膜層制備的卷繞式真空鍍膜設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的鋰電池電極片大多采用金屬箔作為集流體，然而，較厚的金屬箔集流體阻礙了鋰電池能量密度進(jìn)一步提升。近年來，在相關(guān)研究領(lǐng)域出現(xiàn)一種以更加輕薄的聚對苯二甲酸乙二酯(pet)、聚丙烯(pp)等聚合物薄膜為基底，正、反兩面具有金屬鍍層的“夾心式”復(fù)合集流體，具有輕質(zhì)、防爆、低成本等優(yōu)勢，為將鋰電池能量密度提升至新高度提供了可行性。

2、為滿足電導(dǎo)率要求，復(fù)合集流體中的金屬鍍層需要厚約1μm，這對復(fù)合集流體的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)提出了新的挑戰(zhàn)。目前為了制備高品質(zhì)的金屬鍍層一般需要采用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，但這對于在較薄的柔性薄膜基底上制備較厚的鍍層則會(huì)遇到困難。一方面，如果為了提高沉積膜厚而加大蒸發(fā)功率或降低薄膜走膜速度，由于柔性薄膜的耐溫性較差，特別是當(dāng)遇到一些對受熱溫度更加挑剔的超薄柔性薄膜時(shí)，柔性薄膜基底在蒸發(fā)鍍膜過程中往往會(huì)出現(xiàn)受熱變形起皺等質(zhì)量問題；另一方面，如果采用多次破空鍍制，則會(huì)降低效率，更重要的是會(huì)給金屬鍍層帶來氧化問題，影響了復(fù)合集流體的品質(zhì)。因此，一種不需破空，在一個(gè)真空鍍膜工作周期內(nèi)即可在柔性薄膜的正反面制備較厚膜層的真空卷繞鍍膜設(shè)備亟待開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種卷繞式真空鍍膜設(shè)備用于復(fù)合集流體導(dǎo)電膜層的制備。該卷繞真空鍍膜設(shè)備能在一個(gè)真空鍍膜工作周期內(nèi)完成在柔性薄膜，甚至是在超薄柔性基膜的正、反面上制備較厚的膜層。

2、本發(fā)明的卷繞式真空鍍膜設(shè)備包括放卷室、收卷室、第一磁控鍍膜室、第一蒸鍍室、第二磁控鍍膜室、第二蒸鍍室、偏壓發(fā)生裝置和控制中心。各室之間設(shè)置有室間隔板，相鄰兩室之間通過狹縫連通，使柔性薄膜可通過狹縫在各室之間走膜穿行。放卷室中設(shè)置有放卷輥，收卷室中設(shè)置有收卷輥；第一磁控鍍膜室、第二磁控鍍膜室、第一蒸鍍室和第二蒸鍍室中均依次布置有前調(diào)節(jié)輥、鍍膜輥和后調(diào)節(jié)輥；在第一磁控鍍膜室和第二磁控鍍膜室中，鍍膜輥的對側(cè)設(shè)置有磁控靶，磁控靶通過磁控濺射鍍膜在繞經(jīng)鍍膜輥的柔性薄膜上沉積致密的基礎(chǔ)膜層；在第一蒸鍍室和第二蒸鍍室中，鍍膜輥的下方設(shè)置有1個(gè)以上的蒸發(fā)源，蒸發(fā)源通過蒸發(fā)鍍膜在柔性薄膜的基礎(chǔ)膜層之上沉積增長膜層；基礎(chǔ)膜層和增長膜層的成分均為導(dǎo)電材料，基礎(chǔ)膜層和增長膜層合在一起構(gòu)成導(dǎo)電膜層。各鍍膜輥內(nèi)均通有冷卻液，在磁控濺射鍍膜和蒸發(fā)鍍膜時(shí)對柔性薄膜進(jìn)行冷卻。偏壓發(fā)生裝置使各鍍膜輥帶有偏壓，并使除第一磁控鍍膜室及第二磁控鍍膜室中的前調(diào)節(jié)輥之外的各前調(diào)節(jié)輥和后調(diào)節(jié)輥中的至少1個(gè)調(diào)節(jié)輥帶有偏壓作為偏壓調(diào)節(jié)輥，偏壓使柔性薄膜在繞經(jīng)鍍膜輥時(shí)與鍍膜輥的表面緊密貼合，以獲得更好的冷卻效果。在鍍膜輥的下游設(shè)置有傳感器，用于在線檢測柔性薄膜與鍍膜輥之間的貼合情況，并將反映貼合情況的傳感信號傳輸給控制中心；在各鍍膜輥的走膜下游側(cè)的對側(cè)均設(shè)置有輔助電場發(fā)生裝置，在柔性薄膜行至該下游側(cè)區(qū)域需要脫離鍍膜輥表面時(shí)，輔助電場發(fā)生裝置產(chǎn)生的輔助電場起輔助脫輥?zhàn)饔谩?/p>

3、各鍍膜輥的偏壓極性相同，偏壓調(diào)節(jié)輥的偏壓極性與各鍍膜輥的偏壓極性相反；輔助電場的極性與鍍膜輥的偏壓極性相同。第一磁控鍍膜室和第二磁控鍍膜室中的鍍膜輥與第一蒸鍍室和第二蒸鍍室的鍍膜輥的偏壓極性相同，使各鍍膜輥的表面分布有極性相同的電荷。由于柔性薄膜在繞經(jīng)除第一磁控鍍膜室及第二磁控鍍膜室中的前調(diào)節(jié)輥之外的前調(diào)節(jié)輥和后調(diào)節(jié)輥時(shí)，柔性薄膜的表面已經(jīng)具有基礎(chǔ)膜層或增長膜層階段的導(dǎo)電膜層，因此，當(dāng)柔性薄膜繞經(jīng)偏壓調(diào)節(jié)輥時(shí)，偏壓調(diào)節(jié)輥上所帶的偏壓使與偏壓調(diào)節(jié)輥接觸的導(dǎo)電膜層表面分布有與鍍膜輥表面所分布電荷極性相反的電荷。在極性相反的兩種電荷互相吸引的作用下，使柔性薄膜在繞經(jīng)鍍膜輥時(shí)受到吸附作用，與鍍膜輥的表面緊密貼合，在進(jìn)行磁控濺射鍍膜或蒸發(fā)鍍膜時(shí)獲得更好的冷卻效果。在一種比較優(yōu)選的實(shí)施方式中，至少將第一磁控鍍膜室中的后調(diào)節(jié)輥?zhàn)鳛槠珘赫{(diào)節(jié)輥。

4、在柔性薄膜表面先通過粒子動(dòng)能較強(qiáng)的磁控濺射鍍膜沉積一層組織結(jié)構(gòu)良好的、致密的基礎(chǔ)膜層，然后通過蒸發(fā)鍍膜高速地在基礎(chǔ)膜層上沉積較厚的增長膜層，具有良好組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)膜層有利于沉積在上面的增長膜層粒子沿基礎(chǔ)膜層的組織結(jié)構(gòu)生長方向繼續(xù)生長，形成較好的膜層組織。

5、在第一磁控鍍膜室和第一蒸鍍室中，在柔性薄膜的正面上分別沉積基礎(chǔ)膜層和增長膜層；在第二磁控鍍膜室和第二蒸鍍室中，在柔性薄膜的反面上分別沉積基礎(chǔ)膜層和增長膜層；各室中均設(shè)置有導(dǎo)向輥；柔性薄膜在繞經(jīng)第一蒸鍍室和第二磁控鍍膜室中的導(dǎo)向輥時(shí)實(shí)現(xiàn)翻面轉(zhuǎn)換。

6、在第一磁控鍍膜室和第二磁控鍍膜室中，鍍膜輥對側(cè)設(shè)置的磁控靶為多個(gè)；在第一蒸鍍室和第二蒸鍍室中布置的鍍膜輥均為2個(gè)以上；導(dǎo)電膜層的厚度為0.3-2μm，其中，基礎(chǔ)膜層的厚度為30～200nm。

7、輔助電場發(fā)生裝置包括電場屏蔽殼和按矩陣方式排布的多個(gè)電場發(fā)生單元，控制中心對各電場發(fā)生單元進(jìn)行單獨(dú)控制；控制中心根據(jù)傳感信號對輔助電場的電場強(qiáng)度大小及分布進(jìn)行在線反饋控制。電場屏蔽殼將輔助電場的作用區(qū)域限制在柔性薄膜需要脫離鍍膜輥表面的各鍍膜輥的下游側(cè)區(qū)域內(nèi)，防止其他需要柔性薄膜與鍍膜輥緊密貼合的區(qū)域受到輔助電場的影響。輔助電場為強(qiáng)度漸變電場，電場強(qiáng)度的漸變趨勢為沿柔性薄膜走膜方向逐漸增強(qiáng)。

8、當(dāng)傳感器將檢測到的傳感信號傳遞給控制中心時(shí)，控制中心根據(jù)收到的傳感信號判斷柔性薄膜與鍍膜輥之間的貼合程度偏高或偏低，并向各電場發(fā)生單元發(fā)出控制指令，調(diào)整某些電場發(fā)生單元產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，提高或降低輔助電場的電場強(qiáng)度，改變電場分布，使輔助電場對此貼合情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，對柔性薄膜脫離輥面形成有效的輔助脫輥?zhàn)饔谩?/p>

9、控制中心還可根據(jù)判斷柔性薄膜在鍍膜輥上的冷卻效果對輔助電場進(jìn)行在線反饋調(diào)控，通過輔助電場的電場強(qiáng)度和分布的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對柔性薄膜與鍍膜輥形成分離的位置進(jìn)行在線調(diào)整。當(dāng)控制中心判斷柔性薄膜冷卻不足時(shí)，控制中心向輔助電場發(fā)生裝置發(fā)出調(diào)控指令，降低電場強(qiáng)度，改變電場分布，使柔性薄膜與鍍膜輥形成分離的位置比原分離位置在適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行延后，增強(qiáng)柔性薄膜的冷卻效果。當(dāng)控制中心判斷柔性薄膜冷卻過量時(shí)，控制中心向輔助電場發(fā)生裝置發(fā)出調(diào)控指令，提高電場強(qiáng)度，改變電場分布，使柔性薄膜與鍍膜輥形成分離的位置比原分離位置在適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行提前，減弱柔性薄膜的冷卻效果。

10、各鍍膜輥、偏壓調(diào)節(jié)輥的偏壓大小由控制中心根據(jù)傳感信號進(jìn)行單獨(dú)的在線反饋控制。

11、當(dāng)控制中心根據(jù)收到的傳感信號判斷柔性薄膜需要提高或降低冷卻效果時(shí)，控制中心向偏壓發(fā)生裝置發(fā)出控制指令，提高或降低某個(gè)鍍膜輥及與該鍍膜輥相近的偏壓調(diào)節(jié)輥的偏壓，在線調(diào)整柔性薄膜與該鍍膜輥表面的貼合情況，使柔性薄膜獲得所需的、穩(wěn)定的冷卻效果。

12、通過在第一磁控鍍膜室和第二磁控鍍膜室進(jìn)行多靶磁測濺射鍍膜，以及在第一蒸鍍室、第二蒸鍍室布置多個(gè)包括鍍膜輥和蒸發(fā)源的蒸發(fā)模塊，同時(shí)利用在線可控的偏壓使柔性薄膜與鍍膜輥貼合得更加緊密，使柔性薄膜獲得更好的、穩(wěn)定的冷卻效果，克服了在使用較高的磁控鍍膜功率和蒸發(fā)鍍膜功率時(shí)柔性薄膜容易發(fā)生熱變形甚至熱損傷等問題，實(shí)現(xiàn)在不降低柔性薄膜走膜速度的情況下，在一個(gè)真空鍍膜工作周期內(nèi)進(jìn)行較厚膜層的制備，特別是1μm以上膜層的制備。

13、第二磁控鍍膜室和第二蒸鍍室中的鍍膜輥的表面外層還設(shè)置有導(dǎo)熱的電絕緣層，電絕緣層的成分為氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化硅、氧化鋯、樹脂中的一種。電絕緣層可阻止柔性薄膜正面上分布的電荷與對反面進(jìn)行真空鍍膜的鍍膜輥上的電荷發(fā)生中和，影響在正面進(jìn)行真空鍍膜時(shí)柔性薄膜與鍍膜輥之間的吸附。

14、設(shè)置強(qiáng)度漸變的輔助電場，對柔性薄膜脫離輥面形成有效的輔助脫輥?zhàn)饔?，克服了由于偏壓較大使柔性薄膜與鍍膜輥脫輥分離時(shí)易損壞膜層的問題，同時(shí)，通過對各輥的偏壓、輔助電場進(jìn)行在線反饋調(diào)控，使卷繞真空鍍膜制備較厚的導(dǎo)電膜層這一生產(chǎn)過程可以不受某些不確定因素引起的偏壓波動(dòng)等工藝波動(dòng)影響而保持持續(xù)穩(wěn)定地實(shí)施，獲得高一致性、高品質(zhì)的柔性復(fù)合集流體薄膜產(chǎn)品。

15、采用本發(fā)明的卷繞式真空鍍膜設(shè)備，可以實(shí)施一種復(fù)合集流體導(dǎo)電膜層制備方法，該方法通過卷繞系統(tǒng)使柔性薄膜走膜經(jīng)過卷繞式真空鍍膜設(shè)備的各室，分別在柔性薄膜的正、反面上進(jìn)行真空鍍膜過程，制備導(dǎo)電膜層；真空鍍膜過程包括：

16、在第一磁控鍍膜室和第二磁控濺射鍍膜室，柔性薄膜依次繞經(jīng)其中的前調(diào)節(jié)輥、鍍膜輥和后調(diào)節(jié)輥；在繞經(jīng)鍍膜輥時(shí)，通過真空磁控濺射鍍膜在柔性薄膜上沉積形成致密的基礎(chǔ)膜層；

17、在第一蒸鍍室和第二蒸鍍室，柔性薄膜依次繞經(jīng)其中的前調(diào)節(jié)輥、鍍膜輥和后調(diào)節(jié)輥；在繞經(jīng)鍍膜輥時(shí)，通過真空蒸發(fā)鍍膜在柔性薄膜上的基礎(chǔ)膜層表面制備增長膜層，從而在柔性薄膜上形成導(dǎo)電膜層。

18、輔助電場發(fā)生裝置在柔性薄膜繞經(jīng)磁控鍍膜輥和蒸發(fā)鍍膜輥的下游側(cè)區(qū)域形成輔助電場，輔助電場的極性與鍍膜輥帶的偏壓極性相同。輔助電場對鍍膜輥上與之極性相同的電荷產(chǎn)生排斥作用，使鍍膜輥上與輔助電場發(fā)生裝置相對的部位分布的電荷分布密度變得更加稀疏，減弱了該部位對柔性薄膜的吸附作用。在此作用下，在柔性薄膜行至該下游側(cè)區(qū)域需要脫離鍍膜輥時(shí)，柔性薄膜與鍍膜輥的吸附作用減弱，貼合程度降低，柔性薄膜脫離輥面更加容易，輔助電場起輔助脫輥?zhàn)饔谩Ｔ撓掠蝹?cè)區(qū)域的起始端處的輔助電場電場強(qiáng)度最小，隨著從起始端向該下游側(cè)區(qū)域的延伸，所對應(yīng)的輔助電場的電場強(qiáng)度越來越強(qiáng)，對鍍膜輥上同極性電荷的排斥作用也越來越強(qiáng)，則該處所對應(yīng)部位上的電荷分布密度也就變得越來越稀疏，該部位對柔性薄膜的吸附作用也隨之越來越弱。在預(yù)先設(shè)計(jì)的柔性薄膜與鍍膜輥分離的分離位置上，鍍膜輥對柔性薄膜的吸附作用最弱，則柔性薄膜在此處與鍍膜輥形成分離。

19、傳感器檢測的反映貼合程度的傳感信號與處于鍍膜輥下游的柔性薄膜的張緊力相對應(yīng)。當(dāng)傳感信號增大時(shí)，表示張緊力變大，說明柔性薄膜與鍍膜輥之間貼合更加緊密，冷卻效果越好；當(dāng)傳感信號減小時(shí)，表示張緊力變小，說明柔性薄膜與鍍膜輥之間的貼合程度降低，冷卻效果也隨之減弱。傳感器將檢測到的反映貼合程度的傳感信號傳輸給控制中心，控制中心根據(jù)傳感信號對輔助電場的電場強(qiáng)度大小及分布進(jìn)行在線反饋調(diào)控。具體來說，當(dāng)傳感器將檢測到的傳感信號傳輸給控制中心時(shí)，控制中心根據(jù)收到的傳感信號判斷柔性薄膜與磁控鍍膜輥或蒸發(fā)鍍膜輥之間的貼合程度，并向各電場發(fā)生單元發(fā)出控制指令，使輔助電場發(fā)生裝置在該鍍膜輥的下游側(cè)區(qū)域產(chǎn)生電場強(qiáng)度大小和分布都適宜的輔助電場，對柔性薄膜脫離輥面形成有效的輔助脫輥?zhàn)饔谩．?dāng)柔性薄膜與鍍膜輥之間的貼合程度偏高或偏低時(shí)，控制中心對該情況進(jìn)行判斷，并向輔助電場發(fā)生裝置發(fā)出調(diào)控指令，調(diào)整某些電場發(fā)生單元產(chǎn)生的電場強(qiáng)度，提高或降低輔助電場的電場強(qiáng)度，改變電場分布，使輔助電場對此情況進(jìn)行適應(yīng)調(diào)整，仍然保持對柔性薄膜脫離輥面形成有效的輔助脫輥?zhàn)饔谩?/p>

20、各鍍膜輥、偏壓調(diào)節(jié)輥上的偏壓大小可以不同?？刂浦行倪€可根據(jù)傳感信號對各鍍膜輥、偏壓調(diào)節(jié)輥的偏壓進(jìn)行在線反饋調(diào)控，根據(jù)具體工藝調(diào)整需要或當(dāng)真空鍍膜過程發(fā)生波動(dòng)時(shí)，對柔性薄膜與鍍膜輥表面的貼合程度進(jìn)行在線調(diào)整，獲得所需要的、穩(wěn)定的冷卻效果。

21、通過對鍍膜輥和偏壓調(diào)節(jié)輥施加偏壓，使鍍膜輥和柔性薄膜上的導(dǎo)電膜層表面具有極性相反的電荷，可以使柔性薄膜與鍍膜輥貼合得更加緊密，使柔性薄膜獲得更好的冷卻，克服在制備較厚的膜層時(shí)柔性薄膜容易發(fā)生熱變形甚至熱損傷等問題。但該偏壓和冷卻效果也并非越高越好，當(dāng)柔性薄膜過分冷卻的話，一方面較低成膜溫度不利于膜層生成好的微觀結(jié)構(gòu)，另一方面較低的表面溫度還容易發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，影響產(chǎn)品品質(zhì)。因此，本發(fā)明通過對各輥的偏壓、輔助電場進(jìn)行在線反饋調(diào)控，使柔性薄膜獲得適宜的、所需的、穩(wěn)定的冷卻效果，使在柔性薄膜上制備較厚膜層的卷繞真空鍍膜過程得以穩(wěn)定地實(shí)施，獲得高品質(zhì)的柔性復(fù)合集流體薄膜產(chǎn)品。

22、發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偏壓使柔性薄膜與鍍膜輥貼合得過于緊密，柔性薄膜繞經(jīng)鍍膜輥后需要與鍍膜輥脫輥分離時(shí)容易出現(xiàn)對柔性薄膜產(chǎn)品有害的現(xiàn)象：(1)在對正面已經(jīng)制備有膜層的柔性薄膜反面進(jìn)行膜層制備時(shí)，為抵抗柔性薄膜與鍍膜輥間較大的吸附力，需要加大對柔性薄膜的拉力，這樣容易導(dǎo)致與輥面吸附接觸的正面膜層產(chǎn)生粘連撕裂、與柔性薄膜脫落的現(xiàn)象；(2)在對柔性薄膜施加很大拉力使其脫輥時(shí)，柔性薄膜會(huì)與鍍膜輥下游的導(dǎo)向輥或調(diào)節(jié)輥之間發(fā)生嚴(yán)重?cái)D壓，導(dǎo)致剛制備的膜層在這種擠壓中產(chǎn)生擠壓裂紋、發(fā)皺等受損現(xiàn)象；(3)柔性薄膜與鍍膜輥形成分離的位置會(huì)比預(yù)先計(jì)劃的分離位置過于延后，導(dǎo)致脫輥后的柔性薄膜與保持在輥面的柔性薄膜之間產(chǎn)生銳角彎折，該銳角彎折會(huì)在柔性薄膜上產(chǎn)生不可恢復(fù)的折痕，折痕將導(dǎo)致復(fù)合集流體形成微觀角度的高度差，而后續(xù)要在復(fù)合集流體上涂敷的活性物質(zhì)厚度多為100微米以下，因此，這一折痕引起的高度差的存在將導(dǎo)致折痕附近涂敷的活性物質(zhì)厚度不均，導(dǎo)致活性物質(zhì)的膨脹體積不同，為電極片破裂等事故埋下隱患。而當(dāng)偏壓不足時(shí)，不僅使柔性薄膜無法從鍍膜輥上獲得足夠的冷卻，還會(huì)發(fā)生柔性薄膜與鍍膜輥提前形成分離的現(xiàn)象，造成卷繞系統(tǒng)中局部走膜速度波動(dòng)，對卷繞真空鍍膜過程的穩(wěn)定進(jìn)行帶來不確定的波動(dòng)影響因素，進(jìn)而影響柔性薄膜產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定。在真空卷繞鍍膜過程中，由某些不確定因素引起的偏壓波動(dòng)會(huì)使偏壓出現(xiàn)異常增大或減小，這些都會(huì)給生產(chǎn)過程造成不穩(wěn)定的影響，影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。本發(fā)明設(shè)置強(qiáng)度漸變的輔助電場，對柔性薄膜脫離輥面形成有效的輔助脫輥?zhàn)饔?，克服了上述問題，同時(shí)，通過對各輥的偏壓、輔助電場進(jìn)行在線反饋調(diào)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對柔性薄膜與鍍膜輥形成分離的位置進(jìn)行在線調(diào)整，該多方面的技術(shù)效果不僅使柔性薄膜獲得適宜的、所需的、穩(wěn)定的冷卻效果，還可以保證柔性薄膜上的膜層品質(zhì)不易受到破壞，更重要的是，這一綜合效果使卷繞真空鍍膜這一生產(chǎn)過程可以不受某些不確定因素引起的偏壓波動(dòng)等工藝波動(dòng)影響而保持持續(xù)穩(wěn)定地實(shí)施，獲得高一致性、高品質(zhì)的柔性復(fù)合集流體薄膜產(chǎn)品。

23、在柔性薄膜的正、反面上制備的導(dǎo)電膜層成分分別為選自銅、鋁、銀、鎳、鉬、鈦、鈮、鐵、鋅、不銹鋼、石墨烯、碳納米管、科琴黑、乙炔黑、石墨粉和碳纖維中的一種。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，導(dǎo)電膜層的成分為銅和/或鋁。