一种制备电极箔片的自动电镀机及其电镀方法

本发明属于金属电池领域，尤其是涉及一种制备电极箔片的自动电镀机及其电镀方法。

背景技术：

1、我国大力发展以新能源为主的新型电力系统。风能、太阳能等新能源发电由于其不确定性的特点需要搭配储能系统。储能也作为“源网荷储”的重要一环发挥“削峰填谷”的作用。目前存量及在建的电化学储能电站中绝大部分是锂离子电池储能。但是锂离子电池由于其有机液态电解质的易燃性而存在易燃易爆的风险。

2、经过研究人员的探索，以水作为电解液溶剂的水系锌离子电池具有本征安全、低成本、能量密度较高、循环次数长的特点，是大规模储能的电池的理想选择。水系锌离子电池在近年来得到了快速发展，相关研究层出不穷。锌箔是水系锌离子电池的理想负极，具有高理论比容量、较低的电极电位。为提高锌离子电池的能量密度，必须使用超薄的锌负极，这使得电池内锌腐蚀、析氢等副反应变得更加严重，大幅降低了电池的寿命和性能。为了满足实用化金属负极电池的需求，需要将活性金属层（锌离子电池中的锌、锂离子电池中的锂、镁离子电池中的镁等）与非活性的金属集流体箔（铜、钛等）结合起来，以保持薄电极在循环过程中的完整性，避免活性面积随着循环增加而降低。电化学沉积（电镀）是一种低成本、便捷的制备复合金属箔片的方法，而且通过电镀参数的改变可以方便调节金属箔的沉积形貌及单位面积沉积容量。因此，开发能够自动卷对卷电镀的电镀设备能够满足大规模生产复合金属负极的需要。这些复合电极箔片可以被应用在水系锌离子电池和全固态锂离子电池中，如铜基锌箔、铜基锂箔等。

技术实现思路

1、为克服现有技术中的不足之处，本发明提供一种制备电极箔片的自动电镀机及其电镀方法，以解决电化学沉积法规模化制备卷式复合金属箔片的难题，满足新型电极箔片的制备需求，提高导电箔片的电镀自动化及效率。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

3、一种制备电极箔片的自动电镀机，包括电镀槽、基箔、基箔传送轮组、镀材箔、镀材箔传送轮组、步进电机、底板和轮组支撑支架，电镀槽和轮组支撑支架均固定在底板上，轮组支撑支架上设有基箔通电用电刷和镀材箔通电用电刷，基箔通电用电刷、镀材箔通电用电刷和外部电源连接，所述电镀槽可允许基箔和镀材箔进出，所述基箔的运动由基箔传送轮组中的主动轮带动，所述镀材箔的运动由镀材箔传送轮组中的主动轮带动；

4、所述电镀槽包括开设在电镀槽身上端的进液口、带有可允许基箔和镀材箔通过的缝隙的电镀槽盖、电镀槽身、开设在电镀槽身下端的出液口、设置在电镀槽身内部的电镀区域控制固定板、填充在电镀槽身的电镀液；

5、所述基箔传送轮组包括基箔卷料初始固定轮、基箔进料主动轮、位于基箔进料主动轮上方且与与基箔进料主动轮紧挨的基箔进料从动轮、位于电镀槽内的槽内基箔传送上从动轮、位于电镀槽内的槽内基箔传送下从动轮、基箔出料主动轮、位于基箔出料主动轮上方且与基箔出料主动轮紧挨的基箔出料从动轮，基箔出料主动轮的基箔出口侧设有电镀后的基箔接板；

6、所述镀材箔传送轮组包括镀材箔卷料初始固定轮、镀材箔进料主动轮、位于镀材箔进料主动轮上方且与镀材箔进料主动轮紧挨的镀材箔进料从动轮、位于电镀槽内的槽内镀材箔传送上从动轮、位于电镀槽内的槽内镀材箔传送下从动轮、镀材箔出料主动轮、位于镀材箔出料主动轮上方且与镀材箔出料主动轮紧挨的镀材箔出料从动轮，镀材箔出料主动轮的镀材箔出口侧设有使用后的镀材箔接板；

7、电镀后的基箔接板和使用后的镀材箔接板的一侧均固定在轮组支撑支架上。

8、进一步地，所述轮组支撑支架上设有若干轴承，所述基箔传送轮组中的基箔进料主动轮、基箔进料从动轮、槽内基箔传送上从动轮、槽内基箔传送下从动轮、基箔出料主动轮、基箔出料从动轮的轮轴的一端通过轴承被固定到轮组支撑支架上，所述镀材箔传送轮组中的镀材箔进料主动轮、镀材箔进料从动轮、槽内镀材箔传送上从动轮、槽内镀材箔传送下从动轮、镀材箔出料主动轮、镀材箔出料从动轮的轮轴的一端通过轴承被固定到轮组支撑支架上。

9、进一步地，电镀发生在所述电镀槽内，电镀区域由所述电镀区域控制固定板中间的空白面积确定，电镀时，镀材箔作为金属离子源，基箔作为沉积基底，通过靠近基箔进料主动轮设置的基箔通电用电刷和靠近镀材箔进料主动轮设置的镀材箔通电用电刷给即将进入电镀槽的基箔和镀材箔施加电场，从而驱动镀材箔上的金属剥离，电镀液中的离子向基箔表面迁移，基箔表面发生金属沉积，经过设置的沉积时间或达到所需厚度或达到沉积容量后得到含电镀层的基箔。

10、进一步地，所述基箔进料主动轮、基箔出料主动轮、镀材箔进料主动轮、镀材箔出料主动轮分别通过各自的联轴器与各自的步进电机相连，步进电机提供驱动主动轮的动力，步进电机被固定在步进电机支撑支架上。

11、进一步地，所述基箔卷料初始固定轮通过基箔卷料初始固定轮支持架固定在底板的一端，镀材箔卷料初始固定轮通过镀材箔卷料初始固定轮支撑架固定在底板的另一端。

12、进一步地，所述电镀液中含有所镀金属的阳离子。

13、利用上述的自动电镀机制备电极箔片的电镀方法，包括如下步骤：

14、步骤一、开机：打开电镀槽盖，将基箔和镀材箔分别安置在基箔传送轮组和镀材箔传送轮组上，添加电镀液，盖上电镀槽盖；

15、步骤二、电镀：由外部电源通过基箔通电用电刷、镀材箔通电用电刷分别给基箔和镀材箔通电，以在电镀槽内基箔和镀材箔及其之间的区域内形成电场，在该电场作用下，电镀液内的金属阳离子由镀材箔一侧向基箔一侧发生移动，镀材箔充当正极，表面失去电子，表面金属变为金属离子进入电镀液，基箔充当负极，电镀液中的金属离子在基箔表面得到电子而在基箔表面沉积；

16、步骤三、运动：由外部控制器控制步进电机，而步进电机带动基箔进料主动轮、基箔出料主动轮运动从而带动基箔运动，通过运动将含电镀层的基箔带出电镀区域，而将未电镀的基箔带入电镀区域，同样的，步进电机带动镀材箔进料主动轮、镀材箔出料主动轮运动从而带动镀材箔运动，通过运动将使用后的镀材箔带出电镀区域，而将未使用的镀材箔带入电镀区域。

17、步骤四、自动电镀：通过步骤二电镀与步骤三运动的交替或者同时进行来实现连续电镀，若采用交替进行方案，电镀达到一定时间或者所需厚度或者所需单位面积容量后，停止电镀，并开始运动以将电镀好的基箔完全移出电镀区域，再开始下一次电镀，以完成“电镀-运动”的交替，期间，镀材箔的运动由镀材箔减薄的厚度决定，若采用同时进行方案，电镀的同时基箔和镀材箔均需低速运动或者步骤二电镀时，步骤三采用“运动-停止运动”交替进行。

18、本发明相对于现有技术的有益效果是：

19、其一，实现对导电金属箔的连续电镀。以往的自动电镀机针对拉链、金属工件等可完全置入电镀液中的物品，而对于箔材的连续电镀尚未涉及，本发明采用传送轮组带动箔材进出电镀液的方案，可以实现对箔材的连续且均匀的电镀，从而可连续的得到复合金属箔材。

20、其二，技术方案较为简单、电镀效果好。本发明采用的技术方案将主动轮置于电镀液之外，箔材从电镀槽盖上进出，以避免电机传动防水设计的复杂性，添加了镀材箔及其传送轮组，从而避免了电解液的频繁添加及电解液内金属离子下降导致电镀效果不均匀。

21、其三，解决电化学沉积法规模化制备复合金属箔片的难题。本发明实现新型电池含活性金属层及非活性集流体层的复合箔片卷材的自动生产，可用于卷对卷规模化自动生产电极箔片，如锌离子电池的铜底锌层电极及用于固态锂离子电池的锌底锂层、铜底锂层电极等，有利于我国新能源新型电池的产业化发展。

22、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。