CN102151512A

CN102151512A - 浆料混合设备及电池浆料制备方法

Info

Publication number: CN102151512A
Application number: CN2011100339426A
Authority: CN
Inventors: 尤志宏; 董明; 李红; 苏振华; 耿则先
Original assignee: NANOCHEM SYSTEMS (SUZHOU) CO Ltd
Current assignee: NANOCHEM SYSTEMS (SUZHOU) CO Ltd
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明公开了一种浆料混合设备，包括浆料搅拌装置和与其连通的浆料循环容器，所述浆料循环容器外周分布有至少一组超声波分散装置，所述浆料搅拌装置为可抽真空的密闭容器、并连接有真空泵。通过本发明浆料搅拌装置使得浆料的分散更加高效、均匀，性能更加优良。本发明还公开了一种使用上述设备制备电池浆料的方法。利用上述设备将电池活性材料、导电添加剂、粘结剂、和分散剂均匀混合，生产电池浆料；使得电池浆料固含量高，粘度低，加工性能好，用此电池浆料制备的电池极片粘结强度高、压实密度高、内阻低，所生产的电池内阻低，倍率性能好，容量高、能量高、一致性好。

Description

浆料混合设备及电池浆料制备方法

技术领域

本发明涉及一种浆料混合设备及电池浆料制备方法。

背景技术

电池生产是将电池活性材料、导电剂、粘结剂、分散剂等按一定的配比进行调浆，做成浆料，浆料拉浆成极片，在此过程中，浆料的分散效果直接影响后续电池生产的工艺和质量；浆料分散效果的直接影响因素是浆料粘度，它不仅影响到浆料输送，并且更重要的是直接影响极片涂布效果，从而影响到极片的生产工艺和生产质量，因此，电池生产中需要合适粘度的浆料，浆料粘度始终是电池生产中的重点调控参数。

浆料粘度的大小是由多方面因素决定的，活性材料本身的性质，活性材料和导电剂、粘结剂等的混合效果，浆料温度，用料配比，包括：分散剂的用量多少，固含物的配比等均可直接影响浆料粘度，在温度和配比确定的情况下，有时粘度仍然较高，粘度高对分散效果造成了不良影响，此时调节粘度的方法通常是调节分散剂的添加量，以期达到最佳粘度，但这种调节方法又增加了分散剂用量，造成成本上升。

如上所述，在浆料粘度较高的情况下，会造成分散困难，成本上升，生产效率低下等问题。

发明内容

本发明目的是：提供一种浆料混合设备及电池浆料制备方法，其可以克服上述缺陷，减少了电池浆料配制中分散剂的添加量，减少生产成本，提高生产效率；使得浆料的分散更加均匀，性能更优良。

本发明的技术方案是：一种浆料混合设备，包括浆料搅拌装置和与浆料搅拌装置循环连通的浆料容器，所述浆料容器外周分布有至少一组超声波分散装置，所述浆料搅拌装置为可抽真空的密闭容器，所述浆料搅拌装置上连接有真空泵。

超声波分散装置发出的超声波对浆料容器内的浆料作用，改变浆料的物性，使得浆料的粘度降低并且分散更加均匀。

另外，通过真空泵以对浆料搅拌装置内进行真空抽气，维持装置内的真空环境，真空度可以维持在0～-0.1Mpa。浆料搅拌装置容器内有空气存在时，空气对浆料搅拌装置内的物料颗粒，特别是干粉颗粒存在浮力，当浆料搅拌装置带动物料上扬运动时，重颗粒和轻颗粒运动轨迹不同，重颗粒先行落下，轻颗粒后落下，从而形成一个明显的分层，下部是重颗粒，上层是轻颗粒，这样造成的物料分散不均匀。当浆料搅拌装置内为真空环境时，空气浮力消失，轻重颗粒均为自由落体下落，各物料颗粒随搅拌轴做相同的运动，这样物料颗粒之间分散效果更好。在真空环境下，当浆料搅拌开启时，搅拌的作用使加入装置内的各种粉料，如电池活性材料，导电添加剂，粘结剂等粉料在搅拌装置内做三维方向的运动，同时受到搅拌轴叶片的高速冲击、剪切，以及物料之间高强度的磨擦作用，使得物料在短时间内得到均匀分散，并达到理想的分散效果。

进一步的，在上述浆料混合设备中，所述浆料搅拌装置外周设有夹套，所述夹套上设有热交换介质进口和热交换介质出口。通过热交换介质进、出口向夹套内注入冷却液或加热液体，可以对浆料搅拌装置进行冷却或加热来保持浆料搅拌装置内物料或浆料温度的恒定。在搅拌开启时，浆料搅拌装置内的物料和物料之间，物料和搅拌装置之间相互摩擦和撞击会产生热量，为了防止浆料搅拌装置内温度过高，可以通过夹套内的冷却液把热量带走，给浆料搅拌装置降温；当有干燥要求时，可以使用夹套内的液体对装置进行加热升温，此时，运动中的物料呈沸腾状态，使物料的蒸发面积大大增加，加上浆料搅拌装置内的真空作用，使物料的干燥能力和效果显著加强。

进一步的，在上述浆料混合设备中，所述超声波分散装置包括分布在浆料容器外周的超声波换能器、罩设在超声波换能器外的外壳、以及与超声波换能器电连接的超声波发生器。其中超声波发生器可以与超声波换能器设置在一起，也可以在别处设置，通过导线与超声波换能器电连接。

另外，上述的超声波分散装置还可以包括消声装置，如设置消音包，降低超声带来的噪声。

进一步的，在上述浆料混合设备中，所述浆料容器与浆料搅拌装置之间通过循环管道循环连通，所述循环管道上设有提供循环驱动力的循环泵，使得浆料容器与浆料搅拌装置形成闭合循环。当浆料的粘度未达到要求时，可以通过循环管道使物料在浆料混合设备内进行反复的处理。使物料经过多次处理，直到达到出料要求。一种的特殊的情况为：浆料容器本身就是循环管道的一部分，即所述的超声波分散装置安装在一段循环管道的外周。该循环管道上要设置循环泵，以驱动闭合循环内的浆料在浆料容器、循环管道和浆料搅拌装置之间循环流动，最后达到浆料最佳分散效果。

进一步的，在上述浆料混合设备中，所述浆料搅拌装置包括各类湿法研磨机，搅拌机等。

进一步的，本发明中的浆料搅拌装置可以根据物料的物理化学性质选择内衬，如不锈钢内衬，陶瓷内衬，聚胺脂内衬，或其它合适的内衬。

进一步的，本发明的物料可以是粉体或浆料。

本发明超声波的工作原理：超声波的乳化作用，粘度较高的电池浆料在容器中时，开启超声波分散装置，当高强度超声波作用于浆料时，由于浆料内具有一定数量的空泡，超声波可使气泡上产生振动，在空泡界面产生很大的剪切力，在剪切力的作用下，浆料与溶剂充分混合，使浆料乳化，并在相浓度达到一定位时，改变浆料的乳化液类型，使粘度降低。

超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。即在液体中由于超声波作用，液体的某一区域会形成局部的暂时负压区，于是液体中生产空穴或气泡。这些充有蒸汽或空气的气泡处于非稳定状态，当突然闭合时，会产生激波，因而在局部微小区域会产生很大的压强(几千至几万大气压)和很高的温度(超声波作用于液体的空化作用)，在高温高压以及空化时产生的冲击波作用下可破坏浆料分子间作用力，使浆料分子降粘。液体产生空化的最低声强或声压幅称为空化阈，空化阈与液体的粘度关系为：P_C＝0.8(log η+5)，其中P_C为空化阈，η为粘度。

本发明的另一个技术方案是：一种上述的浆料混合设备生产电池浆料的制备方法，使用所述浆料混合设备将电池活性材料、导电添加剂、粘结剂和分散剂搅拌分散成电池浆料至达到设定的分散效果。

所述电池活性材料包括正极材料LiMPO4或LiMO2，其中，LiMPO4式中的M为Fe、Co、Mn、V中的一种或几种；LiMO2式中的M为Co、Mn、Ni中的一种或几种。

或者，所述的电池活性材料包括镍氢电池活性材料。

或者，所述的电池活性材料包括负极材料。所述的负极材料为石墨、钛酸锂、非晶硅或储氢合金粉。

使用所述浆料混合设备将按配方配好的电池活性材料、导电添加剂、粘结剂加入到浆料混合设备中，抽真空使设备容器内达到一定的真空度，关闭真空泵使容器保持真空度，开启搅拌使混合粉料达到设定的分散效果，停止搅拌，利用容器内的负压将一定量的分散剂吸入容器内，继续开启搅拌，使混合粉料在分散剂中分散均匀，形成均匀稳定的浆料。此方法分散的浆料再经涂布、卷绕、分切、组装等工序制作成电池。

因为采用了上述的浆料混合设备以及使用了本发明的浆料制备方法，使得电池浆料添加较少的分散剂就可以达到很好的分散效果，使得电池浆料固含量高，粘度低，加工性能好，电池浆料制备的电池极片强度高，内阻低，粘结性好，所生产的电池内阻低，倍率性能高，一致性好，同时，此过程中，通过一次性地加入各种粉料，再加入分散剂，工艺过程简单，流程短，效率高，有效地防止污染，还可以节省设备、人工费用。

本发明的优点是：

1.本发明不仅应用于粉体的分散混合，还可以应用于浆料的分散混合。

2.由于本发明设备采用了真空分散混合，所以本发明对粉体有更好的分散效果。

3.本发明由于物料蒸发表面积较大，加上一定的烘干温度，以及一定的真空度，使本发明设备对粉体的干燥能力和效果都大大增强。

4.本发明采用超声波分散装置对浆料进行超声分散，可以实现分散剂添加量的减少，节省生产成本。

5.本发明超声波的使用使得浆料粘度下降，分散更加均匀，浆料性能优良，便于浆料输送，对下一步生产工艺控制和生产质量都带来决定性的影响。

6.本发明采用真空搅拌分散，使浆料分散过程中有效避免了气泡的产生。

7.本发明采用浆料搅拌装置和超声波分散装置循环作业处理浆料，可以实现浆料搅拌和浆料超声分散的循环联合作业。

9.由于采用了循环送料，所以本发明可以确保分散混合的效果。

10.本发明所生产的电池浆料固含量高，粘度低，加工性能好。

11.用本发明生产的电池浆料生产的电池极片强度高，内阻低，粘结性好。

12.用本发明生产的电池极片所生产的电池内阻低，倍率性能高，一致性好。

13.本发明工艺过程简单，流程短，效率高，有效地防止污染，还可以节省设备调入费用，人工费用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明具体实施例的结构示意图；

图2为本发明具体实施例浆料容器和超声波分散装置的结构示意图；

图3为图2的侧视图；

图4为本发明方法生产的电池倍率性能测试。

其中：1浆料搅拌装置；2夹套；21热交换介质进口；22热交换介质出口；3真空泵；4循环管道；5浆料循环容器；6超声波分散装置；61超声波换能器；62外壳；63超声波发生器；7循环泵。

具体实施方式

实施例一：如图1至图3所示，一种浆料混合设备，包括浆料搅拌装置1和与浆料搅拌装置1循环连通的浆料循环容器5，所述浆料容器5外周分布有至少一组超声波分散装置6，所述浆料搅拌装置1为可抽真空的密闭容器，所述浆料搅拌装置1上连接有真空泵3。

所述浆料搅拌装置1外周设有夹套2，所述夹套2上设有热交换介质进口21和热交换介质出口22。

所述超声波分散装置6包括分布在浆料容器5外周的超声波换能器61、罩设在超声波换能器61外的外壳62、以及与超声波换能器61电连接的超声波发生器63。

所述浆料容器1与浆料搅拌装置1之间通过循环管道4循环连通，所述循环管道4上还可以设置提供循环驱动力的循环泵7。

实施例二：

一种实施例一中所述的浆料混合设备在电池浆料生产上的应用，称取94公斤的磷酸亚铁锂材料，加入3公斤导电添加剂Super P、3公斤粘结剂PVDF，加入实施例一中的设备，在设备中抽真空，保持真空度，搅拌30分钟，停止搅拌，然后利用容器内的负压，吸入60公斤NMP，保持负压，搅拌60分钟，从而得到电池正极浆料。

同样的粉料配比用传统设备和传统方法生产浆料：在普通浆料混合设备中加入3公斤导电添加剂、3公斤粘结剂，然后加入80公斤NMP，搅拌30分钟，形成混合粘结剂，称取94公斤的磷酸亚铁锂材料，加入上述混合混合粘结剂中，搅拌300分钟，从而得到电池浆料浆料。

用上述两种方法制备的电池浆料用相同的方法制备电池极片，并进一步制备成100粒18650电池。

对两种方法进行统计分析：

表一：浆料性能对比

	粘度(cp)	固含量(％)	搅拌时间(mins)
				传统法	12200	55.5	330
本方法	5200	62.5	90

表二：电池性能对比

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种浆料混合设备，包括浆料搅拌装置（1）和与浆料搅拌装置（1）连通的浆料循环容器（5），其特征在于：所述浆料容器（5）外周分布有至少一组超声波分散装置（6），所述浆料搅拌装置（1）为可抽真空的密闭容器，所述浆料搅拌装置（1）上连接有真空泵（3）。

2.根据权利要求1所述的浆料混合设备，其特征在于：所述浆料搅拌装置（1）外周设有夹套（2），所述夹套（2）上设有热交换介质进口（21）和热交换介质出口（22）。

3.根据权利要求1所述的浆料混合设备，其特征在于：所述超声波分散装置（6）包括分布在浆料容器（5）外周的超声波换能器（61）、罩设在超声波换能器（61）外的外壳（62）、以及与超声波换能器（61）电连接的超声波发生器（63）。

4.根据权利要求1所述的浆料混合设备，其特征在于：所述浆料循环容器（5）与浆料搅拌装置（1）之间通过循环管道（4）循环连通，所述循环管道上设有提供循环驱动力的循环泵（7）。

5.一种使用权利要求1-4项所述的浆料混合设备生产电池浆料的制备方法，其特征在于：使用所述浆料混合设备将电池活性材料、导电添加剂、粘结剂和分散剂搅拌分散成电池浆料至达到设定的分散效果。

6.根据权利要求5所述的电池浆料的制备方法，其特征在于：所述电池活性材料包括正极材料LiMPO4或LiMO2，其中，LiMPO4式中的M为Fe、Co、Mn、V中的一种或几种；LiMO2式中的M为Co、Mn、Ni中的一种或几种。

7.根据权利要求5所述的电池浆料的制备方法，其特征在于：所述的电池活性材料包括镍氢电池活性材料。

8.根据权利要求5所述的电池浆料的制备方法，其特征在于：所述的电池活性材料包括负极材料。

9.根据权利要求8所述的电池浆料的制备方法，其特征在于：所述的负极材料为石墨、钛酸锂、非晶硅或储氢合金粉。