CN102569728B - 一种锂离子浆料制备工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种锂电池行业用于正、负极浆料的连续流锂离子浆料制备工艺及其装置。该锂离子浆料制备工艺的具体过程如下：（a）导电胶的制备；（b）活性物质流体的制备；（c）浆料的制备：分别存储在导电胶储罐和活性物质流体预储罐中的导电胶与活性物质流体，通过各自的计量泵连续定量并且按照电池配方所需的比例输送到高速分散装置，经过高速分散装置分散后得到均一的浆料输送到浆料预储罐。本发明采用连续的制浆方式，使得生产效率不受分散效果的制约，又能保证分散效果的一致性、均匀性，可以实现锂离子浆料的工业化规模生产。

Description

一种锂离子浆料制备工艺及装置

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种锂电池行业用于正、负极浆料的连续流锂离子浆料制备工艺及其装置。

背景技术

锂电池是绿色的高能充电电池，随着技术的不断进步，它的性能不断提升，在便携式电子设备、电动汽车、能源储备、国防工业等方面具有广阔的应用前景。匀浆工序是锂离子电池制作的重要工序，现在的锂电池匀浆工艺通常采用搅拌罐搅拌方式，其方法是把电池活性物质溶剂共同放到一个罐体中，对其进行高速搅拌分散的过程，使得现有工艺不能连续制浆，并且分散效果受分散时间约束，导致其生产效率低，使得分散效果与生产效率相互制约，即要得到分散良好的浆料必须牺牲生产效率，而要提高生产效率则必须牺牲分散效果作为代价，同时批次与批次间浆料一致性不能保证，导致电池一致性不能保证，影响动力锂电池制备后续配组。

发明内容

本发明针对现有锂电池匀浆工艺效率低、分散效果不一致问题，提供了一种连续制浆的锂离子浆料制备工艺。

本发明还提供实现该锂离子浆料制备工艺的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种锂离子浆料制备工艺，包括导电胶的制备、活性物质流体的制备和浆料的制备，具体过程如下：

（a）导电胶的制备：将粘结剂溶解在溶剂中制成胶液，通过计量泵连续送达预分散罐，同时导电剂按照电池配方设计的比例连续定量的送达预分散罐，混合物料经预分散罐分散后定量连续的送往球磨设备做进一步分散，经过球磨设备连续分散后输送到导电胶储罐；

（b）活性物质流体的制备：溶剂通过计量泵连续送达活性物质预分散罐，同时活性物质按照电池配方设计的比例连续定量的送达活性物质预分散罐，然后经过球磨设备进一步分散，分散后的混合物料连续的送往活性物质流体预储罐；

（c）浆料的制备：分别存储在导电胶储罐和活性物质流体预储罐中的导电胶与活性物质流体，通过各自的计量泵连续定量并且按照电池配方所需的比例输送到高速分散装置，经过高速分散装置分散后得到均一的浆料输送到浆料预储罐。

以上所述的各种原料，如粘结剂及其溶剂、活性物质及其溶剂均根据电池配方设计的比例投加或控制其流速。

作为优选，步骤c中，经过高速分散装置分散后得到均一的浆料经过过滤，除铁后再进入浆料预储罐。

作为优选，所述的过滤为过200目筛网。

作为优选，步骤c中，高速分散装置分散后得到的浆料经过在线粘度测试仪在线检测，并设置浆料粘度预设值，根据粘度检测结果选择浆料是否进入下一步工序，如果浆料的粘度超过预设值，则浆料重新流入高速分散装置进行分散，直至达到或低于预设值。

作为优选，所述的过滤为多级过滤，除铁为多级除铁。

作为优选，所述粘结剂至少包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯的一种，溶剂为N-甲基吡咯烷酮或者羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶，溶剂为去离子水，导电剂包括导电碳黑、乙炔黑、石墨乳、纳米碳纤维、碳纳米管以及导电聚合物的一种或者多种复合，粘结剂、溶剂、导电剂的质量比根据电池配方设计拟定。

作为优选，所述胶液的固含量为1%-12%，粘度为1000mPa·s-6000mPa·s；制备导电胶的固含量为2%-12%，细度为2um-10um，粘度为800mPa·s-3000mPa·s。

作为优选，所述活性物质至少包括磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、天然石墨、人造石墨、钛酸锂、锰镍钴三元材料的一种或者多种，溶剂为N-甲基吡咯烷酮或者去离子水。

一种所述的锂离子浆料制备工艺的装置，其特征在于：包括活性物质预分散系统、导电胶预分散系统和浆料混合系统；所述的活性物质预分散系统包括活性物质下料罐、溶剂下料罐、活性物质预分散罐、球磨设备和活性物质流体预储罐，活性物质预分散罐、球磨设备和活性物质流体预储罐依次管路连接，物质下料罐和溶剂下料罐分别通过计量泵与活性物质预分散罐管路连接；所述的导电胶预分散系统包括导电剂下料罐、胶液下料罐、预分散罐、球磨设备和导电胶储罐，胶液下料罐、预分散罐、球磨设备和导电胶储罐依次管路连接，所述的导电剂下料罐、胶液下料罐分别通过计量泵与预分散罐相连；浆料混合系统由高速分散装置、浆料过滤装置、除铁装置和浆料预储罐依次管路连接而成；活性物质流体预储罐和导电胶储罐分别与高速分散装置相连。

作为优选，高速分散装置与浆料过滤装置之间的管路上设置在线粘度测试仪和使经在线粘度测试仪检测后的浆料回流至高速分散装置内的回流支路。

本发明采用连续的制浆方式，使得生产效率不受分散效果的制约，又能保证分散效果的一致性、均匀性，可以实现锂离子浆料的工业化规模生产。

附图说明

图1是本发明的一种工艺流程示意图；其中，1活性物质流体预储罐；11活性物质下料罐；12溶剂下料罐；13活性物质预分散罐；14球磨设备；2导电胶储罐；21导电剂下料罐；22胶液下料罐；23预分散罐；24球磨设备；3高速分散装置；4浆料过滤装置；5除铁装置；6浆料预储罐；7在线粘度测试仪；8回流支路。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。

实施例：

本发明的装置见图1，其是由活性物质预分散系统、导电胶预分散系统和浆料混合系统组成；所述的活性物质预分散系统包括活性物质下料11、溶剂下料罐12、活性物质预分散罐13、球磨设备14和活性物质流体预储罐1，活性物质预分散罐13、球磨设备14和活性物质流体预储罐1依次管路连接，活性物质下料11和溶剂下料罐12分别通过计量泵与活性物质预分散罐13管路连接；所述的导电胶预分散系统包括导电剂下料罐21、胶液下料罐22、预分散罐23、球磨设备24和导电胶储罐2，胶液下料罐、预分散罐、球磨设备和导电胶储罐依次管路连接，所述的导电剂下料罐、胶液下料罐分别通过计量泵与预分散罐相连；浆料混合系统由高速分散装置3、浆料过滤装置4、除铁装置5和浆料预储罐6依次管路连接而成，高速分散装置与浆料过滤装置之间的管路上设置在线粘度测试仪7和使经在线粘度测试仪检测后的浆料回流至高速分散装置内的回流支路8。活性物质流体预储罐和导电胶储罐分别与高速分散装置相连。

本实施例以磷酸铁锂：导电剂：聚四氟乙烯=90：4:6，溶剂NMP的浆料配方连续制备浆料为例来详细说明本发明的实施过程。

磷酸铁锂通过活性物质下料11自动下料并定时定量的输送到活性物质预分散罐13进行预分散，同时溶剂下料罐12定时定量的向活性物质预分散罐13输送NMP溶剂（磷酸铁锂与NMP质量比例3:5，可以根据实际浆料粘度要求做适当调整），活性物质预分散系统将初步混合的活性物质流体运至球磨设备14进行高速球磨，进一步分散后输送到活性物质流体预储罐1中；

导电剂下料罐21内放置的导电剂通过自动下料定时定量的输送到预分散罐23进行分散，同时胶液下料罐22内的胶液（聚四氟乙烯8%固含量，聚四氟乙烯与NMP溶液）定时定量的输送到预分散罐23（导电剂与胶液比例根据总配方设定），形成导电胶后经过球磨设备24高速球磨后进一步分散并输送到导电胶储罐2；

活性物质流体预储罐1和导电胶储罐2中的储备物质通过各自的计量泵按照比例定时定量的进入高速分散装置3进行连续分散，所制备浆料通过管道输送经过浆料过滤装置4，并经过除铁装置5，进入浆料预储罐6，输送到下一工序。在线粘度测试仪7在线检测浆料的粘度（在线粘度测试仪预设值设定在8000mp.s～10000mp.s范围的某点，粘度预设值根据工艺制备自定），如果粘度超过需求范围，则进入浆料预储罐6的阀门关闭回流阀门打开，浆料经回流支路返回到高速分散装置3前，此时调整溶剂下料罐12的溶剂进入量，直到在线粘度测试仪7的测量值满足工艺要求。

本实施例中，活性物质下料11和导电剂下料罐21，采用螺旋下料并且具有精确的计量装置。溶剂下料罐12和胶液下料罐22采用精确的液体计量泵；活性物质预分散罐13和预分散罐23采用连续分布齿轮（各个齿轮从罐体管道的输入端到输出端横向分布）并且速度从输入端到输出端速度逐步增大，并且所有齿轮硬化涂陶处理避免金属物质磨损物进入物料。连续齿轮，就是类似于管道进口到出口，管道中间横向部有很多齿轮，起到预先混合分散作用。球磨设备14和球磨设备24采用陶瓷珠子高速球磨设备，保证活性物质、导电剂的分散均匀。活性物质流体预储罐1和导电胶储罐2均包含高精度液体输送计量泵，高速分散装置3采用至少2级高速齿轮高速分散，并且齿轮经硬化涂陶处理。浆料过滤装置4采用一级或者多级过滤器，除铁装置5采用一级或者多级除铁装置，并且每级除铁10000高斯以上。浆料预储罐6保持真空度-0.05～-0.1Mp并带有缓慢旋转叶片，对浆料进行脱气泡处理。

传统的批次性生产，存在以下缺点：1、生产以一罐体一罐体分批次进行，不能保证连续性生产；2、制备的整罐浆料出现质量异常，通常会出现批次性报废，或者即使不报废需要对该整批浆料从新调整，从而造成不要的设备占用，影响整线生产效率；3、生产浆料的批次性在粘度、固含量上差距大，容易导致后工序生产工艺参数不能稳定，需要根据不同批次浆料进行调整，进而出现后工序不良产品上升。本发明采用连续生产方式，首先就克服了传统第一个缺点，同时由于连续制浆，连续监控，出现有问题的情况，可以随时把问题浆料返回到前面，进行随时处理，进而避免了传统的可能出现的批次性质量问题与报废情况，同时连续监控保证了质量的一致性。本发明大大提升了匀浆效率，同时有效的解决了浆料批次与批次之间一致性差等问题。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (2)

1. 一种锂离子浆料制备工艺的装置，其特征在于：包括活性物质预分散系统、导电胶预分散系统和浆料混合系统；所述的活性物质预分散系统包括活性物质下料罐、溶剂下料罐、活性物质预分散罐、球磨设备和活性物质流体预储罐，活性物质预分散罐、球磨设备和活性物质流体预储罐依次管路连接，活性物质下料罐和溶剂下料罐分别通过计量泵与活性物质预分散罐管路连接；所述的导电胶预分散系统包括导电剂下料罐、胶液下料罐、预分散罐、球磨设备和导电胶储罐，胶液下料罐、预分散罐、球磨设备和导电胶储罐依次管路连接，所述的导电剂下料罐、胶液下料罐分别通过计量泵与预分散罐相连；浆料混合系统由高速分散装置、浆料过滤装置、除铁装置和浆料预储罐依次管路连接而成；活性物质流体预储罐和导电胶储罐分别与高速分散装置相连。

2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：高速分散装置与浆料过滤装置之间的管路上设置在线粘度测试仪和使经在线粘度测试仪检测后的浆料回流至高速分散装置内的回流支路。

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