CN102824872B - 一种制备锂离子电池浆料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种制备锂离子电池浆料的装置，包括溶剂装载罐和浆料搅拌罐，浆料搅拌罐连接有第一真空泵，还包括粘接剂预混罐，粘接剂预混罐连接有第二真空泵，溶剂装载罐出料口和粘接剂预混罐进料口通过第一管道连接，粘接剂预混罐出料口和浆料搅拌罐进料口通过第二管道连接。相对于现有技术，本发明利用真空负压作为动力从罐底由下向上地加入溶剂和粘结剂预混液等流体，使得整个过程中保证仅有液固两相界面，能以最快的效率相互浸润，减少了浆料气泡的产生，同时可促进分散，缩短搅拌时间，操作简便，从而减少搅拌时间，提高生产效率。此外，本发明还公开了一种使用该装置制备锂离子电池浆料的方法。

Description

一种制备锂离子电池浆料的装置和方法

技术领域

 本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种制备锂离子电池浆料的装置和方法。

背景技术

随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以可充电的二次电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车等，这为可充电的二次电池的应用与发展提供了广阔的空间。锂离子电池因其能量密度高、开路电压高、循环寿命长和环保等优点已成为应用最为普遍的可充电的二次电池。

锂离子电池的制备一般包括正负极浆料的制备、涂布、冷压、卷绕或叠片、化成及容量等步骤，其中，正负极浆料的制备是一个非常关键的步骤。浆料的制备是通过搅拌将活性物质、导电碳、粘结剂和溶剂等混合在一起，传统的搅拌装置包括溶剂装载罐和浆料搅拌罐，浆料搅拌罐连接有第一真空泵，溶剂装载罐的顶部设置有溶剂装载罐出料口，浆料搅拌罐的顶部分别设置有浆料搅拌罐进料口和固体粉末加料口，浆料搅拌罐的底部则设置有浆料搅拌罐出料口，溶剂装载罐出料口和浆料搅拌罐进料口之间通过管道连接。采用该装置进行加料时，是在大气环境中由上向下地加入固体和流体物质然后混合。

具体的，传统的搅拌方式是先将溶剂通过管道加入浆料搅拌罐中与粘结剂在敞开体系中混合1～2小时，得到粘接剂预混液；再将导电碳固体粉末从固体粉末加料口加入粘结剂预混液中继续在敞开体系中混合3～6小时，得到混合液；最后将活性物质从固体粉末加料口加入以上混合液中持续抽真空搅拌5～8小时，因需要从固液气混合体系中除去因加料和搅拌产生的气泡，该步需要持续开启真空。这种浆料制备方式中气液两相争夺固相界面，而固相多为非极性，与同为非极性的气相更为相亲，导致液相对固相的浸润困难，分散差，搅拌时间长，总计耗时在9～16小时之间，持续抽真空时间5小时以上，造成对能源的浪费，而且加料过程繁琐，不便于保持现场整洁，并且难以避免微小区域的浸润不良，并导致气泡和麻点等缺陷的产生，从而造成了材料的损耗和浪费，即使后期采取抽真空处理也难以把微小的气泡排除干净，影响产品的品质。此外，这种制备方式中流体是用空气泵作为动力由上向下加入，操作有所不便。

有鉴于此，确有必要提供一种制备锂离子电池浆料的方法，该方法不仅能够有效避免气泡和麻点等缺陷的产生，使浆料得到充分的混合，提升产品的品质，而且能够节省能源的消耗，提高生产效率，使得加料过程简单方便，更容易实现清洁生产。本发明还提供了一种该方法所使用的装置。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种制备锂离子电池浆料的装置，采用该装置制备锂离子电池浆料时，是在真空环境中由下而上地加入固体和流体物质然后混合，能够有效避免气泡和麻点等缺陷的产生，使浆料得到充分的混合，提升产品的品质，而且能够节省能源的消耗，提高生产效率，使得加料过程简单方便，更容易实现清洁生产，以克服使用现有技术中的搅料装置时，容易导致气泡和麻点等缺陷的产生，从而造成材料的损耗和浪费，即使后期采取抽真空处理也难以把微小的气泡排除干净，影响产品的品质的不足。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备锂离子电池浆料的装置，包括溶剂装载罐和浆料搅拌罐，所述浆料搅拌罐连接有第一真空泵，该装置还包括粘接剂预混罐，所述粘接剂预混罐连接有第二真空泵，所述溶剂装载罐的底部设置有溶剂装载罐出料口，所述粘接剂预混罐的底部设置有粘接剂预混罐进料口和粘接剂预混罐出料口，所述浆料搅拌罐的底部设置有浆料搅拌罐进料口和浆料搅拌罐出料口，所述溶剂装载罐出料口和所述粘接剂预混罐进料口通过第一管道连接，所述粘接剂预混罐出料口和所述浆料搅拌罐进料口通过第二管道连接，所述第一管道设置有第一阀门，所述第二管道设置有第二阀门。

作为本发明制备锂离子电池浆料的装置的一种改进，所述第二管道还设置有第三阀门。

作为本发明制备锂离子电池浆料的装置的一种改进，所述浆料搅拌罐出料口连接有第三管道，所述第三管道上设置有第四阀门。

作为本发明制备锂离子电池浆料的装置的一种改进，所述第一管道上设置有第一流量计。

作为本发明制备锂离子电池浆料的装置的一种改进，所述第二管道上设置有第二流量计。

作为本发明制备锂离子电池浆料的装置的一种改进，所述第二流量计设置于所述第二阀门和所述第三阀门之间。

相对于现有技术，本发明将溶剂装载罐、粘接剂预混罐和浆料搅拌罐的通过底部连接的方式，并在粘接剂预混罐和浆料搅拌罐分别安装第二真空泵和第一真空泵，利用真空负压作为动力从罐底由下向上地加入溶剂和粘结剂预混液等流体，代替传统的用空气泵作为动力由上向下向浆料搅拌罐加入流体的方式，使得整个过程中保证仅有液固两相界面，能以最快的效率相互浸润，减少了浆料气泡的产生，同时可促进分散，缩短搅拌时间，操作简便，从而减少搅拌时间，提高生产效率。而且整个过程无需持续抽真空，大大减少了抽真空的时间，从而可以大大节省搅拌和加料的时间，节省能源的消耗，提高生产效率。此外，采用本发明的搅拌装置制得的浆料混合更加均匀，不存在气泡和麻点，从而使得产品的品质得到很大的提升。

本发明的另一个目的在于提供一种采用上述制备锂离子电池浆料的装置制备锂离子电池浆料的方法，包括以下步骤：第一步，粘接剂预混液的制备：关闭第一阀门和第二阀门，将粘结剂固体粉末加入粘接剂预混罐中，先开启第二真空泵，使粘接剂预混罐中的真空度达到负压90Kpa以上，开启第一阀门，使溶剂装载罐中的溶剂通过第一管道加入粘结剂预混罐中，关闭第一阀门，搅拌5-30min，搅拌完成后关闭第二真空泵，继续搅拌10-80min。

第二步，浆料的制备：将活性物质与导电碳固体粉末加入浆料搅拌罐中，干混10-60min，使活性物质与导电碳粉末初步混合，开启第一真空泵，使浆料搅拌罐内的真空度达到负压90Kpa以上，打开第二阀门，使粘结剂预混液通过第二管道加入浆料搅拌罐中，关闭第二阀门，搅拌5-30min，搅拌完成后关闭第一真空泵，继续搅拌1-3h。

作为本发明制备锂离子电池浆料的方法的一种改进，第一步所述的溶剂的流量由第一流量计控制。

作为本发明制备锂离子电池浆料的方法的一种改进，第二步所述的粘结剂预混液的流量由第二流量计控制。

作为本发明制备锂离子电池浆料的方法的一种改进，第二步完成后，打开第四阀门，使浆料从第三管道出料。

相对于现有技术，本发明通过利用真空负压作为动力从罐底由下向上地加入粘结剂预混液和溶剂等流体，代替传统的用泵作为动力由上向下向浆料搅拌罐加入流体的方式，粘结剂预混液加料过程中无气泡的产生，浸润迅速，分散均匀，操作简便。而且因加入粘结剂预混液前浆料搅拌罐中固体粉末已被抽净气体，当粘结剂预混液加入浆料搅拌罐后，整个浆料搅拌罐中只有固液两相界面，少了气相界面对固相界面的竞争，从而使得液体对固体物质的浸润更加充分迅速，分散更加均匀，加料过程中无气泡的产生，可以大大节省搅拌和加料的时间，节省能源的消耗，提高生产效率，而且加料过程简单方便，更容易实现清洁生产，且避免了繁重的体力劳动。更重要的是，采用本发明的方法制得的浆料混合更加均匀，产品的品质得到很大的提升。

附图说明

图1是本发明制备锂离子电池浆料的装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种制备锂离子电池浆料的装置，包括溶剂装载罐3和浆料搅拌罐5，浆料搅拌罐5连接有第一真空泵7，该装置还包括粘接剂预混罐4，粘接剂预混罐4连接有第二真空泵6，溶剂装载罐3的底部设置有溶剂装载罐出料口31，粘接剂预混罐4的底部设置有粘接剂预混罐进料口41和粘接剂预混罐出料口42，浆料搅拌罐5的底部设置有浆料搅拌罐进料口51和浆料搅拌罐出料口52，溶剂装载罐出料口31和粘接剂预混罐进料口41通过第一管道1连接，粘接剂预混罐出料口42和浆料搅拌罐进料口51通过第二管道2连接，第一管道1设置有第一阀门11，第二管道2设置有第二阀门21。

其中，第二管道2还设置有第三阀门22，第二阀门21和第三阀门22分别用于控制粘接剂预混罐出料口42和浆料搅拌罐进料口51。

浆料搅拌罐出料口52连接有第三管道8，用于搅拌好的浆料的出料。

第三管道8上设置有第四阀门81，用于控制搅拌好的浆料的出料。

第一管道1上设置有第一流量计12，用于控制从溶剂装载罐3流入粘接剂预混罐4中的溶剂的流量。第二流量计12可以减少了人为加溶剂的误差。

第二管道2上设置有第二流量计23，用于控制从粘接剂预混罐4流入浆料搅拌罐5中的粘接剂预混液的流量。第二流量计23可以减少了人为加粘接剂预混液的误差。

第二流量计23设置于第二阀门21和第三阀门22之间。

采用该装置制备锂离子电池浆料时，包括以下步骤：第一步，粘接剂预混液的制备：关闭第一阀门11和第二阀门21，将粘结剂固体粉末加入粘接剂预混罐4中，先开启第二真空泵6，使粘接剂预混罐4内的真空度达到负压90Kpa以上，开启第一阀门11，使溶剂装载罐3中的溶剂通过第一管道1加入粘结剂预混罐4中，关闭第一阀门11，搅拌5-30min，搅拌完成后关闭第二真空泵6，继续搅拌10-80min。

第二步，浆料的制备：将活性物质与导电碳固体粉末加入浆料搅拌罐5中，干混10-60min，使活性物质与导电碳粉末初步混合，开启第一真空泵7，使浆料搅拌罐5内的真空度达到负压90Kpa以上，打开第二阀门21，使粘结剂预混液通过第二管道2加入浆料搅拌罐5中，关闭第二阀门21，搅拌5-30min，搅拌完成后关闭第一真空泵7，继续搅拌1-3h。

其中，第一步的溶剂的流量由第一流量计12控制。

第二步的粘结剂预混液的流量由第二流量计23控制。

第二步完成后，打开第四阀门81，使浆料从第三管道8出料。

下面以一个较佳的实施方式来对本发明制备锂离子电池浆料的方法进行具体详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

首先关闭第一阀门11和第二阀门21，将粘结剂固体粉末加入粘结剂搅拌罐4，开启第二真空泵6 约15min，使真空度达到负压90Kpa以上后，开启第一阀门11，利用真空负压作为动力使溶剂装载罐3中的溶剂通过第一管道1压入粘结剂预混罐4中，流量由第一流量计11控制。加料完成后关闭第一阀门11，慢速搅拌15min左右（常规的搅拌速度为300-500转/min，慢速搅拌的搅拌速度可以选择为5-100转/min），该搅拌过程继续保持抽真空。然后关闭第二真空泵6停止抽真空，仅需要保持密封即可实现罐内真空，接着正常搅拌（搅拌速度为300-500转/min）半小时左右即可。整个过程中，无需持续抽真空，从而能够节省能源。而且粘结剂预混液加料过程中无气泡的产生，浸润迅速，分散均匀，操作简便。

混合良好的粘结剂预混液就绪后，关闭第三阀门22和第四阀门81，将活性物质与导电碳固体粉末加入浆料搅拌罐5中，先不加任何溶剂干混约半小时左右，使活性物质与导电碳粉末初步混合，然后开启第一真空泵7约15min，使浆料搅拌罐5内的真空度达到负压90Kpa以上后，开启第二阀门21和第三阀门22，利用真空负压作为动力使4中粘结剂预混液通过第二管道2压入浆料搅拌罐5中，流量由第二流量计23控制。加料完成后关闭第二阀门21和第三阀门22，慢速搅拌15min左右（常规的搅拌速度为300-500转/min，慢速搅拌的搅拌速度可以选择为5-100转/min），慢速搅拌过程中继续保持抽真空。随后关闭第一真空泵7停止抽真空，仅需要保持密封即可实现罐内真空，接着正常搅拌（搅拌速度为300-500转/min）2小时左右即可完成浆料的搅拌，最后打开第四阀门81，搅拌好的浆料就由第三管道8出料。由于加入粘结剂预混液前浆料搅拌罐5中的固体粉末已被抽净气体，当加入粘结剂预混液后，浆料搅拌罐5中只有固液两相界面，少了气相界面对固相界面的竞争，可以使得液体对固体物质的浸润更加充分迅速，分散更加均匀，而且整个加料过程中无气泡和麻点的产生，可以大为节省搅拌和加料的时间，而且操作非常方便，避免了繁重的体力劳动。

而且，本发明总计耗时仅需要4小时左右，持续抽真空时间仅0.5小时左右，大大地节省了能源的消耗，提高了生产效率，加料过程简单方便，更容易实现清洁生产。更重要的是，浆料混合更加均匀，品质得到更大的提升。

此外，本发明的制备锂离子电池浆料的装置结构简单，利于工业化，而且如果对加料、出料和阀门开关等进行自动化控制，就可以方便地实现智能生产，从而保证产品的一致性，大大提高产品的质量，提高锂离子电池的一致性和安全性，降低劳力成本，提高生产效率。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种制备锂离子电池浆料的装置，包括溶剂装载罐和浆料搅拌罐，所述浆料搅拌罐连接有第一真空泵，其特征在于：还包括粘接剂预混罐，所述粘接剂预混罐连接有第二真空泵，所述溶剂装载罐的底部设置有溶剂装载罐出料口，所述粘接剂预混罐的底部设置有粘接剂预混罐进料口和粘接剂预混罐出料口，所述浆料搅拌罐的底部设置有浆料搅拌罐进料口和浆料搅拌罐出料口，所述溶剂装载罐出料口和所述粘接剂预混罐进料口通过第一管道连接，所述粘接剂预混罐出料口和所述浆料搅拌罐进料口通过第二管道连接，所述第一管道设置有第一阀门，所述第二管道设置有第二阀门。

2.根据权利要求1所述的制备锂离子电池浆料的装置，其特征在于：所述第二管道还设置有第三阀门。

3.根据权利要求2所述的制备锂离子电池浆料的装置，其特征在于：所述浆料搅拌罐出料口连接有第三管道，所述第三管道上设置有第四阀门。

4.根据权利要求3所述的制备锂离子电池浆料的装置，其特征在于：所述第一管道上设置有第一流量计。

5.根据权利要求4所述的制备锂离子电池浆料的装置，其特征在于：所述第二管道上设置有第二流量计。

6.根据权利要求5所述的制备锂离子电池浆料的装置，其特征在于：所述第二流量计设置于所述第二阀门和所述第三阀门之间。

7.一种制备锂离子电池浆料的方法，其特征在于，采用权利要求5所述的制备锂离子电池浆料的装置制备电池浆料，其包括以下步骤：

第一步，粘接剂预混液的制备：关闭第一阀门和第二阀门，将粘结剂固体粉末加入粘接剂预混罐中，先开启第二真空泵，使粘接剂预混罐中的真空度达到负压90Kpa以上，开启第一阀门，使溶剂装载罐中的溶剂通过第一管道加入粘结剂预混罐中，关闭第一阀门，搅拌5-30min，搅拌完成后关闭第二真空泵，继续搅拌10-80min；

第二步，浆料的制备：将活性物质与导电碳固体粉末加入浆料搅拌罐中，干混10-60min，使活性物质与导电碳粉末初步混合，开启第一真空泵，使浆料搅拌罐中的真空度达到负压90Kpa以上，然后打开第二阀门，使粘结剂预混液通过第二管道加入浆料搅拌罐中，关闭第二阀门，搅拌5-30min，搅拌完成后关闭第一真空泵，继续搅拌1-3h。

8.根据权利要求7所述的制备锂离子电池浆料的方法，其特征在于：第一步所述的溶剂的流量由第一流量计控制。

9.根据权利要求7所述的制备锂离子电池浆料的方法，其特征在于：第二步所述的粘结剂预混液的流量由第二流量计控制。

10.根据权利要求7所述的制备锂离子电池浆料的方法，其特征在于：第二步完成后，打开第四阀门，使浆料从第三管道出料。