CN103972475B - 提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置 - Google Patents

提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置 Download PDF

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Abstract

本发明设计一种锂离子电池制造领域，是一种利用磁力作用使磷酸铁锂颗粒排列紧凑进而提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置。为实现上述目的，采用的技术方案为：提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，包括涂抹磷酸铁锂浆料的铝箔、涂布刀和烘箱，其特征是，还包括隔音箱，隔音箱设在涂布刀和烘箱之间，所述铝箔穿过隔音箱内部。本专利的优点在于，利用磷酸铁锂中的二价铁存在一定的磁性，容易受到磁场的作用，在外加磁场的作用下，改变磷酸铁锂颗粒的排列方式，磷酸铁锂颗粒容易在磁力的作用下以相同方向排列，尤其是片状颗粒。这样可以使得颗粒排列的更加紧凑，在电极制造的过程中可以提高磷酸铁锂的压实密度。

Description

提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置
技术领域
本发明设计一种锂离子电池制造领域，是一种利用磁力作用使磷酸铁锂颗粒排列紧凑进而提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置。
背景技术
自从1997年美国德克萨斯大学的A.K.Padhi等人发现了橄榄石状磷酸铁锂后，磷酸铁锂因其良好的热稳定性、环境友好性、无毒、制备原料成本低而获得人们的广泛关注。磷酸铁锂材料主要应用于磷酸铁锂动力和储能电池，这种电池已经成为新能源电池产业的重要组成部分。
磷酸铁锂的真密度（理论密度）为3.6g/cm3,而目前一般工艺可是磷酸铁锂的压实密度达到2.1-2.4g/cm3。压实密度是电池制造中很重要的参数。压实密度直接关系到磷酸铁锂电池的性能，特别是其放电容量和能量。提高压实密度在于单位体积内可以容纳更多的磷酸铁锂活性物质，因而有助于电池放出更多的电量。
从其形貌图中来看，磷酸铁锂产物颗粒的摆放是任意位置的，如图1，导致空间不能充分利用，所以压实密度不容易达到最大。
按照常规的磷酸铁锂正极片的制造工艺，磷酸铁锂浆料经过涂布刀，浆料摊到铝箔上之后直接进入烘箱烘干。
发明内容
本发明的目的在于提出提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置,操作方便、成本低廉、易于控制的装置，可以提高磷酸铁锂正极材料的压实密度。
为实现上述目的，采用的技术方案为：提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，包括涂抹磷酸铁锂浆料的铝箔、涂布刀和烘箱，其特征是，还包括隔音箱，隔音箱设在在涂布刀和烘箱之间，所述铝箔穿过隔音箱内部；
所述隔音箱内包括至少一组成对的磁铁、空气超声机，成对磁铁的南北极分别位于铝箔的上方和下方，所述空气超声机设置在铝箔上方磁铁前方。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述铝箔的移动速率为0.02m/s~0.1m/s，所述空气超声机的超声波的频率在40kHz~60kHz之间，功率在100W~140W之间。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁的磁场区域长0.7m、宽0.26m磁场强度在104T~108T之间，磁力线方向竖直向下。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为从103T~109T递增，磁力线方向竖直向下。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，每相邻的两块磁场区域磁力线方向依次反向。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下，每对磁铁的N极与S极之间的距离依次减小。
本专利的优点在于，利用磷酸铁锂中的二价铁存在一定的磁性，容易受到磁场的作用，在外加磁场的作用下，改变磷酸铁锂颗粒的排列方式，磷酸铁锂颗粒容易在磁力的作用下以相同方向排列，尤其是片状颗粒。这样可以使得颗粒排列的更加紧凑，如图2，在电极制造的过程中可以提高磷酸铁锂的压实密度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1磷酸铁锂正极材料经扫描电子显微镜（SEM）观察的形貌图。
图2为磁场对片状磷酸铁锂作用变化的示意图。
图3表示的是本发明装置安装结构示意图。
图4表示的是本装置磁铁极性布置图一。
图5表示的是本装置磁铁极性布置图二。
图6表示的是本装置磁铁极性布置图三。
图7表示的是本装置磁铁极性布置图四。
图中，1-铝箔，2-涂布刀，3-隔音箱，4-浆料，5-烘箱，6-超声波，7-磁场N极，8-磁场S极，9-空气超声机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
本实用新型如图1所示，磷酸铁锂正极材料经扫描电子显微镜（SEM）观察的形貌图，从图中可以看出磷酸铁锂颗粒的摆放位置是任意方向的。
图2为磁场对片状磷酸铁锂作用变化的示意图：原本混乱摆放的颗粒，经磁场作用，片状颗粒的排列趋于紧凑，减小了空间的占用，或者说是相同空间可以容纳更多的磷酸铁锂片状颗粒，可提高压实密度。
一种提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，包括涂抹磷酸铁锂浆料的铝箔1、涂布刀2和烘箱5，其特征是，还包括隔音箱3，隔音箱3设在在涂布刀2和烘箱5之间，所述铝箔1穿过隔音箱3内部；
所述隔音箱内包括至少一组成对的磁铁7、空气超声机9，成对磁铁7、8的南北极分别位于铝箔1的上方和下方，所述空气超声机9设置在铝箔1上方磁铁7、8前方。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述铝箔1的移动速率为0.02m/s~0.1m/s，所述空气超声机9的超声波的频率在40kHz~60kHz之间，功率在100W~140W之间。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁7、8的磁场区域长0.7m、宽0.26m磁场强度在104T~108T之间，磁力线方向竖直向下。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁7、8的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁7、8的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为从103T~109T递增，磁力线方向竖直向下。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁7、8的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，每相邻的两块磁场区域磁力线方向依次反向。
根据所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁7、8的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下，每对磁铁的N极与S极之间的距离依次减小。
本发明主要作用于涂布过程中，当浆料经涂布刀涂到铝箔上之后进入本发明提出的装置。铝箔的移动速率为0.02m/s~0.1m/s，进入本装置后首先受到超声波的照射作用，超声波的频率在40kHz~60kHz之间，功率在100W~140W之间。超声波通过空气作用传导到极片上。超声目的在于使浆料中的磷酸铁锂颗粒变得松散，减弱浆料的粘度对磷酸铁锂颗粒重新排列的影响。超声作用后极片进入磁场区域。
本发明中磁场有五种排列方式：第一种是长0.7m、宽0.26m的一整块磁场区域，磁场强度在104T~108T之间，磁力线方向竖直向下，如图4所示；第二种是长0.1m、宽0.26m的四块小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下，如图5所示；第三种是长0.1m、宽0.26m的四块小磁场区域，磁场强度为从103T~109T递增，磁力线方向竖直向下，如图5；第四种是长0.1m、宽0.26m的四块小磁场区域，磁场强度为106T，每相邻的两块磁场区域磁力线方向依次反向，如图6所示；第五种是长0.1m、宽0.26m的四块小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下，每对磁极N极与S极之间的距离依次减小，如图7所示。涂布浆料后的极片经本装置作用后，进入烘箱，进行下一步加工工序。
实施例1
提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置的外壳是一个隔音箱，内部包括一个空气超声发生器和一对磁极，如图4。
具体参数：
隔音箱：
材质：普通隔音板；
尺寸：长1m、宽0.5m、高0.3m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向、高为垂直于地面方向）。
铝箔：
运动速率：0.02m/s。
空气超声机：
频率：40kHz；
功率：100W；
作用方向：垂直于铝箔向下；
作用范围：浆料进入隔音箱内的前0.3m。
磁极：
尺寸：磁极的长为0.7m、宽为0.26m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向，N极与S极相同）；
位置：铝箔上方为N极，N极的下表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
铝箔下方为S极，S极的上表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
磁场强度：104T；
作用范围：浆料进入隔音箱内的后0.7m。
磷酸铁锂浆料以0.02m/s的速率进入本装置内，首先受到垂直上方40kHz、100W的超声波作用。将磷酸铁锂颗粒分散开，以摆脱一部分浆料的粘着力。继续前行，在后面0.7m的范围内受到104T、方向垂直向下的磁场作用，磷酸铁锂颗粒的排列方式因受到磁力作用而改变，排列趋于紧凑。浆料受到磁力作用后继续前行移出于本装置。
实施例2
提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置的外壳是一个隔音箱，内部包括一个空气超声机和一对磁极，如图4。
具体参数：
隔音箱：
材质：普通隔音板；
尺寸：长1m、宽0.5m、高0.3m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向、高为垂直于地面方向）。
铝箔：
运动速率：0.04m/s。
空气超声机：
频率：50kHz；
功率：120W；
作用方向：垂直于铝箔向下；
作用范围：浆料进入隔音箱内的前0.3m。
磁极：
尺寸：磁极的长为0.7m、宽为0.26m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向，N极与S极相同）；
位置：铝箔上方为N极，N极的下表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
铝箔下方为S极，S极的上表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
磁场强度：106T；
作用范围：浆料进入隔音箱内的后0.7m。
磷酸铁锂浆料以0.06m/s的速率进入本装置内，首先受到垂直上方50kHz、120W的超声波作用。将磷酸铁锂颗粒分散开，以摆脱一部分浆料的粘着力。继续前行，在后面0.7m的范围内受到106T、方向垂直向下的磁场作用，磷酸铁锂颗粒的排列方式因受到磁力作用而改变，排列趋于紧凑。浆料受到磁力作用后继续前行移出于本装置。
实施例3
提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置的外壳是一个隔音箱，内部包括一个空气超声机和一对磁极，如图4。
具体参数：
隔音箱：
材质：普通隔音板；
尺寸：长1m、宽0.5m、高0.3m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向、高为垂直于地面方向）。
铝箔：
运动速率：0.1m/s。
空气超声机：
频率：60kHz；
功率：140W；
作用方向：垂直于铝箔向下；
作用范围：浆料进入隔音箱内的前0.3m。
磁极：
尺寸：磁极的长为0.7m、宽为0.26m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向，N极与S极相同）；
位置：铝箔上方为N极，N极的下表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
铝箔下方为S极，S极的上表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
磁场强度：108T；
作用范围：浆料进入隔音箱内的后0.7m。
磷酸铁锂浆料以0.1m/s的速率进入本装置内，首先受到垂直上方60kHz、140W的超声波作用。将磷酸铁锂颗粒分散开，以摆脱一部分浆料的粘着力。继续前行，在后面0.7m的范围内受到108T、方向垂直向下的磁场作用，磷酸铁锂颗粒的排列方式因受到磁力作用而改变，排列趋于紧凑。浆料受到磁力作用后继续前行移出于本装置。
实施例4
提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置的外壳是一个隔音箱，内部包括一个空气超声机和四对磁极，如图5。
具体参数：
隔音箱：
材质：普通隔音板；
尺寸：长1m、宽0.5m、高0.3m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向、高为垂直于地面方向）。
铝箔：
运动速率：0.06m/s。
空气超声机：
频率：50kHz；
功率：120W；
作用方向：垂直于铝箔向下；
作用范围：浆料进入隔音箱内的前0.3m。
磁极：
尺寸：磁极的长为0.1m、宽为0.26m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向，N极与S极相同）；
位置：铝箔上方为N极，N极的下表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
铝箔下方为S极，S极的上表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
每相邻的两对磁极的水平间距为0.1m；
磁场强度：106T；
作用范围：浆料进入隔音箱内的后0.7m。
磷酸铁锂浆料以0.06m/s的速率进入本装置内，首先受到垂直上方50kHz、120W的超声波作用。将磷酸铁锂颗粒分散开，以摆脱一部分浆料的粘着力。继续前行，在后面0.7m的范围内四次间歇受到106T、方向垂直向下的磁场作用，磷酸铁锂颗粒的排列方式因受到四次间歇磁力作用而改变，排列趋于紧凑。浆料受到磁力作用后继续前行移出于本装置。
实施例5
提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置的外壳是一个隔音箱，内部包括一个空气超声机和四对磁极，如图5。
具体参数：
隔音箱：
材质：普通隔音板；
尺寸：长1m、宽0.5m、高0.3m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向、高为垂直于地面方向）。
铝箔：
运动速率：0.06m/s。
空气超声机：
频率：50kHz；
功率：120W；
作用方向：垂直于铝箔向下；
作用范围：浆料进入隔音箱内的前0.3m。
磁极：
尺寸：磁极的长为0.1m、宽为0.26m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向，N极与S极相同）；
位置：铝箔上方为N极，N极的下表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
铝箔下方为S极，S极的上表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
每相邻的两对磁极的水平间距为0.1m；
磁场强度：按照从左往右的顺序，第一对磁极为103T、第二对磁极为105T、第三对磁极为107T、第四对磁极为109T；
作用范围：浆料进入隔音箱内的后0.7m。
磷酸铁锂浆料以0.06m/s的速率进入本装置内，首先受到垂直上方50kHz、120W的超声波作用。将磷酸铁锂颗粒分散开，以摆脱一部分浆料的粘着力。继续前行，在后面0.7m的范围内四次间歇受到从103T至109T依次增强、方向垂直向下的磁场作用，磷酸铁锂颗粒的排列方式因受到四次依次增强间歇磁力作用而改变，排列趋于紧凑。浆料受到磁力作用后继续前行移出于本装置。
实施例6
提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置的外壳是一个隔音箱，内部包括一个空气超声机和四对磁极，如图6。
具体参数：
隔音箱：
材质：普通隔音板；
尺寸：长1m、宽0.5m、高0.3m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向、高为垂直于地面方向）。
铝箔：
运动速率：0.06m/s。
空气超声机：
频率：50kHz；
功率：120W；
作用方向：垂直于铝箔向下；
作用范围：浆料进入隔音箱内的前0.3m。
磁极：
尺寸：磁极的长为0.1m、宽为0.26m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向，N极与S极相同）；
位置：按照从左往右的顺序，第一对和第三对的N极位于铝箔的上方，N极的下表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
第一对和第三对的S极位于铝箔的下方，S极的上表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
第二对和第四对的S极位于铝箔的上方，S极的下表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
第二对和第四对的N极位于铝箔的下方，N极的上表面与铝箔的垂直距离为0.02m；
每相邻的两对磁极的水平间距为0.1m；
磁场强度：106T；
作用范围：浆料进入隔音箱内的后0.7m。
磷酸铁锂浆料以0.06m/s的速率进入本装置内，首先受到垂直上方50kHz、120W的超声波作用。将磷酸铁锂颗粒分散开，以摆脱一部分浆料的粘着力。继续前行，在后面0.7m的范围内四次间歇受到106T、垂直方向依次反向的磁场作用，磷酸铁锂颗粒的排列方式因受到四次间歇垂直方向依次反向磁力作用而改变，排列趋于紧凑。浆料受到磁力作用后继续前行移出于本装置。
实施例7
提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置的外壳是一个隔音箱，内部包括一个空气超声机和四对磁极，如图7。
具体参数：
隔音箱：
材质：普通隔音板；
尺寸：长1m、宽0.5m、高0.3m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向、高为垂直于地面方向）。
铝箔：
运动速率：0.06m/s。
空气超声机：
频率：50kHz；
功率：120W；
作用方向：垂直于铝箔向下；
作用范围：浆料进入隔音箱内的前0.3m。
磁极：
尺寸：磁极的长为0.1m、宽为0.26m（长与铝箔运动速度同方向、宽与铝箔宽度同方向，N极与S极相同）；
位置：铝箔上方为N极，铝箔下方为S极；
按照从左往右的顺序，第一对磁极N极下表面与铝箔的垂直距离和S极上表面与铝箔的垂直距离均为0.06m；
第二对磁极N极下表面与铝箔的垂直距离和S极上表面与铝箔的垂直距离均为0.04m；
第三对磁极N极下表面与铝箔的垂直距离和S极上表面与铝箔的垂直距离均为0.02m；
第四对磁极N极下表面与铝箔的垂直距离和S极上表面与铝箔的垂直距离均为0.01m；
每相邻的两对磁极的水平间距为0.1m；
磁场强度：106T；
作用范围：浆料进入隔音箱内的后0.7m。
磷酸铁锂浆料以0.06m/s的速率进入本装置内，首先受到垂直上方50kHz、120W的超声波作用。将磷酸铁锂颗粒分散开，以摆脱一部分浆料的粘着力。继续前行，在后面0.7m的范围内四次间歇受到106T、方向垂直向下、磁力线疏密程度不同的磁场作用，磷酸铁锂颗粒的排列方式因受到四次间歇磁力作用而改变，排列趋于紧凑。浆料受到磁力作用后继续前行移出于本装置。

Claims (7)

1.一种提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，包括涂抹磷酸铁锂浆料的铝箔(1)、涂布刀(2)和烘箱(5)，其特征是，还包括隔音箱(3)，隔音箱(3)设在在涂布刀(2)和烘箱(5)之间，所述铝箔(1)穿过隔音箱(3)内部；
所述隔音箱内包括至少一组成对的磁铁（7）、空气超声机(9)，成对磁铁（7、8）的南北极分别位于铝箔(1)的上方和下方，所述空气超声机(9)设置在铝箔(1)上方磁铁（7、8）前方。
2.根据权利要求1所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述铝箔（1）的移动速率为0.02m/s~0.1m/s，所述空气超声机（9）的超声波的频率在40kHz~60kHz之间，功率在100W~140W之间。
3.根据权利要求1所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁（7、8）的磁场区域长0.7m、宽0.26m磁场强度在104T~108T之间，磁力线方向竖直向下。
4.根据权利要求1所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁（7、8）的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下。
5.根据权利要求1所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁（7、8）的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为从103T~109T递增，磁力线方向竖直向下。
6.根据权利要求1所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁（7、8）的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，每相邻的两块磁场区域磁力线方向依次反向。
7.根据权利要求1所述的提高磷酸铁锂正极材料压实密度的装置，其特征是，所述磁铁（7、8）的磁场区域为四对磁铁形成的长0.1m、宽0.26m的四个小磁场区域，磁场强度为106T，磁力线方向竖直向下，每对磁铁的N极与S极之间的距离依次减小。
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