CN104588277A - 防止待涂锂离子电池浆料溶剂挥发的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种防止待涂锂离子电池浆料溶剂挥发的方法及装置，在涂布机机头处增加气氛控制系统。涂布时将混合均匀的浆料加入涂布机料斗中，同时开启气氛控制系统，将溶剂，比如N-甲基吡咯烷酮(NMP),的摩尔浓度为20%到100%的气流稳定的喷向料斗和涂布辊周围空间，溶剂的载气可以是空气、氮气或氩气。溶剂在载气中的浓度优选为浆料中溶剂的气相平衡浓度，这样可以保持浆料中的溶剂不蒸发，同时浆料也不会从周围保护气氛中吸收溶剂。本发明消除了由于溶剂挥发或吸水而引起的浆料成分改变，减小涂布过程中的面密度波动，确保涂布过程的一致性。在涂布机暂停时，能避免由于溶剂挥发导致的涂布辊表面浆料变干并需要停机清理的问题，提高了效率。

Description

防止待涂锂离子电池浆料溶剂挥发的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种涂布方法及装置，尤其是一种锂离子电池电极浆料的涂布方法及装置。

背景技术

锂离子电池电极膜片通常是通过刮刀转移和挤压转移到基础材料上完成的。刮刀转移涂布在对浆料的粒度和粘度波动的适应性方面优于挤压转移涂布，所以应用更广泛。在涂布过程中涂布面密度控制非常重要，涂布产品的质量和性能取决于涂布加工过程中的涂布面密度是否达到预定面密度以及涂布面密度是否一致。涂布过程中的面密度波动主要来源于刮刀辊、涂布辊、浆料状态变化等因素。为了解决这些问题，目前公知的锂离子电池极片的涂布工艺采用了持续搅拌料斗中的待涂浆料并对待涂浆料进行恒温控制的方法来避免待涂浆料发生沉降分层或发生温度变化，以尽量减小待涂浆料的状态变化。然而，在料斗中，和在涂布辊上，浆料直接暴露在空气中，对于使用有机溶剂的油性浆料，溶剂会挥发到空气中，空气中的水分也可能会被浆料吸收，对于使用水做溶剂的水性浆料，取决于空气湿度，浆料中的水可能会挥发到空气中，空气中的水分也可能会被浆料吸收。在因为调整刮刀缝的厚度或接续箔材需要暂停涂布时，这种溶剂挥发的问题会更严重，如果停止涂布时间较长，涂布辊表面的浆料层会干涸，从而需要停机清理。

发明内容

本发明的目的是克服现有的锂离子电池电极浆料涂布工艺存在的溶剂挥发或从空气中吸水的问题。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：

在涂布机机头处增加气氛控制系统。涂布时将混合均匀的浆料加入涂布机料斗中，同时开启气氛控制系统，将溶剂，比如N-甲基吡咯烷酮(NMP),的摩尔浓度为20%到100%的气流稳定的喷向料斗和涂布辊周围空间，溶剂的载气可以是空气、氮气或氩气。溶剂在载气中的浓度优选为浆料中溶剂的气相平衡浓度，这样可以保持浆料中的溶剂不蒸发，同时浆料也不会从周围气氛中吸收溶剂。

本发明的有益效果是：

能够在正常涂布过程中或涂布暂停时保持料斗、涂布辊上的浆料成分的恒定，消除了由于溶剂挥发或吸水而引起的浆料成分改变，减小涂布过程中的面密度波动，确保涂布过程的一致性，降低涂布过程中的面密度波动。尤其在因调整涂布厚度或接续箔材涂布必须暂停时，气氛控制系统能避免由于溶剂挥发导致的涂布辊表面浆料变干并需要停机清理的问题，提高了效率。

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为现有技术锂离子电池电极涂布机机头结构示意图。

图2为本发明的锂离子电池电极涂布机机头结构示意图。

图中：101：涂布辊,102：背辊,103：待涂箔材,104：已涂布箔材,105：逗号辊,106：搅拌桨,107：浆料,108：挡料板,109：支承辊；201：气氛控制罩，202：湿度传感器或有机气体浓度传感器，203：气体管道，204：质量流量控制器，205：减压阀，206：高压气瓶，207：蒸发罐，208：加热器，209：比例积分微分控温器。

具体实施方式

首先对原料进行预处理以使其脱水。预处理方式分别为，锰酸锂和PVDF120摄氏度烘烤2小时，SP和SO200摄氏度烘烤2小时，溶剂NMP使用干燥分子筛脱水。称取锰酸锂30千克,SP900克,SO390克,PVDF970克,NMP19千克。首先将NMP和PVDF加入料桶，开动分散机，料桶的循环水冷却和温度控制系统开启，设定温度高于30摄氏度时循环冷却，分散浆转速设定为800转/分，搅拌60分钟以得到均匀的胶液。然后将锰酸锂、SP、SO分别分为3份，每30分钟各加入一份，维持分散浆转速设定为800转/分。待所有粉料完全被胶液所润湿之后，将分散浆转速设定为2900转/分进行高速搅拌，持续时间为240分钟。然后取300毫升浆料，使用NDJ-1型黏度计在4号转子30转每分的条件下测量黏度，根据黏度测量结果调整酌加NMP以使粘度在5500厘泊左右。然后将正极浆料从料桶中取出过120目筛。将过筛的浆料转入涂布工序进行涂布。涂布机烘箱总长度12米，共分4节，每节烘箱3米，每节加热功率20千瓦，使用电子控温器控制从机头到机尾的烘箱温度分别为145摄氏度、155摄氏度、155摄氏度、和145摄氏度。涂布间隙初始值300微米，并根据实测敷料密度和目标辅敷料密度的差距进行调整。极片敷料面密度公差：单面±3g/m2、双面±6g/m2。涂布速度4米每分钟。涂布过程中开启不含水的氮气载气通过NMP蒸发罐，将含NMP的载气通过喷头喷入气氛控制罩内，使用质量流量控制器控制载气流速为2标准升每分，用标定过的有机气体传感器检测气氛控制罩内的NMP浓度，如果气氛控制罩内的NMP浓度低于饱和浓度的90%，则提高NMP蒸发罐的温度，反之则降低NMP蒸发罐的温度，以此维持气氛控制罩内的NMP浓度低于饱和浓度的90%左右，波动在±3%以内。由于载气的持续流入，气氛控制罩内有轻微正压，因此含水分的外界空气不会流入气氛控制罩内；同时气氛控制罩内NMP浓度接近饱和，料槽内待涂浆料中的NMP溶剂不会挥发，在测定敷料密度调整涂布逗号刮刀和涂布辊之间间隙等操作中可以停止涂布辊转动较长时间，也不至于造成料槽内待涂浆料成分改变甚至干涸。

本发明已经由上述实施例加以说明，但这种说明并非意图将本发明限制于上述实施例的范围内。本领域的技术人员可以理解，根据本发明的指导还可以做出多种变形和修改，这些变形和修改均在本发明所要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池电极浆料的涂布装置，通过刮刀拉浆涂布、间隙转移涂布、或间隙挤压涂布使锂离子电池电极浆料均匀涂覆到电极箔材上，其特征是：在涂布机机头处有气氛控制系统，通过气氛控制系统控制待涂浆料和已通过涂布间隙但尚未转移到电极箔材上的浆料周围的气氛以阻止溶剂或水从浆料挥发或阻止浆料从周围环境气氛吸水。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电极浆料的涂布装置，其特征是：所述的气氛控制系统包含气氛控制罩，气氛控制罩将料槽中的待涂浆料和已通过涂布间隙但尚未转移到电极箔材上浆料包围使其处于半密闭的状态，由载气持续向气氛控制罩内输入一定成分的气体，输入的气体通过气氛控制罩和其他部件之间的间隙排出。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池电极浆料的涂布装置，其特征是：在涂布油性浆料时，向所述的气氛控制罩内输入的气体含有载气和溶剂，载气和溶剂的混合由将载气通过含溶剂的蒸发罐达成，将溶剂，如N-甲基吡咯烷酮(NMP),的摩尔浓度为20%到100%的气流持续向气氛控制罩内输入，溶剂的载气可以是空气、氮气或氩气。

4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池电池浆料的涂布装置，其特征是：在涂布水性浆料时，向所述的气氛控制罩内输入的气体含有载气和水蒸气，载气和水的混合由将载气通过含水的蒸发罐达成，将相对湿度为20%到100%的气流持续向气氛控制罩内输入，水蒸气的载气可以是空气、氮气或氩气。

5.根据权利要求3或4所述的一种锂离子电池电池浆料的涂布装置，其特征是：所述的气氛控制罩内装有气体传感器，在涂布水性浆料时，所述气体传感器为湿度传感器，在涂布油性浆料时，所述气体传感器为对溶剂蒸气敏感的传感器，传感器将信号传递给比例积分微分控温器，控温器加热或冷却蒸发罐以保持气氛控制罩内有机溶剂或水的浓度等于设定浓度，该设定浓度优选等于浆料中溶剂或水的气相平衡浓度。