CN104590784A - 锂离子电池涂布机料斗中浆料的防沉降装置 - Google Patents

Abstract

锂离子电池电极浆料是一个液固混合体系，固相主要物质如石墨或锰酸锂等密度显著大于液相密度，因此，在搁置过程中浆料将发生沉降。在涂布过程中，浆料置于涂布机机头处的料斗中时需要有搅拌装置不停地对电极浆料进行搅拌，以防止浆料沉降。目前，公知的技术是采用搅拌桨搅拌待涂布浆料，但在搅拌时，会导致涂布间隙处液体静压力和动压力的波动，造成涂布间隙处浆料流量的波动，从而影响了涂布的精确性和一致性。本发明通过在涂布机的料斗底部放置多个超声换能器发射超声波，使得浆料在超声波的振动和空化作用作用下发射传质，抑制沉降分层。由于超声波频率很高，对涂布间隙处的作用在时间上周期极短，同时新涂浆料有一定的流平能力，因而超声频率的扰动不会造成涂布面密度的波动。

Description

锂离子电池涂布机料斗中浆料的防沉降装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池制造领域，尤其是一种锂离子电池电极涂布过程中的浆料搅拌方式。 

背景技术

涂布是锂电池制造过程中必不可少的一道工序，也是关系着锂电池质量的一道关键工序。锂离子二次电池电极浆料由电极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂等组成。正极活性材料通常为钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂，负极活性材料通常为石墨，正极的粘结剂和溶剂一般为PVDF和NMP构成的有机体系，负极的粘结剂和溶剂则一般分别为SBR和水构成的水性体系。通过打浆使组成电极浆料的液体与多种固体物料之间的相互混合、溶解、分散，最后达到尽可能的均质化。打浆后所得合适黏度的电极浆料将转入涂布工序，通常是使用转移式涂布机将合适厚度的浆料均匀的涂敷在作为浆料载体和电极集流体的铜箔或铝箔上，然后已涂敷的电极在烘箱中干燥，溶剂挥发。在正、负极浆料中，颗粒状活性物质在浆料中的分散度和均匀性直接响到锂离子在电池的内阻和循环寿命。然而，锂离子电池电极浆料是一个液固混合体系，固相主要物质如石墨或锰酸锂等密度显著大于液相密度，因此，在搁置过程中浆料将发生沉降，尽管在搅拌过程中会加入增稠剂来减缓这一过程。所以在浆料自搅拌罐中取出过筛后，要置于转移罐中不断低强度搅拌直至在涂布工序中使用。在涂布过程中，浆料置于涂布机机头处的料斗中时仍然需要有搅拌装置不停地对电极浆料进行搅拌，以防止浆料沉降。目前，对料斗中的浆料进行搅拌的一种公知的技术是采用一个步进电机带动一个搅拌桨在旋转的同时沿料斗来回移动以搅拌待涂布浆料，另一种公知的技术是采用一个长的只旋转不移动的搅拌桨横放在料斗中同时搅拌整个料斗的浆料。尽管第二种方式的程度轻一些，但前述2种搅拌方式都会对料斗中的浆料产生宏观的扰动，在搅拌浆料时，会导致料斗中的局部液面会突然升高，浆料在料斗中的流向不断发生变化，这种宏观扰动和流场的变化会导致涂布间隙处液体静压力和动压力的波动，结果会造成涂布间隙处浆料流量的波动，从而影响了涂布的精确性和一致性。 

发明内容

本发明的目的是克服现有的对料斗中浆料搅拌时使涂布间隙处液体静压力和动压力波动，造成涂布间隙处浆料流量的波动，从而影响涂布的精确性和一致性的问题。 

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是： 

在涂布机的料斗底部放置多个超声换能器。超声换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗很少的一部分功率。在料斗底部的超声换能器发射出超声波，使得浆料在高频超声波的作用下产生振动和空化作用使传质发生，使得浆料均质化，抑制了沉降分层。

本发明的有益效果是： 

由于超声波频率很高，对涂布间隙处的作用在时间上周期极短，一般为几万分之一秒，所产生的周期性效果由于新涂浆料有一定的流动性能够在短距离内流平，流平的结果是超声频率的扰动不会造成面密度的波动。

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：超声换能器,107：浆料,108：挡料板,109： 

超声换能器驱动电源。

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。 

涂布过程中先在涂布机机头处的料斗中上料到预定浆料面高度，浆料量至少要覆盖所有超声换能器。浆料上好后开启超声换能器，使用参数为超声频率40千赫兹，单只换能器60W,5只换能器总功率300W。正常涂布过程超声换能器持续开启。但涂布暂停时，超声换能器也要暂停，以免浆料过多吸收超声能而导致温升过高。 

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 (1)

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：在料斗中放置多个超声换能器，超声换能器发射出超声波，使得浆料在高频超声波的作用下产生振动和空化作用使传质发生，从而避免沉降分层。