CN106669520A - 一种锂离子电池浆料的制备装置及方法 - Google Patents

一种锂离子电池浆料的制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池浆料的制备装置，包括粉料储存罐、干粉混合分散设备、溶剂储存罐、一级分散设备、缓存罐A、二级分散设备、缓存罐B、三级分散设备、真空消泡储存罐，一级分散设备、缓存罐A、二级分散设备、缓存罐B、三级分散设备和真空消泡储存罐依次管路连接；二级分散设备与三级分散设备均设有温度检测装置；二级分散设备出口与缓存罐之间设有β射线密度检测仪及在线粘度检测仪，三级分散设备与真空消泡储存罐之间设有β射线密度检测仪及在线粘度检测仪。本发明同时涉及一种利用所述的装置制备锂电池浆料的方法，采用该装置生产效率高，制备的浆料分散均匀，浆料粘度一致性控制较好，同批次浆料基本控制在±700mPa·S。

Description

一种锂离子电池浆料的制备装置及方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池浆料的制备装置及方法。
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。制浆工序是锂电池生产过程中的重要流程，所谓制浆，就是用专门的溶剂和粘接剂分别与粉末状的正负极活性物质混合，经高速搅拌均匀后，制成浆状的正负极物质。均匀的浆料保证了正负极在基材上分布的均匀性，从而提高了电芯的一致性、安全性。制浆工艺，要求浆料粘度保持稳定，浆料内部无自聚成团现象。
目前使用的制浆机采用间歇式混料制浆，存在工艺繁琐、效率低及一致性差，影响着整体电池产品质量。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
为解决上述问题，本发明提供一种锂离子电池浆料的制备装置，该装置生产效率高，制备的浆料分散均匀。
本发明同时提供锂离子电池浆料的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种锂离子电池浆料的制备装置，包括粉料储存罐、干粉混合分散设备、溶剂储存罐、一级分散设备、缓存罐A、二级分散设备、缓存罐B、三级分散设备、真空消泡储存罐，所述的粉料储存罐包括活性物质粉料储存罐、导电物质粉料储存罐和粘结剂粉料储存罐，分别通过粉料计量输送装置与干粉混合分散设备管路相连；溶剂储存罐和干粉混合分散设备分别与一级分散设备相连，溶剂储存罐与一级分散设备之间设有液体计量输送装置；一级分散设备、缓存罐A、二级分散设备、缓存罐B、三级分散设备和真空消泡储存罐依次管路连接；二级分散设备与三级分散设备均设有温度检测装置；二级分散设备出口与缓存罐之间设有β射线密度检测仪及在线粘度检测仪，三级分散设备与真空消泡储存罐之间设有β射线密度检测仪及在线粘度检测仪。
所述的干粉混合分散设备上装有微孔排气装置。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述的缓存罐A和缓存罐B的容积均为二级分散设备容积的3~6倍，且缓存罐均具有浆料搅拌装置。
所述的一级分散设备的转速控制为100~1500转/分钟，二级分散设备的分散速度为1000~4000转/分钟，三级分散设备的分散速度为2500~7000转/分钟；缓存罐A和缓冲罐B的搅拌速度均为20~500转/分钟。
所述二级分散设备和三级分散设备中浆料的温度为20-60℃。
利用上述所述的装置制备锂离子电池浆料的方法，包括以下步骤：
（1）粉料称重预混：活性物质、导电物质和粘结剂同时经粉料计量输送装置输送到干粉混合分散设备预混。
（2）浆料一级分散：预混后的粉料与溶剂同时输送到一级分散设备内，控制转速为100~1500转/分钟，浆料分散后进入缓存罐A内，缓存罐A搅拌速度为20~500转/分钟；
（3）浆料二级分散：一级分散后的浆料经过缓存罐A后进入二级分散设备内，分散速度为1000~4000转/分钟，在分散过程中的浆料温度控制为20~60℃，对二级分散后的浆料密度和粘度进行在线检测，粘度控制在10000~25000mPa·S，二级分散后的浆料进入缓存罐B内，缓存罐B搅拌速度为20~500转/分钟；
（4）浆料三级分散：二级分散后的浆料经过缓存罐B后进入三级分散设备内，分散速度为2500~7000转/分钟，在分散过程中的浆料温度控制在20~60℃，对三级分散后的浆料粘度进行在线检测，粘度控制在3000~7000mPa·S；
（5）浆料真空消泡：三级分散后的浆料进入真空消泡储存罐内进行边抽真空，边低速搅拌，搅拌速度为10~100转/分钟。
浆料混合的均匀程度通过β射线密度检测仪实时监控浆料的密度，控制浆料密度范围2.21~2.23 g/cm3，范围差在±0.5%。
本发明的有益成果：
1.采用该装置生产效率高，制备的浆料分散均匀，可以实现200L~600L/h的生产效率大大提高的产能，浆料粘度一致性控制较好，同批次浆料基本控制在±700mPa·S。
2.从物料称重到浆料制备完成，全部在封闭环境中完成，大大降低了车间粉尘，同时对于油性浆料体系，降低了环境水分对浆料的影响。
3.浆料经过三次分散，且转速不同，使分散更均匀，在一级分散设备和二级分散设备之间、二级分散设备和三级分散设备之间设有缓冲罐，可以增加粘结剂溶解于溶剂的时间，对每个分散设备进行参数调整时，不影响其他分散设备的运行，有利于浆料生产的连续性及分散效果的一致性控制。
附图说明
图1 锂离子电池浆料连续式制浆系统流程图；1粉料储存罐，100活性物质粉料储存罐，101导电物质粉料储存罐，102粘结剂粉料储存罐，103粉料计量输送装置；2干粉混合分散设备，200微孔排放装置；3溶剂储存罐，300液体计量输送装置；4一级分散设备；5缓存罐A；6二级分散设备；7缓存罐B；8三级分散设备；9真空消泡储存罐；10温度检测装置；11在线粘度检测仪；12β射线密度检测仪；13浆料搅拌装置；
图2 正极浆料分散效果SEM图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的实质，下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的阐述。
实施例1
以镍钴锰三元材料的浆料制备为例，活性物质为镍钴锰三元材料（95wt%），导电物质为导电炭黑（3wt%），粘结剂为PVDF（2wt%），溶剂为聚乙烯吡咯烷酮，浆料的固含量为68%。其制备过程如下：
如附图1所示，粉料储存罐1通过粉料计量输送装置103与干粉混合分散设备2相连接，干粉混合分散设备上装有1个直径为3寸的微孔排气装置200。干粉混合分散设备内部气压高时，气体可通过微孔排气装置排出，不会使粉料喷出。粉料储存罐包括活性物质粉料储存罐100、导电物质粉料储存罐101和粘结剂粉料储存罐102。
溶剂储存罐3通过液体计量输送装置300与一级分散设备4相连接，干粉混合分散设备2通过连接管道与一级分散设备4相连接。
一级分散设备4、缓存罐A、二级分散设备6、缓存罐B、三级分散设备8和真空消泡储存罐9依次管路连接；一级分散设备、二级分散设备和三级分散设备的有效容积为200L，缓存罐的容积均为600L，且缓存罐均具有浆料搅拌装置13。
真空消泡储存罐也具有浆料搅拌装置，对三级分散设备流入的浆料进行真空消泡且进行低速搅拌。
二级分散设备与三级分散设备均设有温度检测装置10；二级分散设备浆料出口与缓存罐之间设有β射线密度检测仪11及在线粘度检测仪12，三级分散设备与真空消泡储存罐之间设有β射线密度检测仪11及在线粘度检测仪12。浆料混合的均匀程度通过β射线密度检测仪实时监控浆料的密度，并控制浆料密度范围差在±0.5%，过控制浆料密度来间接体现浆料的均匀性。
利用以上所述装置制备锂离子电池浆料的方法为：
（1）粉料称重预混：活性物质、导电物质、粘结剂三种物料经过粉料计量输送装置输送到干粉混合分散设备预混，称量精度控制在±0.01Kg。
（2）浆料一级分散：预混后的粉料与溶剂同时输送到一级分散设备内，分散设备转速控制在700转/分钟，浆料分散后进入缓存罐内，缓存罐搅拌速度为150转/分钟。
（3）浆料二级分散：一级分散后的浆料经过缓存罐后进入二级分散设备内，进行离心式高速分散，分散速度为3000转/分钟，在分散过程中的浆料温度控制在50℃。对二级分散后的浆料密度和粘度进行在线检测，密度误差控制在±0.5%，检测密度的结果为2.21~2.23g/cm3。粘度测试数据取样间隔时间为5分钟，粘度控制测试结果如表1所示，在16300~18104mPa·S范围内。二级分散后的浆料进入缓存罐内，缓存罐搅拌速度为300转/分钟。
（4）浆料三级分散：二级分散后的浆料经过缓存罐后进入三级分散设备内，进行高速分散，分散速度为5000转/分钟。在分散过程中的浆料温度控制在55℃。对三级分散后的浆料密度和浆料粘度进行在线检测，密度误差控制在±0.5%，检测密度的结果为2.21~2.22g/cm3。粘度测试数据取样间隔时间为5分钟，粘度控制测试结果如表1所示，在4860~5205 mPa·S范围内。三级分散后的浆料进入到真空消泡储存罐内。
（5）浆料真空消泡：三级分散后的浆料进入真空消泡储存罐内进行边抽真空，边低速搅拌，搅拌速度为80转/分钟。经过参数调整控制，浆料产能约320L/h。
对制备好的浆料进行涂覆，涂覆后的极片通过SEM扫描电镜观察微观分散情况如图2所示。可以看出浆料的分散均匀程度较好，达到预期效果。
表1 浆料经过二级及三级分散后粘度检测结果

Claims (7)

1.一种锂离子电池浆料的制备装置，包括粉料储存罐、干粉混合分散设备、溶剂储存罐、一级分散设备、缓存罐A、二级分散设备、缓存罐B、三级分散设备、真空消泡储存罐，其特征在于，所述的粉料储存罐包括活性物质粉料储存罐、导电物质粉料储存罐和粘结剂粉料储存罐，分别通过粉料计量输送装置与干粉混合分散设备管路相连；溶剂储存罐和干粉混合分散设备分别与一级分散设备相连，溶剂储存罐与一级分散设备之间设有液体计量输送装置；一级分散设备、缓存罐A、二级分散设备、缓存罐B、三级分散设备和真空消泡储存罐依次管路连接；二级分散设备与三级分散设备均设有温度检测装置；二级分散设备出口与缓存罐之间设有β射线密度检测仪及在线粘度检测仪，三级分散设备与真空消泡储存罐之间设有β射线密度检测仪及在线粘度检测仪。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，干粉混合分散设备上装有微孔排气装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，缓存罐A和缓存罐B的容积均为二级分散设备容积的3~6倍，且缓存罐均具有浆料搅拌装置。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一级分散设备的转速控制为100~1500转/分钟，二级分散设备的分散速度为1000~4000转/分钟，三级分散设备的分散速度为2500~7000转/分钟；缓存罐A和缓冲罐B的搅拌速度均为20~500转/分钟。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，二级分散设备和三级分散设备中浆料的温度为20-60℃。
6.一种利用权利要求1-5之一所述的装置制备锂电池浆料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）粉料称重预混：活性物质、导电物质和粘结剂同时经粉料计量输送装置输送到干粉混合分散设备预混；
（2）浆料一级分散：预混后的粉料与溶剂同时输送到一级分散设备内，控制转速为100~1500转/分钟，浆料分散后进入缓存罐A内，缓存罐A搅拌速度为20~500转/分钟；
（3）浆料二级分散：一级分散后的浆料经过缓存罐A后进入二级分散设备内，分散速度为1000~4000转/分钟，在分散过程中的浆料温度控制为20~60℃，对二级分散后的浆料密度和粘度进行在线检测，粘度控制在10000~25000mPa·S，二级分散后的浆料进入缓存罐B内，缓存罐B搅拌速度为20~500转/分钟；
（4）浆料三级分散：二级分散后的浆料经过缓存罐B后进入三级分散设备内，分散速度为2500~7000转/分钟，在分散过程中的浆料温度控制在20~60℃，对三级分散后的浆料粘度进行在线检测，粘度控制在3000~7000mPa·S；
（5）浆料真空消泡：三级分散后的浆料进入真空消泡储存罐内进行边抽真空，边低速搅拌，搅拌速度为10~100转/分钟。
7.一种权利要求6所述的制备锂电池浆料的方法，其特征在于，β射线密度检测仪在浆料混合的均匀程度实时监控浆料的密度，并控制浆料密度范围2.21~2.23 g/cm3。
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