CN108380078A - 基于双螺杆的电极物料生产加工系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双螺杆的电极物料生产加工系统，包括给料装置和配料搅拌装置，物料在给料装置的作用下进入配料搅拌装置内，经配料搅拌装置搅拌混合后排出；第一螺杆和第二螺杆均设在料筒内，第一螺杆与第二螺杆并排设置且相互啮合，第一螺杆与第二螺杆同向旋转，第一螺杆和第二螺杆均依次包括混合段、捏合段、成浆段、剪切混合段和消气泡段。物料经过自动上料系统加入到组合双螺杆中进行混合配料，可以流水线式的持续生产供应浆料，解决传统配料搅拌工序间歇式生产、不同物料批次稳定性差、粉体颗粒与粘合剂接触不均匀、容易分层和容易发生硬性沉淀等问题。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体地说，涉及一种基于双螺杆的电极物料生产加工系统。
背景技术
近年来，随着能源和环保问题日趋严重，发展可替代石油等传统能源的新能源成为大势所趋，锂离子电池具有能量密度高、自放电低、循环寿命长、安全可靠等优点成为新能源技术研究热点，锂离子电池行业也得到了国家的大力发展和扶持。锂电行业的正负极浆料里颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接响到锂离子在电池两极间的运动，因此在锂离子电池生产中各极片材料的浆料的混合分散至关重要，浆料分散质量的好坏，直接影响到后续锂离子电池生产的质量及其产品的性能。
目前锂离子电池行业传统的搅拌制浆使用的设备是搅拌机，搅拌机由电机、搅拌罐、搅拌桨、分散盘、液压升降系统等部件组合而成。配料搅拌生产的时候，将电极物料分批次加入到搅拌罐后启动设备，搅拌轴、分散轴围绕搅拌罐轴线进行公转运动的同时进行高速自转，搅拌罐内一部分物料沿罐壁作径向湍动，一部分沿搅拌桨两侧的法线方向抛出，被抛出物料经分散盘时，会被高速旋转的分散盘作强烈的剪切和捏和，物料在搅拌桨和分散盘的复合作用下，得以分散和混合，达到混合均匀的效果。生产一罐浆料需花费较长时间，搅拌完一罐浆料后，才能将浆料输送到下一工序。将搅拌罐里的浆料输送完毕，才能再将物料加入到搅拌罐里生产下一罐浆料，利用搅拌罐进行搅拌配料属于间歇式生产作业。
目前传统搅拌制浆方法的主要缺点是：
1、效率低下，传统搅拌依靠高速旋转的分散盘锯齿对物料进行剪切分散，分散盘旋转时形成一个旋涡，旋涡在搅拌罐内壁和桨叶所阻的情况下，部分物料回流到分散盘进行剪切，大部物料随涡流在搅拌罐边上旋转，没受到分散盘的剪切分散；
2、批次稳定性差，传统搅拌机制浆工艺存在着采用的是间歇式生产，不同物料批次稳定性差，
3、制浆质量不高，在搅拌罐里使用搅拌桨和分散盘进行分散的粉体颗粒与粘合剂接触不均匀、容易分层和容易发生硬性沉淀等问题，影响涂布效果。
4、不能适应市场发展需求，新能源汽车的发展对锂电池的能量密度的要求越来越高，基于这一需求，锂电池的生产对于生产电池浆料的粉体原材料粒度要求越来越小，然而使用传统的搅拌工艺制浆，团聚物料只有碰到分散盘的锯齿尖才能被打破分散，团聚物细化到一定程度时就很难再进一步分散。
发明内容
针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种基于双螺杆的电极物料生产加工系统，以螺杆代替传统笨重的搅拌机，实现对电极物料的连续性加工生产，解决配料搅拌工序间歇式生产、不同物料批次稳定性差、粉体颗粒与粘合剂接触不均匀、容易分层和容易发生硬性沉淀等问题，提高生产效率和产品品质。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：基于双螺杆的电极物料生产加工系统，包括给料装置和配料搅拌装置，物料在给料装置的作用下进入配料搅拌装置内，经配料搅拌装置搅拌混合后排出；所述配料搅拌装置包括料筒、第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆和第二螺杆均设在料筒内，第一螺杆与第二螺杆并排设置且相互啮合，第一螺杆与第二螺杆同向旋转，第一螺杆和第二螺杆均依次包括混合段、捏合段、成浆段、剪切混合段和消气泡段，所述螺杆的混合段、成浆段、剪切混合段和消气泡段上设有螺纹，剪切混合段的螺纹上设有凹槽，螺杆的捏合段上设有捏合齿。
进一步地，所述配料搅拌装置包括三个料筒，第一料筒通过第二料筒与第三料筒连通，所述混合段、捏合段和成浆段设在第一料筒内，剪切混合段设在第二料筒内，消气泡段设在第三料筒内。
进一步地，所述剪切混合段的两端设有送料螺纹。
进一步地，所述第二料筒内螺杆的转速大于第三料筒内螺杆的转速。
进一步地，所述混合段螺纹的螺距沿物料运动方向逐渐减小。
进一步地，所述消气泡段包括第一消泡段和第二消泡段，第一消泡段设在第二消泡段的上游端，第一消泡段螺纹的螺距大于第二消泡段螺纹的螺距。
进一步地，所述捏合齿上设有凸齿。
进一步地，所述给料装置包括粉料给料装置和溶剂给料装置，所述粉料给料装置的出料管与配料搅拌装置连通，物料中的粉料从粉料给料装置进入配料搅拌装置后落到螺杆的混合段。
进一步地，所述溶剂给料装置设有两个与配料搅拌装置连通的出液管，物料中的溶剂从第一出液管进入配料混合装置后落到混合段与捏合段之间，物料中的溶剂从第二出液管进入配料混合装置后落到捏合段与成浆段之间。
进一步地，所述配料搅拌装置设有两个排料管，所述排料管上设有两个出浆料开关。
本发明的有益效果是：
(1)物料经过自动上料系统加入到组合双螺杆中进行混合配料，可以流水线式的持续生产供应浆料，解决传统配料搅拌工序间歇式生产、不同物料批次稳定性差、粉体颗粒与粘合剂接触不均匀、容易分层和容易发生硬性沉淀等问题；
(2)电极物料在组合双螺杆中完成混合、分散、研磨、抽真空混料等配料动作，进而形成混合均匀、稳定的浆料供给下一道工序进行涂布，使用这种配料方法可以不间断地供应给下一道工序，提高生产速度；
(3)自动加料系统将物料按比例投入到双螺杆，由于双螺杆同向旋转，在啮合位置的速度方向相反，一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆要把物料从间隙中推出，结果使物料从一根螺杆转到另一个螺杆呈∞形前进，这种速度的改变以及啮合区较大的相对速度非常有利于物料混合和均化，由于啮合区间隙很小，啮合处螺纹和螺槽的速度相反，剪切速度高，物料在啮合区间所受剪切力很大，非常有利于混合物料和造粒，对细小团聚的物料也能快速分散，物料的停留时间很短，混合效率高；
(4)传统搅拌机模式生产一罐浆料需要时间4～10h，中途不能更换配方，必须要生产完一罐浆料以后才能更换配方，换配方时间需要数小时之久，而本方案利用双螺杆的自清洁特征，只需要更改自动上料配比就可以快速更换配方，变换配方只需十几分钟，实现搅拌配方品种的快速切换，使生产计划更灵活，同时减少呆滞物料和物料浪费；
(5)双螺杆将分散后的浆料挤出，输送到消气泡段中进行对挤消泡后，经检测粘度、细度合格后输送到下一工序，配料搅拌装置设有两个排料管，正常使用时浆料经第一排料管流向中转罐，当需要更换配方时，浆料末料经第二排料管流向暂存罐，生产过程中更换配方方便快捷；
(6)配料搅拌装置包括三个料筒，每个料筒都可以设置独立的循环水冷却系统，对配料过程的温度进行精确调节，保证配料过程稳定，提高产品质量的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1配料搅拌装置处的局部放大图；
图3为本发明捏合段的横向剖面图；
图4为本发明捏合段的径向剖面图；
图5为本发明捏合齿上设有凸齿时捏合段的径向剖面图；
图6为本发明螺杆剪切混合段螺纹的结构示意图；
附图中：
1-粉料给料装置，11-出料管，2-溶剂给料装置，21-第一出液管，22-第二出液管，3-料筒，31-第一料筒，32-第二料筒，33-第三料筒，4-螺杆，41-第一螺杆，42-第二螺杆，43-混合段，44-捏合段，45-成浆段，46-剪切混合段，47-消气泡段，47a-第一消泡段，47b-第二消泡段，5-送料螺纹，6-排料管，61-出浆料开关，7-捏合齿，71-凸齿，8-凹槽，101-传动齿轮，102-电机，103-真空加料装置，104-发送罐，105-计量螺杆泵，106-上料罐，107-缓存罐，108-溶剂储存罐，109-溶剂计量称，110-转子泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述：
本发明提供一种基于双螺杆的电极物料生产加工系统，如图1所示，包括给料装置和配料搅拌装置，物料在给料装置的作用下进入配料搅拌装置内，经配料搅拌装置搅拌混合后排出。所述配料搅拌装置设有两个排料管6，所述排料管6上设有两个出浆料开关61，正常使用时浆料经第一排料管流向中转罐，当需要更换配方时，浆料末料经第二排料管流向暂存罐，生产过程中更换配方方便快捷。
如图2所示，所述配料搅拌装置包括料筒3、第一螺杆41和第二螺杆42，所述第一螺杆41和第二螺杆42均设在料筒3内，第一螺杆41与第二螺杆42并排设置且相互啮合，第一螺杆41与第二螺杆42同向旋转，第一螺杆41和第二螺杆42均依次包括混合段43、捏合段44、成浆段45、剪切混合段46和消气泡段47，所述螺杆4的混合段43、成浆段45、剪切混合段46和消气泡段47上设有螺纹，剪切混合段46的螺纹上设有凹槽8(如图6所示)，螺杆4的捏合段44上设有捏合齿7(如图3和图4所示)。
作为优选的，第二螺杆42的端部与电机102的转轴固定相连，第二螺杆42通过传动齿轮101带动第一螺杆41转动。该传动齿轮101包括三个，第一传动齿轮和第二传动齿轮分别固定在螺杆4的端部，第三传动齿轮同时与第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合，以此来实现第一螺杆41与第二螺杆42同向转动。
上述电极的物料包括粉料、粘结剂和溶剂，电极粉料包括但不限于钴酸锂、磷酸铁锂、天然石墨、人造石墨和导电碳等，粘结剂包括但不限于PVDF、LA133等，溶剂包括但不限于NMP、去离子水。
如图1所示，所述给料装置包括粉料给料装置1和溶剂给料装置2，粉料给料装置1包括主料加料装置、辅料a加料装置和辅料b加料装置，主料加料装置包括上料罐106、真空加料装置103和发送罐104，上料罐106通过真空加料装置103与发送罐104连通。辅料a加料装置和辅料b加料装置结构相同，均包括真空加料装置103、发送罐104和缓存罐107，真空加料装置103通过缓存罐107与发送罐104连通。上述主料加料装置、辅料a加料装置和辅料b加料装置的发送罐104上均设有计量螺杆泵105，粉料在计量螺杆泵105的作用下经出料管11排入配料搅拌装置内，且出料管11与配料搅拌装置连接处靠近料筒3的起始端部。
溶剂给料装置2包括溶剂储存罐108、溶剂计量称109和转子泵110，溶剂储存罐108通过出液管与配料搅拌装置连通，溶剂计量称109和转子泵110设在出液管的主管路上。
上述粉料给料装置1的出料管11与配料搅拌装置连通，物料中的粉料从粉料给料装置1进入配料搅拌装置后落到螺杆4的混合段43，粉料在混合段43完成混合。所述溶剂给料装置2设有两个与配料搅拌装置连通的出液管，物料中的溶剂从第一出液管21进入配料混合装置后落到混合段43与捏合段44之间，溶剂与粉料混合后在捏合段完成物料捏合，物料中的溶剂从第二出液管22进入配料混合装置后落到捏合段44与成浆段45之间，溶剂与捏合后物料混合在成浆段45搅拌成浆。
作为进一步改进，所述配料搅拌装置包括三个料筒3，第一螺杆41和第二螺杆42均分成三段，上述电机102对应设置有三个，传动齿轮101对应设置有三套，第一料筒31通过第二料筒32与第三料筒33连通，所述混合段43、捏合段44和成浆段45设在第一料筒31内，剪切混合段46设在第二料筒32内，消气泡段47设在第三料筒33内。所述剪切混合段46的两端设有送料螺纹5，第二料筒32内螺杆4的转速大于第三料筒33内螺杆4的转速，每个料筒3都可以设置独立的循环水冷却系统，对配料过程的温度进行精确调节，保证配料过程稳定，提高产品质量的稳定性。
为了提高对物料搅拌、捏合、研磨和混合的效果，所述捏合齿7上设有凸齿71(如图5所示)，混合段43螺纹的螺距沿物料运动方向逐渐减小，剪切混合段46进料端送料螺纹5的螺距小于出料端送料螺纹5的螺距，消气泡段47包括第一消泡段47a和第二消泡段47b，第一消泡段47a设在第二消泡段47b的上游端，第一消泡段47a螺纹的螺距大于第二消泡段47b螺纹的螺距。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：包括给料装置和配料搅拌装置，物料在给料装置的作用下进入配料搅拌装置内，经配料搅拌装置搅拌混合后排出；所述配料搅拌装置包括料筒(3)、第一螺杆(41)和第二螺杆(42)，所述第一螺杆(41)和第二螺杆(42)均设在料筒(3)内，第一螺杆(41)与第二螺杆(42)并排设置且相互啮合，第一螺杆(41)与第二螺杆(42)同向旋转，第一螺杆(41)和第二螺杆(42)均依次包括混合段(43)、捏合段(44)、成浆段(45)、剪切混合段(46)和消气泡段(47)，所述螺杆(4)的混合段(43)、成浆段(45)、剪切混合段(46)和消气泡段(47)上设有螺纹，剪切混合段(46)的螺纹上设有凹槽(8)，螺杆(4)的捏合段(44)上设有捏合齿(7)。
2.根据权利要求1所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述配料搅拌装置包括三个料筒(3)，第一料筒(31)通过第二料筒(32)与第三料筒(33)连通，所述混合段(43)、捏合段(44)和成浆段(45)设在第一料筒(31)内，剪切混合段(46)设在第二料筒(32)内，消气泡段(47)设在第三料筒(33)内。
3.根据权利要求2所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述剪切混合段(46)的两端设有送料螺纹(5)。
4.根据权利要求2或3所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述第二料筒(32)内螺杆(4)的转速大于第三料筒(33)内螺杆(4)的转速。
5.根据权利要求1或2所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述混合段(43)螺纹的螺距沿物料运动方向逐渐减小。
6.根据权利要求1或2所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述消气泡段(47)包括第一消泡段(47a)和第二消泡段(47b)，第一消泡段(47a)设在第二消泡段(47b)的上游端，第一消泡段(47a)螺纹的螺距大于第二消泡段(47b)螺纹的螺距。
7.根据权利要求1或2所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述捏合齿(7)上设有凸齿(71)。
8.根据权利要求1所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述给料装置包括粉料给料装置(1)和溶剂给料装置(2)，所述粉料给料装置(1)的出料管(11)与配料搅拌装置连通，物料中的粉料从粉料给料装置(1)进入配料搅拌装置后落到螺杆(4)的混合段(43)。
9.根据权利要求8所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述溶剂给料装置(2)设有两个与配料搅拌装置连通的出液管，物料中的溶剂从第一出液管(21)进入配料混合装置后落到混合段(43)与捏合段(44)之间，物料中的溶剂从第二出液管(22)进入配料混合装置后落到捏合段(44)与成浆段(45)之间。
10.根据权利要求1所述的基于双螺杆的电极物料生产加工系统，其特征是：所述配料搅拌装置设有两个排料管(6)，所述排料管(6)上设有两个出浆料开关(61)。
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