CN108816136B - 一种用于锂电池浆料的连续生产装置和工艺 - Google Patents

一种用于锂电池浆料的连续生产装置和工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于锂电池浆料的连续生产装置和工艺，依次包括搅拌罐、粉‑液分散混合泵和储料罐；所述搅拌罐包括进料口和出料口，所述粉‑液分散混合泵包括混料入口和混料出口，所述搅拌罐的出料口与粉‑液分散混合泵的混料入口通过第一管道连接，所述粉‑液分散混合泵的混料出口与储料罐通过第二管道连接。采用本发明的装置和工艺混合的锂电池浆料，浆料质量比传统工艺好，粘度更低，更有利于后续的涂布。经测试发现，传统工艺混合的浆料粘度约6000～9000mPa·s，而本发明装置混合的浆料粘度约3000～5000mPa·s。

Description

一种用于锂电池浆料的连续生产装置和工艺
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种用于锂电池浆料的连续生产装置和工艺。
背景技术
传统的锂电池正、负极混料使用搅拌机，耗时较长，耗电较多且浆料的混合质量不佳。例如在某负极混料时，先制取胶液，再将胶液打入搅拌机，边搅拌分散边加入SP。低速搅拌分散后再高速搅拌分散，时间在1.0～1.5h。之后边搅拌边加入溶剂和活性物质。搅拌分散1.0～1.5h。之后刮浆、罐壁，再高速搅拌分散3.0～4.0h。混料完成后，将浆料存入中转罐备用。在整个混料过程中，搅拌分散的时间长达5.0～7.0h。为了减少混料时间，降低成本，改善混料质量，迫切需要改善现有的混料方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于锂电池浆料的连续生产装置和工艺，克服现有技术中混料时间长、混料质量差的问题。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的。
一种用于锂电池浆料的连续生产装置，依次包括搅拌罐、粉-液分散混合泵和储料罐；所述搅拌罐包括进料口和出料口，所述粉-液分散混合泵包括混料入口和混料出口，所述搅拌罐的出料口与粉-液分散混合泵的混料入口通过第一管道连接，所述粉-液分散混合泵的混料出口与储料罐通过第二管道连接。
优选地，所述第一管道和第二管道上分别设有流量控制阀，用于控制电池浆料的流动速度。
进一步地，本发明的用于锂电池浆料的连续生产装置，还包括设于粉-液分散混合泵和储料罐之间的二级搅拌罐和二级粉-液分散混合泵；所述二级搅拌罐的进料口与粉-液分散混合泵的混料出口通过第二管道连接；所述二级搅拌罐的出料口与二级粉-液分散混合泵的混料入口通过第三管道连接，所述二级粉-液分散混合泵的混料出口与储料罐通过第四管道连接。
优选地，所述第二管道、第三管道和第四管道上分别设有流量控制阀。
本发明还提供一种利用上述连续生产装置进行锂电池浆料连续生产的工艺，包括以下步骤：
(1)将溶剂、胶液、导电剂和活性物质经进料口加入到搅拌罐中，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合后，经第二管道进入储料罐，即得备用的锂电池浆料辅料。
优选地，步骤(1)中搅拌罐的搅拌速度为15-1800r/min，搅拌时间为20-30min。
优选地，步骤(2)中粉-液分散混合泵的分散混合时间为15-30min，混合浆料的流量为2-6m3/h，分散的转速是2500～5000r/min。
本发明继续提供一种利用上述所述连续生产装置进行锂电池浆料连续生产的工艺，包括以下步骤：
(1)将溶剂、胶液、导电剂经进料口加入到搅拌罐中，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合后，经第二管道进入二级搅拌罐；
(3)将活性物质加入二级搅拌罐中，并与混合浆料继续搅拌混合；
(4)混合后的浆料经第三管道进入二级粉-液分散混合泵，并进行分散混合；
(5)经步骤(4)分散混合后的浆料经第四管道进入储料罐，即得备用的锂电池浆料辅料。
优选地，步骤(1)中搅拌罐的搅拌速度为15-1800r/min，搅拌时间为20-30min；步骤(3)中二级搅拌罐的搅拌速度为15-1800r/min，搅拌时间为20-30min。
优选地，步骤(2)中粉-液分散混合泵的分散混合时间为15-30min，浆料的流量为2-6m3/h，分散的转速是2500～5000r/min；步骤(4)中二级粉-液分散混合泵的分散混合时间为15-30min，浆料的流量为2-6m3/h，分散的转速是2500～5000r/min。
进一步地，所述胶液为粘结剂溶于溶剂所制得，其中，胶液的质量百分比浓度(即粘结剂质量与胶液质量的比值)为2％～30％。
本发明中所述的溶剂、粘结剂、导电剂和活性物质为锂电池浆料中常规原料。其中，锂电池浆料为正极浆料辅料时，所述溶剂选自NMP(N-甲基吡咯烷酮)；粘结剂选自PVDF(聚偏氟乙烯)，导电剂选自SP(炭黑)、KS(石墨)、CNT(碳纳米管)、GrP、SO、AC中的一种或者几种，活性物质选自锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、二元材料、富锂锰基材料中的一种或者几种。
锂电池浆料为负极浆料辅料时，所述溶剂选自纯水或NMP；粘结剂选自PVDF或CMC+SBR；导电剂选自SP、KS、CNT、GrP、SO、AC中的一种或者几种；活性物质选自石墨、钛酸锂、硅碳负极中的一种或者几种。
本发明中溶剂、胶液、导电剂和活性物质的用量或配比按照本领域内常规使用的用量。优选地，溶剂、胶液、导电剂和活性物质的质量比为(60～150):(2～38):(1～20):(50～98)。
本发明中所采用粉-液分散混合泵为南通克莱尔混合设备有限公司生产的DE400-1-4、DE400-1-7.5等。
本发明中采用上述装置进行锂电池浆料生产的工艺中，还包括常规的刮浆、罐壁工序，是为了使搅拌罐中的浆料能够比较完全的进入到粉-液分散混合泵中。
本发明中利用粉-液分散混合泵代替传统的搅拌机，可大幅度减少混料时间。传统工艺中采用搅拌机混合0.6m3的浆料需要5.0～7.0h的时间，而采用本发明的装置和工艺，每小时可混料2-6m3，混料速度是传统方法的16～70倍；有效减少混料时间的同时，还大量减少了工业用电，节能且降低成本。采用本发明的装置和工艺混合的锂电池浆料，浆料质量比传统工艺好，粘度更低，更有利于后续的涂布。经测试发现，传统工艺混合的浆料粘度约6000～9000mPa·s，而本发明装置混合的浆料粘度约3000～5000mPa·s。
附图说明
图1为本发明实施例1中用于锂电池浆料的连续生产装置的结构示意图；
图2为本发明实施例2中用于锂电池浆料的连续生产装置的结构示意图。
元件标号说明
1搅拌罐 2粉-液分散混合泵 3储料罐
4第一管道 5第二管道 6二级搅拌罐
7二级粉-液分散混合泵 8第三管道 9第四管道。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
如图1所示，一种用于锂电池浆料的连续生产装置，依次包括搅拌罐1、粉-液分散混合泵2和储料罐3；所述搅拌罐1包括进料口和出料口，所述粉-液分散混合泵2包括混料入口和混料出口，所述搅拌罐1的出料口与粉-液分散混合泵2的混料入口通过第一管道4连接，所述粉-液分散混合泵2的混料出口与储料罐3通过第二管道5连接。进一步地，为控制浆料流速，所述第一管道4和第二管道5上分别设有流量控制阀。
如图2所示，一种用于锂电池浆料的连续生产装置，还包括设于粉-液分散混合泵2和储料罐3之间的二级搅拌罐6和二级粉-液分散混合泵7；所述二级搅拌罐6的进料口与粉-液分散混合泵2的混料出口通过第二管道5连接；所述二级搅拌罐6的出料口与二级粉-液分散混合泵7的混料入口通过第三管道8连接，所述二级粉-液分散混合泵7的混料出口与储料罐3通过第四管道9连接。
进一步地，为控制浆料流速，所述第一管道4、第二管道5、第三管道8和第四管道9上分别设有流量控制阀。
下面通过具体实施例进一步说明采用本发明所述连续生产装置进行锂电池浆料连续生产的工艺。其中，本发明实施例中，粘度的测定采用上海伦捷的NDJ-8S数字式粘度计，测试条件为环境温度：20～30℃，湿度：≤30％，4#转子，30rpm。
实施例1
采用如图1所示装置进行锂电池浆料生产，包括以下步骤：
正极浆料的生产：
(1)将质量比为60:5:10:90的溶剂NMP、胶液(PVDF溶于NMP制得，胶液质量百分比浓度为10％)、导电剂SP和活性物质锰酸锂经进料口加入到搅拌罐中，搅拌速度为1800r/min，搅拌时间为20min，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合30min，分散转速2500r/min，混合浆料的流量为2-6m3/h，再经第二管道进入储料罐，即得备用的锂电池正极浆料。其中每小时可混料2-6m3。
负极浆料生产：
(1)将质量比为60:5:10:90的溶剂NMP、胶液、导电剂SP和活性物质石墨经进料口加入到搅拌罐中，搅拌速度为1800r/min，搅拌时间为20min，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合30min，分散转速2500r/min，混合浆料的流量为2-6m3/h，再经第二管道进入储料罐，即得备用的锂电池正极浆料。其中每小时可混料2-6m3。
经粘度计测定，本实施例所得锂电池浆料粘度在3000～5000mPa·s范围内。
实施例2
采用如图1所示装置进行锂电池浆料生产，包括以下步骤：
正极浆料的生产：
(1)将质量比为100:38:20:80的溶剂NMP、胶液(PVDF溶于NMP制得，胶液质量百分比浓度为2％)、导电剂KS和活性物质磷酸铁锂经进料口加入到搅拌罐中，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为30min，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合20min，分散转速4500r/min，混合浆料的流量为2-6m3/h，再经第二管道进入储料罐，即得备用的锂电池正极浆料。其中每小时可混料2-6m3。
负极浆料生产：
(1)将常规配比的溶剂NMP、胶液、导电剂SP和活性物质钛酸锂经进料口加入到搅拌罐中，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为25min，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合20min，分散转速4500r/min，混合浆料的流量为2-6m3/h，再经第二管道进入储料罐，即得备用的锂电池正极浆料。其中每小时可混料2-6m3。
经粘度计测定，本实施例所得锂电池浆料粘度在3000～5000mPa·s范围内。
实施例3
采用如图2所示装置进行锂电池浆料生产，包括以下步骤：
正极浆料的生产：
(1)将质量比为150:20:20:70的溶剂NMP、胶液(PVDF溶于NMP制得，胶液质量百分比浓度为30％)、导电剂KS经进料口加入到搅拌罐中，搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为30min，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合20min，分散转速4500r/min，混合浆料的流量为2-6m3/h，经第二管道进入二级搅拌罐；
(3)将活性物质磷酸铁锂加入二级搅拌罐中，并与混合浆料继续搅拌混合，搅拌速度为1800r/min，搅拌时间为30min；
(4)混合后的浆料经第三管道进入二级粉-液分散混合泵，并进行分散混合，分散混合时间为30min，浆料的流量为2-6m3/h，分散转速5000r/min；
(5)经分散混合后的浆料经第四管道进入储料罐，即得备用的锂电池浆料。
负极浆料生产：生产过程同正极浆料生产过程，其中，负极浆料中溶剂为NMP、粘结剂为CMC+SBR、导电剂SP为和活性物质为钛酸锂。
本实施例中每小时可生产浆料2-6m3。经粘度计测定，本实施例所得锂电池浆料粘度在3000～5000mPa·s范围内。
对比例1
采用传统工艺进行混料，包括如下步骤：
负极浆料的混合过程
(1)将胶液打入搅拌机，搅拌15r/min，分散600r/min，边搅拌边加入SP。搅拌15r/min，分散1200r/min，时间10min。搅拌22r/min，分散2200r/min，时间50min，真空-0.078～-0.1mPa。
(2)搅拌15r/min，分散600r/min，边搅拌边先加入去离子水，再加入碳粉。搅拌15r/min，分散1200r/min，时间1h，搅拌结束后刮桨、罐壁。搅拌22r/min，分散2200r/min，时间3h，真空-0.078～-0.1mPa。
正极浆料的混合过程
(1)将胶液打入搅拌机，搅拌15r/min，分散600r/min，边搅拌边加入SP，再加入KS。搅拌15r/min，分散1200r/min，时间20min。搅拌22r/min，分散1800r/min，时间50min，真空-0.078～-0.1mPa。
(2)搅拌15r/min，分散600r/min，边搅拌边加入NMP，再加入磷酸亚铁锂。搅拌15r/min，分散1200r/min，时间1h，搅拌结束后刮桨、罐壁，操作过程＜4min。搅拌22r/min，分散2000r/min，时间1h，真空-0.078～-0.1mPa，搅拌结束后刮桨、罐壁，操作过程＜4min。搅拌22r/min，分散2500r/min，时间2.5h，真空-0.078～-0.1mPa。
该实施例中，混合0.6m3的浆料需要5.0～7.0h。经粘度计测定，本实施例所得锂电池浆料粘度在6000～9000mPa·s范围内。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种利用连续生产装置进行锂电池浆料连续生产的工艺，其特征在于，所述连续生产装置，依次包括搅拌罐、粉-液分散混合泵和储料罐；所述搅拌罐包括进料口和出料口，所述粉-液分散混合泵包括混料入口和混料出口，所述搅拌罐的出料口与粉-液分散混合泵的混料入口通过第一管道连接，所述连续生产装置还包括设于粉-液分散混合泵和储料罐之间的二级搅拌罐和二级粉-液分散混合泵；所述二级搅拌罐的进料口与粉-液分散混合泵的混料出口通过第二管道连接；所述二级搅拌罐的出料口与二级粉-液分散混合泵的混料入口通过第三管道连接，所述二级粉-液分散混合泵的混料出口与储料罐通过第四管道连接；
所述工艺包括以下步骤：
(1)将溶剂、胶液、导电剂经进料口加入到搅拌罐中，将搅拌混合后获得的混合浆料经第一管道进入粉-液分散混合泵；
(2)进入粉-液分散混合泵的混合浆料经分散混合后，经第二管道进入二级搅拌罐；
(3)将活性物质加入二级搅拌罐中，并与混合浆料继续搅拌混合；
(4)混合后的浆料经第三管道进入二级粉-液分散混合泵，并进行分散混合；
(5)经步骤(4)分散混合后的浆料经第四管道进入储料罐，即得备用的锂电池浆料辅料；
其中，步骤(1)中搅拌罐的搅拌速度为15-1800r/min，搅拌时间为20-30min；
步骤(2)中粉-液分散混合泵的分散混合时间为15-30min，浆料的流量为2-6m3/h，
分散的转速是2500～5000r/min；
步骤(3)中二级搅拌罐的搅拌速度为15-1800r/min，搅拌时间为20-30min；
步骤(4)中二级粉-液分散混合泵的分散混合时间为15-30min，浆料的流量为2-6m3/h，分散的转速是2500～5000r/min。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述第二管道、第三管道和第四管道上分别设有流量控制阀。
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