CN112838188A - 一种耐存储型锂锰电池正极制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，涉及锂锰电池技术领域,包括如下步骤：1)二氧化锰预处理：2)粘合剂配制：3)粉体加胶：4)搅拌混合：5)压粉：6)摇摆颗粒机造粒：7)筛粉：8)压制正极片：能有效去除锂二氧化锰扣式电池正极材料中的结晶水和水分残留,提高锂锰扣式电池的存储寿命。同时粉体更加均匀，颗粒流动性也更好，制成的成品一致性也更好。使用加装了集流网冲切结构的一次成型设备，使得正极片能够一次成型，极大的提高了产能。

Description

一种耐存储型锂锰电池正极制作方法

技术领域

本发明涉及一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，属于锂锰电池技术领域。

背景技术

锂二氧化锰扣式电池，是一种以金属锂为负极，二氧化锰为正极，并且使用纽扣式外形进行封装的一类原电池。与其他锂电池相比，其材料和制造成本相对较低，且安全性好，是使用最广泛的商品锂电池之一。锂锰扣式电池，虽然在功率性能和容量方面，已经达到了很高的水平，但是在存储寿命方面，还有很多问题。耐存储电池的首要方向就是去除正极片中的水与游离的氢离子，避免水与电池体系中金属锂负极产生副反应，

目前，锂锰电池正极材料多采用电解二氧化锰(EMD)，而一般的EMD含有相当多的α-MnO 2和γ-MnO 2及少量水分。在锂二氧化锰扣式电池正极材料中，以α-Mn02性能最差，含少量水分的γ-MnO2较差，γ/β混合晶型-MnO2和无结晶水的β-MnO2是较为理想的形式。行业中，一般采用煅烧方法(330-360℃)将其脱水转化成γ/β混合晶型MnO 2，如此虽然提高EMD比容量，但是γ-MnO2中的结晶水，却影响了电池的存储寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，提供一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，采用本发明的技术方案，能有效去除锂二氧化锰扣式电池正极材料中的结晶水和水分残留,提高锂锰扣式电池的存储寿命。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，包括如下步骤；

1、二氧化锰预处理：

将二氧化锰粉体倒入托盘内，使用限高工具将粉体表面整平，同时使得粉体高度一致，高度30-33mm。将托盘放入侧加热鼓风烘箱中，保证烘箱内部温度均匀性，温度达到380-400℃后开始计时持续烘焙烘培20小时。

2、粘合剂配制：

胶水A：聚四氟乙烯乳液2-3公斤中加入2公斤去离子水，混合均匀备用。

胶水B：1-2公斤电池级氢氧化锂缓慢加入到5公斤去离子水中，并持续搅拌至完全溶解，再向其中缓慢加入7-8公斤电子胶，持续搅拌20分钟，备用。

3、粉体加胶：

将二氧化锰100-120公斤，乙炔黑5公斤，石墨粉10公斤加入到高速搅拌机中，盖好盖子，搅拌3分钟。将高速搅拌机与注胶机通过管道相连，并在高速搅拌机内设置喷淋管，使用高压空气将注胶机内添加的胶水，喷淋到高速搅拌机内，在注胶机内，加入胶水A，边喷淋边搅拌，持续20分钟，再将胶水B加入注胶机内，边喷淋边搅拌，持续20分钟。搅拌完成后，通过出料口，将混合粉体装入落料盆中。

4、搅拌混合：

将落料盆中的混合粉体，加入到槽型搅拌机中，槽型搅拌机中有一副卧式蛇形搅拌桨，搅拌过程不断将粉进行挤压揉捏，使得胶水更加均匀的包覆在粉体颗粒表面，将三种粉体材料紧密粘合在一起，搅拌30分钟，完成后装桶密封熟化24小时，使得胶水浸润性更好。

5、压粉：

将熟化好的混合粉体加入压粉机料斗中。压粉机由左右并列的两个压辊组成，两个压辊之间间距2mm，每个压辊上，均匀分布十条宽度为10mm，深度为3mm的凹槽。料斗位于两个压辊上方，料斗内的混合粉体落入压辊之间，两个压辊相反方向向内旋转，对混合粉体进行挤压，开槽有利于混合粉体更快通过。混合粉体挤压过后形成2mm厚的块状，落入接料盆中。

6、摇摆颗粒剂造粒：

将块状的混合粉体，加入摇摆颗粒机中搅拌，摇摆颗粒剂机上安装50目的不锈钢网，混合粉体在机器内不断翻滚搅拌，大颗粒被挤压粉碎成小颗粒后，透过50目不锈钢网，待全部落入接料盆中，搅拌结束。

7、筛粉：

造粒完成后，将混合粉体加入直线振动筛中，直线振动筛上加装60目筛网，混合粉体从振动筛一头加入，振动经过筛网，从另一头的出料口落下，出料口有两个，筛网上部的为出料口A，筛选出成品粉；筛网下部的为出料口B，为次品。

8、压制正极片：

采用一次成型设备,包括全自动压片机,还包括料斗,上料工位,预压工位,集流网冲切工位,第二压机,成型工位,旋转输料轨道,不锈钢网带输送轨道,不锈钢网带支架；

所述旋转输料轨道上开设有多个料槽,所述料斗,上料工位,预压工位,集流网冲切工位,成型工位在所述旋转输料轨道上依次排列,所述第二压机设置在所述集流网冲切工位,所述不锈钢网带输送轨道经过所述集流网冲切工位；

压制正极片的过程是:将成品粉加入全自动压片机的料斗中，通过管道，在上料工位填入旋转输料轨道的料槽中，旋转输料轨道将上料的料槽带到预压工位进行第一次预压，预压完成后，旋转输料轨道将经过预压的料槽带到集流网冲切工位,第二压机压装不锈钢集流网，然后旋转输料轨道将经过压装不锈钢集流网的料槽带到成型工位进行进行第二次成型压制。

料槽内部下冲头表面设置有深度1mm，角度45°的内倒角。

本发明具有以下有益效果：

(1)提供了一种新的煅烧方法对二氧化锰作预处理，煅烧后转化为一种无结晶水的β-MnO2为主，少量γ-MnO2为辅的混合晶型，EMD中大部分结晶水被去除，减少电池内部的副反应产生。

现有技术单一使用PTFE乳液作为粘结剂，乙炔黑作为导电剂，添加N-甲基吡咯烷酮或者异丙醇，将混合粉体制成膏状。PTFE乳液为聚四氟乙烯分散液，固含量60％左右。PTFE乳化和活性物质混合之后干燥，PTFE会以网状结构的形式“包裹”住活性物质颗粒并相互连接来达到粘附的目的。而聚四氟乙烯本身为绝缘体，增加了电池内阻。乙炔黑作为单一导电剂，与活性物质接触不够紧密，降低离子迁移速度，增加了电池内阻。由于EMD生产工艺限制，材料本身成微酸性，使得正极片中含有游离的氢离子，在电池体系中，与金属锂产生副反应，从而影响电池的存储寿命。

(2)采用去离子水配比小，降低水分残留；而氢氧化锂作为添加剂，先溶于电子胶中，配制成胶水B，在胶水A之后添加进搅拌机，避免了胶水A的失效。氢氧化锂的加入，既能中和电池体系内的氢离子，又不会为电池体系带来新的杂质，极大的减少了电池副反应。使用去离子水为溶剂，相较于使用N-甲基吡咯烷酮或者异丙醇的湿法制片，更绿色环保和安全。聚四氟乙烯本身不导电，且不挥发，影响正极的导电性和吸液量。电子胶的加入，减少了聚四氟乙烯的使用量，同时电子胶在正极片高温烘烤去水分时，会从正极片中挥发，增加正极片的吸液量。

(3)乙炔黑和石墨粉同为颗粒状导电剂，但是其颗粒直径刚好形成大小互补的状态，本方法中，将乙炔黑和石墨粉混合使用，使得两种导电剂与二氧化锰之间连接更加紧密，增强其离子迁移能力。而喷淋式注胶，使得胶水与粉体更加均匀。

(4)使用卧式蛇形搅拌桨进行搅拌混合，使得聚四氟乙烯能够快速胶连成网，起到粘结作用。搅拌完成后密封熟化的过程，使得PTFE自交联更加充分，少量的配比，即可满足粘结要求。

(5)在压辊上开槽，利于混合粉体更加快速的经过间隙，而碾压的同时会产生热量，进一步减少混合粉料中的水含量，提高电池的存储寿命。

(6)造粒筛粉能够使得成品粉材质更加均匀，保证正极成品的一致性。选取60目以上的成品粉，粉体的压实密度更大，各组分之间粘结力更强，内阻进一步降低。同时粉体更加均匀，颗粒流动性也更好，在管道中流通更加顺畅，制成的成品一致性也更好。

(7)料槽的下冲头开有深度1mm，角度45°的内倒角，使得正极片成型后，在黑粉一面，边缘存在一个倒角，正极片边缘不易破损。加装的集流网冲切结构，使得正极片能够一次成型，极大的提高了产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一次成型设备的示意图；

1-全自动压片机的旋转输料轨道，2-料槽，3-上料工位，4-料斗，5-全自动压片机的预压工位，6-不锈钢网带，7-不锈钢输送带滚轮，8-第二压机，9-不锈钢网支架，10-集流网冲切工位，11-成型工位；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，包括如下步骤；

1、二氧化锰预处理：

将二氧化锰粉体倒入托盘内，使用限高工具将粉体表面整平，同时使得粉体高度一致，高度30-33mm，保证粉体受热均匀性。将托盘放入侧加热鼓风烘箱中，保证烘箱内部温度均匀性，温度达到380-400℃后开始计时持续烘焙烘培20小时。

2、粘合剂配制：

胶水A：聚四氟乙烯乳液2-3公斤中加入2公斤去离子水，混合均匀备用。

胶水B：1-2公斤电池级氢氧化锂缓慢加入到5公斤去离子水中，并持续搅拌至完全溶解，再向其中缓慢加入7-8公斤电子胶，持续搅拌20分钟，备用。

3、粉体加胶：

将二氧化锰100-120公斤，乙炔黑5公斤，石墨粉10公斤加入到高速搅拌机中，盖好盖子，搅拌3分钟。将高速搅拌机与注胶机通过管道相连，并在高速搅拌机内设置喷淋管，使用高压空气将注胶机内添加的胶水，喷淋到高速搅拌机内，在注胶机内，加入胶水A，边喷淋边搅拌，持续20分钟，再将胶水B加入注胶机内，边喷淋边搅拌，持续20分钟。搅拌完成后，通过出料口，将混合粉体装入落料盆中。

4、搅拌混合：

将落料盆中的混合粉体，加入到槽型搅拌机中，槽型搅拌机中有一副卧式蛇形搅拌桨，搅拌过程不断将粉进行挤压揉捏，使得胶水更加均匀的包覆在粉体颗粒表面，将三种粉体材料紧密粘合在一起，搅拌30分钟，完成后装桶密封熟化24小时，使得胶水浸润性更好。

5、压粉：

将熟化好的混合粉体加入压粉机料斗中。压粉机由左右并列的两个压辊组成，两个压辊之间间距2mm，每个压辊上，均匀分布十条宽度为10mm，深度为3mm的凹槽。料斗位于两个压辊上方，料斗内的混合粉体落入压辊之间，两个压辊相反方向向内旋转，对混合粉体进行挤压，开槽有利于混合粉体更快通过。混合粉体挤压过后形成2mm厚的块状，落入接料盆中

6、摇摆颗粒剂造粒：

将块状的混合粉体，加入摇摆颗粒机中搅拌，摇摆颗粒剂机上安装50目的不锈钢网，混合粉体在机器内不断翻滚搅拌，大颗粒被挤压粉碎成小颗粒后，透过50目不锈钢网，待全部落入接料盆中，搅拌结束。

7、筛粉：

造粒完成后，将混合粉体加入直线振动筛中，直线振动筛上加装60目筛网，混合粉体从振动筛一头加入，振动经过筛网，从另一头的出料口落下，出料口有两个，筛网上部的为出料口A，筛选出成品粉；筛网下部的为出料口B，为次品。

8、压制正极片：

采用一次成型设备,参见附图1；

全自动压片机的旋转输料轨道1上开设有多个料槽2,料斗4,上料工位3,预压工位5,集流网冲切工位10,成型工位11在旋转输料轨道上依次排列,第二压机8设置在集流网冲切工位,不锈钢网带输送轨道经过集流网冲切工位；

压制正极片的过程是:将成品粉加入全自动压片机的料斗中，通过管道，在上料工位填入旋转输料轨道的料槽中，旋转输料轨道将上料的料槽带到预压工位进行第一次预压，预压完成后，旋转输料轨道将经过预压的料槽带到集流网冲切工位,第二压机压装不锈钢集流网，然后旋转输料轨道将经过压装不锈钢集流网的料槽带到成型工位进行进行第二次成型压制。

料槽内部下冲头表面设置有深度1mm，角度45°的内倒角。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种耐存储型锂锰电池正极制作方法以及一次成型设备，其特征是包括如下步骤：

1)二氧化锰预处理：

将二氧化锰粉体倒入托盘内，使用限高工具将粉体表面整平，同时使得粉体高度一致，高度30-33mm。将托盘放入侧加热鼓风烘箱中，保证烘箱内部温度均匀性，温度达到380℃-400℃后开始计时持续烘焙烘培20小时；

2)粘合剂配制：

胶水A：聚四氟乙烯乳液2-3公斤中加入2公斤去离子水，混合均匀备用；

胶水B：1-2公斤电池级氢氧化锂缓慢加入到5公斤去离子水中，并持续搅拌至完全溶解，再向其中缓慢加入7-8公斤电子胶，持续搅拌20分钟，备用；

3)粉体加胶：

将二氧化锰100-120公斤，乙炔黑5公斤，石墨粉10公斤加入到高速搅拌机中，盖好盖子，搅拌3分钟；将高速搅拌机与注胶机通过管道相连，并在高速搅拌机内设置喷淋管，使用高压空气将注胶机内添加的胶水，喷淋到高速搅拌机内，在注胶机内加入胶水A，边喷淋边搅拌，持续20分钟，再将胶水B加入注胶机，边喷淋边搅拌，持续20分钟；搅拌完成后，通过出料口，将混合粉体装入落料盆中；

4)搅拌混合：

将落料盆中的混合粉体，加入到槽型搅拌机中，搅拌30分钟，完成后装桶密封熟化24小时，使得胶水浸润性更好；

5)压粉：

将熟化好的混合粉体加入压粉机料斗中，对混合粉体进行挤压，挤压后落入接料盆中；

6)摇摆颗粒剂造粒：

将块状的混合粉体，加入摇摆颗粒机中搅拌，摇摆颗粒剂机上安装不锈钢网，混合粉体在机器内不断翻滚搅拌，大颗粒被挤压粉碎成小颗粒后，透过不锈钢网，待全部落入接料盆中，搅拌结束；

7)筛粉：

造粒完成后，将混合粉体加入直线振动筛中，直线振动筛上加装筛网，混合粉体从振动筛一头加入，振动经过筛网，从另一头的出料口落下，出料口有两个，筛网上部的为出料口A，筛选出成品粉；筛网下部的为出料口B，为次品；

8)压制正极片：

将成品粉加入全自动压片机的料斗中，通过管道，填入圆柱形料槽中，进行第一次预压，压片机上加装集流网冲切结构，预压完成后，由冲切结构冲切直径与圆形料槽一致的不锈钢网片，直接冲切进圆形料槽中，再进行第二次成型压制。

2.根据权利要求1所述的一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，其特征是所述槽型搅拌机中有一副卧式蛇形搅拌桨,搅拌过程不断将粉进行挤压揉捏，使得胶水更加均匀的包覆在粉体颗粒表面，将三种粉体材料紧密粘合在一起。

3.根据权利要求1所述的一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，其特征是所述压粉机包括左右并列的两个压辊，两个压辊之间间距2mm，每个压辊上均匀分布十条宽度为10mm，深度为3mm的凹槽,料斗位于两个压辊上方，料斗内的混合粉体落入压辊之间，两个压辊相反方向向内旋转,混合粉体挤压过后形成2mm厚的块状。

4.根据权利要求1所述的一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，其特征是所述圆形料槽内部下冲头表面有切面为梯形的凹槽。深度1mm，角度45°。

5.根据权利要求1所述的一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，其特征是所述摇摆颗粒剂机上安装50目的不锈钢网。

6.根据权利要求1所述的一种耐存储型锂锰电池正极制作方法，其特征是所述直线振动筛上加装60目筛网。

7.根据权利要求1所述的一种耐存储型锂锰电池正极一次成型设备，其特征是包括全自动压片机,还包括料斗,上料工位,预压工位,集流网冲切工位,第二压机,成型工位,旋转输料轨道,不锈钢网带输送轨道,不锈钢网带支架；

所述旋转输料轨道上开设有多个料槽,所述料斗,上料工位,预压工位,集流网冲切工位,成型工位在所述旋转输料轨道上依次排列,所述第二压机设置在所述集流网冲切工位,所述不锈钢网带输送轨道经过所述集流网冲切工位；

料槽内部下冲头表面设置有深度1mm，角度45°的内倒角。

Images