CN113102160B - 高粘度电池浆料振动打散进料装置、涂布装置及涂布方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高粘度电池浆料振动打散进料装置、涂布装置及涂布方法，属于制备电池领域。进料装置包括进料斗和输料装置，进料斗内设置有振动打散装置；涂布装置包括打散进料装置，还包括涂布对辊机和防粘装置，涂布对辊机包括用于承载集流体的第一涂布辊和用于压实电池浆料的第二涂布辊；涂布方法为：制备粘度大于10000 mPa·s或锥入度为0.5～40mm的电池浆料，将其以0.1～50MPa的压力输送到涂布装置中，将其振动打散，通过涂布对辊机涂布到集流体上。本发明的涂布控制精度高，能提高生产效率，降低生产成本，同时制备的锂电池极化及欧姆内阻小，锂电池性能好，适用于涂布所有高粘度电池浆料。

Description

高粘度电池浆料振动打散进料装置、涂布装置及涂布方法

技术领域

本发明属于制备电池技术领域，涉及一种高粘度电池浆料振动打散进料装置，还涉及一种高粘度电池浆料涂布装置和一种高粘度电池浆料涂布方法。

背景技术

目前锂电行业所用的涂布机采用转移或挤压工艺将浆料均匀的涂布到集流体上，此方法对浆料的物理状态有较高的要求，如浆料应有较低的运动粘度，有较好的自流动性、流平性、有较好的粘接性，这样才能保证电池的浆料均匀的涂布到集流体上。因此，需要在电池浆料中加入大量的溶剂降低粘度，以适应现有涂布工艺对浆料的物理特性需求，使电池浆料具有良好的流动性，能均匀的涂布在集流体上，保证涂布的厚度。

现有技术中的涂布装置均是将电池浆料直接铺设在集流体上，靠电池浆料的流动性找平，通过涂布辊压辊将电池浆料压实，但是，这种涂布装置无法涂布粘度较大的电池浆料,当电池浆料的粘度较大时，形成膏状或块状，无法利用现有的涂布装置进行挤压，且粘度较大时，会导致涂布范围不均匀，涂布厚度不均匀。现有技术中的涂布方法也是适用于流动性较大的电池浆料，通过在电池浆料中增加溶剂、提高流动性来降低涂布的难度。

但是，低粘度的浆料(油状)也带来了一些负面影响，如容易分层、活性物质和导电剂团聚，增大锂电池内阻等问题。涂布完成后，在烘干极片时要将所有溶剂全部烘烤出来，也产生了烘干时能耗高、溶剂回收等一系列成本问题。如何将使用少量溶剂形成的高粘度电池浆料均匀的涂布到集流体上，是丞待解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种高粘度电池浆料振动打散进料装置，以达到将高粘度的电池浆料打散后完成涂布的目的；

本发明还要提供一种高粘度电池浆料涂布装置，以达到高粘度的电池浆料均匀涂布到集流体上的目的；

本发明还要提供一种高粘度电池浆料涂布方法，以达到减少电池浆料中的溶剂、适用于涂布高粘度电池浆料的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种高粘度电池浆料振动打散进料装置，包括进料斗和用于向进料斗输送电池浆料的输料装置，其特征在于：所述进料斗内设置有用于将电池浆料打散的振动打散装置。

作为对本发明的限定：所述进料斗的底部为锥形，且与集流体垂直设置；所述进料斗上设有使进料斗振动的振动源，且其出口上固设有出料网。

作为对本发明的进一步限定：所述振动打散装置包括设于进料斗内的支架和固设于支架上的振动器。

一种高粘度电池浆料涂布装置，包括上述高粘度电池浆料振动打散进料装置，还包括用于将电池浆料辊压在集流体上的涂布对辊机和防止电池浆料粘在涂布对辊机上的防粘装置，所述涂布对辊机包括用于承载集流体的第一涂布辊和用于压实电池浆料的第二涂布辊。

作为本发明对防粘装置的限定：所述防粘装置为以下任意一种：

a1：设置在第二涂布辊上随集流体运动的隔膜；

a2：设置在第二涂布辊内的气源，所述气源的喷气方向朝向第二涂布辊的表面；所述第二涂布辊为带网孔的筒状。

一种高粘度电池浆料涂布方法，包括依次进行的如下步骤：

S1：制备粘度大于10000mPa·s或锥入度为0.5～40mm的电池浆料；

S2：将电池浆料输入到权利要求4-5所述的高粘度电池浆料涂布装置中，并使电池浆料以0.1～50MPa的压力通过输料装置输送到进料斗中；

S3：调节进料斗中的振动打散装置，使其振动频率为50～1000000Hz、振幅为0.0001～10mm，将电池浆料打散；

S4：通过涂布对辊机，将打散后的电池浆料涂布到集流体上。

作为对本发明高粘度电池浆料涂布方法的限定：S3中，通过振动源使打散的电池浆料落在集流体上，振动源的振动频率为50～1000000Hz。

作为对本发明高粘度电池浆料涂布方法的另一种限定：S4中，防止电池浆料粘在第二涂布辊上的方法为以下任意一种：

b1：在第二涂布辊上附着隔膜，当电池浆料随着集流体运动到第一涂布辊和第二涂布辊之间的间隙时，隔膜粘在电池浆料上，随着集流体进入下一道工序；

b2：当进料斗与集流体垂直设置时，将第二涂布辊设置为带网孔的筒状，并在第二涂布辊的内部设置气源，以气流0.1～500MPa吹向第二涂布辊的表面。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果在于：

(1)本发明进行涂布的电池浆料具有高粘度，会失去流动性，形成膏状或块状，无法在集流体上自动找平，但是，通过振动打散装置将其打散，形成细微的颗粒状，即使电池浆料失去流动性，也能通过层层平铺的方式附着在集流体上，振动打散的效率高、易于控制，能效消除浆料颗粒之间的粘连，去除内部应力，使浆料分散的更加均匀，本装置适用于涂布高粘度的电池浆料，使电池浆料中不用或少用溶剂，保证制备的电池膜片中的各组分不易分层，浆料各组分分散更均匀，大大降低导电剂的团聚程度，进而会降低电池的极化及内阻，此外，由于不用或少用溶剂，可节省烘烤时间、提高生产效率、降低生产成本；

(2)本发明的进料斗上的振动源能使落在进料斗内壁上的电池浆料及时排出，不会产生残留，减少浪费，出料网能控制电池浆料排出的速度，有利于控制集流体上电池浆料的厚度，提高涂布的精度；

(3)本发明采用振动器产生振动，效率高、能耗低，打散速度可根据来料速度控制，调节方便，能将浆料打散的更加均匀；

(4)本发明的隔膜随着第二涂布辊转动，能有效防止电池浆料粘在第二涂布辊上，防粘效果好；高压气体吹向第二涂布辊的表面，电池浆料在高压气体的气流下附着在集流体上，不会与第二涂布辊粘连，既不会在电池浆料中增加其他物质，也大大节省了烘烤溶剂的时间，提高效率，防粘效果好；

(5)本发明的涂布方法能适用于高粘度的电池浆料，不用在电池浆料中加入溶剂，也能完成涂布，振动打散的工艺简单，打散的精度高，即使电池浆料中减少溶剂的使用，也能达到正常涂布的精度，将涂布厚度的偏差控制在±1.5μm，且制备成电池极片后，由于溶剂使用的较少，减少了烘烤的时间，提高了生产的效率，增加电池的导电性，减小内阻。

综上所述，本发明的涂布控制精度高，能提高生产效率，降低生产成本，同时制备的锂电池极化及欧姆内阻小，锂电池性能好，适用于涂布所有高粘度电池浆料。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例1的透视结构示意图；

图2为本发明实施例2防粘装置为隔膜9时的透视结构示意图；

图3为本发明实施例3防粘装置为气源10时的透视结构示意图；

图4为本发明实施例11中利用本申请打散方式将电池浆料打散后的电镜图；

图5为本发明实施例11中利用传统打散方式将电池浆料打散后的电镜图。

图中：1-集流体，2-输料装置，21-筒体，201-出料口，22-绞龙，23-输料电机，3-进料斗，4-支架，5-振动器，6-出料网，7-振动源，8-涂布对辊机，81-第一涂布辊，82-第二涂布辊，9-隔膜，10-气源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的高粘度电池浆料振动打散进料装置、涂布装置及涂布方法为优选实施例，仅用于说明和解释本发明，并不构成对本发明的限制。

实施例1高粘度电池浆料振动打散进料装置

本实施例如图1所示，一种高粘度电池浆料振动打散进料装置，包括进料斗3和用于向进料斗3输送电池浆料的输料装置2，所述输料装置2采用现有技术中的双螺杆输送机，包括筒体21、设于筒体21内的绞龙22和用于驱动绞龙22转动的输料电机23，所述筒体21上设有进料口和出料口201，所述出料口201的直径较小，方便电池浆料带着压力排出，所述出料口201设于进料斗3内，保证电池浆料全部进入进料斗3，不会造成浪费。所述进料斗3内设置有用于将电池浆料打散的振动打散装置，所述振动打散装置包括设于进料斗3内支架4和固设于支架4上的振动器5，所述支架4为固定在进料斗3的内壁上，用于承载振动器5，所述振动器5采用现有技术，设置在出料口201的上方，当电池浆料由出料口201喷出后，上下振动的振动器5与电池浆料接触，将膏状或块状的电池浆料的打散，由于振动器5振动的频率较高，能将电池浆料粉碎成较小的颗粒，实现打散的目的。

所述进料斗3的底部为锥形，且其出口上固设有出料网6，出料网6上的网孔为圆形孔、菱形孔或条形孔中的任意一种，本实施例采用的是菱形孔。所述进料斗3与集流体1垂直设置，即进料斗3的上下方向为其长度方向，其长度方向与集流体1的运动方向垂直，被打散的电池浆料落在出料网6上，然后通过出料网6上的网孔排出。电池浆料被打散时，会随着振动器5分散在进料斗3的内壁上，在进料斗3上设有振动源7，使进料斗3振动，将进料斗3内壁上附着的电池浆料振动下来，避免电池浆料的浪费，所述振动源7采用现有技术中的气动振动器、电动振动台或压电晶体振动头中的任意一种，本实施例采用的是压电晶体振动头。

实施例2高粘度电池浆料涂布装置

本实施例提供了一种高粘度电池浆料涂布装置，如图2所示，包括实施例1所述的高粘度电池浆料振动打散进料装置，还包括用于将电池浆料辊压在集流体1上的涂布对辊机8和防止电池浆料粘在涂布对辊机8上的防粘装置，所述涂布对辊机8采用现有技术，包括用于承载集流体1的第一涂布辊81和用于压实电池浆料的第二涂布辊82，附着了电池浆料的集流体1进入涂布对辊机8，通过调整第一涂布辊81和第二涂布辊82之间的间隙，将电池浆料辊压在集流体1上。虽然被打散后的电池浆料均匀地附着在集流体1上，但是辊压时，由于电池浆料具有粘度，还会有一部分粘在第二涂布辊82上，使集流体1上的电池浆料厚度产生偏差，降低了涂布的精度，而防粘装置很好的解决了电池浆料粘在第二涂布辊82上这一问题。

所述防粘装置为设置在第二涂布辊82上随集流体1运动的隔膜9，所述隔膜9采用现有技术，将隔膜9绕过第二涂布辊82，随着第二涂布辊82转动，当电池浆料被第二涂布辊82辊压时，隔膜9被压到电池浆料上，并融进电池浆料。隔膜9将电池浆料和第二涂布辊82隔开，有效防止电池浆料粘在第二涂布辊82上。

实施例3高粘度电池浆料涂布装置

本实施例与实施例2的结构基本相同，不同的是防粘装置的结构。如图3所示，所述防粘装置为设置在第二涂布辊82内的气源10，所述气源10采用现有技术，为高压气泵或高压气嘴，所述气源10向第二涂布辊82的表面喷出高压气体，所述气源10喷出高压气体的方向为第一涂布辊81和第二涂布辊82的间隙处和间隙的下方，保证第二涂布辊82在辊压电池浆料时，不与第二涂布辊82发生粘连。所述第二涂布辊82为带有网孔的筒状，将第二涂布辊82设置为空心的筒状，即在第二涂布辊82的外圆周上设置网孔，保证气源10喷出的高压气体能由第二涂布辊82喷出。当电池浆料被第二涂布辊82辊压时，高压气体充斥着第二涂布辊82的表面，电池浆料在高压气体的排斥下，不与第二涂布辊82粘连，起到防粘的作用。此种结构既能避免电池浆料中掺杂其他材料，提高电池浆料的纯净度，还能节省干燥电池浆料的时间，防粘效果好。

本实施例的防粘装置将电池浆料打散后，均匀地附着在集流体1上后，进入涂布对辊机8，第二涂布对辊机8辊压电池浆料时，气源10喷出的高压气体使电池浆料与第二涂布辊82的表面形成气流层，不与第二涂布辊82粘连。

实施例4高粘度电池浆料涂布方法

一种高粘度电池浆料涂布方法，采用粘度为10000mPa·s的电池浆料，此种电池浆料的粘度大，是因为在制备电池浆料时，不加或少加溶剂，使电池浆料失去流动性，失去流动性的电池浆料粘度大于10000mPa·s，形成膏状，当电池浆料的粘度足够大，形成块状后，电池浆料已经完全失去流动性，其硬度的标准只能用锥入度表示。由于电池浆料失去流动性，电池浆料不能通过流体状态以自动找平的方式附着在集流体1上，因此，本实施例针对这种情况，改进涂布方法，使其适用于涂布流动性较小或没有流动性的高粘度电池浆料。

将电池浆料放入筒体21内，通过绞龙22将电池浆料输送到进料斗3中，在输送电池浆料时，调整输送的压力为0.1MPa，使电池浆料以0.1MPa的压力输出，并喷射到振动器5上。调节振动器5的振动频率为50Hz，振幅为10mm，高速振动的振动器5将电池浆料打散，被打散后的电池浆料落在集流体1上。为了防止被打散的电池浆料附着在进料斗3的内壁上，调整进料斗3上的振动源7频率为600000Hz，将进料斗3内壁上的电池浆料振动下来。附着了电池浆料的集流体1进入涂布对辊机8，将打散后的电池浆料涂布到集流体1上，并进行压实。

第二涂布辊82在压实电池浆料时，防止电池浆料粘在第二涂布辊82上的方法为：在第二涂布辊82上附着隔膜9，当电池浆料随着集流体1运动到第一涂布辊81和第二涂布辊82之间的间隙时，隔膜9粘在电池浆料上，随着集流体1进入下一道工序，涂布后的集流体1上形成一层被压实的电池浆料，电池浆料上还会形成隔膜层。

实施例5-10高粘度电池浆料涂布方法

实施例5-10与实施例4的涂布方法相同，不同的是防止电池浆料粘在第二涂布辊82上的方法和各项参数的设定，具体见表1。实施例5-10采用的防止电池浆料粘在第二涂布辊82上的方法为：使进料斗3与集流体1垂直设置，将第二涂布辊82设置为带网孔的筒状，并在第二涂布辊82的内部设置气源10，使气源10喷出来的气流带压吹向第二涂布辊82的表面，使电池浆料在气流压力的作用下，不与第二涂布辊82接触，有效避免电池浆料粘在第二涂布辊82上。

表1

实施例5-10的涂布方法适用于高粘度，高固含量的电池浆料，此种电池浆料中不加或少加溶剂，通过将高粘度的电池浆料振动打散，进行涂布，其涂布厚度的精度可控制在±1.5μm，与现有较好的涂布技术控制精度持平。此外，由于此种电池浆料中各组分物料混合分散更均匀，制备的极片不易分层，进而会提升后续制备的锂电池性能，同时由于缩短了烘烤时间，可提高生产效率，降低生产成本。

实施例11验证利用实施例4-10的涂布方法涂布的效果

验证利用本申请的涂布方法，所需电池浆料的分散效果：

电池浆料由正极材料或负极材料、导电剂、粘接剂、溶剂等部分组成，涂布前需要将这几种原料充分混合分散，混合分散的越均匀，后续制备出的锂电池的性能就会越好。但是导电剂颗粒粒径小、比表面积大、容易团聚，不易分散，成为影响锂电池性能的重要因素之一。本申请在涂布前将电池浆料带压喷到振动装置上振动打散，由于单位时间内喷出的电池浆料较少，压力较大，且振动频率较高，能将电池浆料瞬时打散，将容易团聚的导电剂分散开，从而使导电剂均匀的分散于活性材料之间，更好的起到导电网络的作用。如图4所示，利用本申请的振动打散方式，能将电池浆料分散得更加均匀，如图5所示，传统的打散方式部分导电剂没有很好的被分散开，存在团聚现象。由图4和图5的电镜图可以看出，用本申请的方法打散的浆料分散均匀性要明显优于传统的打散方法，导电剂能形成均匀的导电网络，使最终制备的锂电池导电性能好。

验证利用本申请的涂布方法制备的电池极片，烘烤溶剂的效率：

将电池正极浆料涂布到集流体上后形成电池极片，由于电池浆料中存在溶剂，因此，需要通过烘烤将溶剂蒸发出来，减少溶剂对电池质量的影响。取实施例4-10的电池浆料进行验证，实施例4-10的电池浆料中的溶剂含量少，固含量高，粘度大，用实施例4-10制备的电池极片需要烘烤的时间见表2：

表2烘烤不同固含量的电池浆料中溶剂的时间表

由表2可知，减少溶剂的使用量，增加电池浆料的固含量，能缩短烘烤的时间，提高极片的制备效率，烘烤的成本也能大大降低。

验证利用本申请的涂布方法涂布厚度的均匀性：

利用实施例4-10的涂布方法将负极电池浆料涂布到集流体上形成极片，记为样本A-G，电池极片烘干后，将每个样本分别收卷在滚筒上。纵向剖切检测15个位置点，记录其厚度数值，见表3；横向剖切检测15个位置点，记录其厚度数值，见表4；

表3纵向剖切的数据

表4横向剖切的数据

由表3和表4可知，样本A-G的厚度精度控制均在±1.5um以下，且通过计算，得到表3中极片厚度的极差为1.8μm，表4中极片厚度的极差为2.3μm，由此可知，利用实施例4-10的涂布方法制备的电池极片厚度均匀性好，且其厚度能达到本领域中对电池极片要求的厚度精度。

验证利用本申请的涂布方法制备的锂电池的循环寿命：

利用实施例4的涂布方法进行电池浆料的涂布，并且制备成多个锂电池，任意选取其中的10个锂电池的电芯作为测试样本，分别记为：CE201122-01～CE201122-10，利用充放电测试柜对10个样本其进行200T的1C充放循环测试，测试结果见表5：

表5 10个样本的1C充放循环测试结果

由表5可知，经过200T循环之后，10个样本的容量衰减率均在2％以内，循环稳定性好，且仍能保持在一个较高的水平，循环寿命好。利用实施例5-10中的涂布方法得到的锂电池进行多次实验后，得到其循环性能与表5中记录的数据极为接近，在此，不再一一赘述。

综上所述，利用本申请的涂布方法制备的电池极片，能将高粘度电池浆料中的各组分物料分散的更加均匀，制备的锂电池性能更好。本申请的振动打散方式对电池浆料的流动性要求低，因此，在配置电池浆料时，能减少溶剂的使用，固含量升高，大大降低了后期烘烤溶剂的时间，提高了生产效率，节省了生产成本，溶剂使用的减少还能使形成的电池极片不易分层，活性物质和导电剂不易团聚。利用本申请的涂布方法制备的电池极片厚度均匀，厚度精度高。传统的涂布工艺对电池浆料的制备要求非常高，不但需要使电池浆料具有很好的流动性，还需要将电池浆料在涂布前进行高速分散，使配料混合均匀。而本申请是将电池浆料在涂布前进行高速打散，能大大减少溶剂的使用。

Claims (5)

1.一种高粘度电池浆料振动打散进料装置，包括进料斗和用于向进料斗输送电池浆料的输料装置，其特征在于：所述进料斗内设置有用于将电池浆料打散的振动打散装置；

所述进料斗的底部为锥形，且与集流体垂直设置；所述进料斗上设有使进料斗振动的振动源，且其出口上固设有出料网；

所述振动打散装置包括设于进料斗内的支架和固设于支架上的振动器。

2.一种高粘度电池浆料涂布装置，其特征在于：包括权利要求1所述的高粘度电池浆料振动打散进料装置，还包括用于将电池浆料辊压在集流体上的涂布对辊机和防止电池浆料粘在涂布对辊机上的防粘装置，所述涂布对辊机包括用于承载集流体的第一涂布辊和用于压实电池浆料的第二涂布辊；

所述防粘装置为以下任意一种：

a1：设置在第二涂布辊上随集流体运动的隔膜；

a2：设置在第二涂布辊内的气源，所述气源的喷气方向朝向第二涂布辊的表面；所述第二涂布辊为带网孔的筒状。

3.一种高粘度电池浆料涂布方法，其特征在于：包括依次进行的如下步骤：

S1：制备粘度大于10000mPa·s或锥入度为0 .5～40mm的电池浆料；

S2：将电池浆料输入到权利要求2所述的高粘度电池浆料涂布装置中，并使电池浆料以0 .1～50MPa的压力通过输料装置输送到进料斗中；

S3：调节进料斗中的振动打散装置，使其振动频率为50～1000000Hz、振幅为0.0001～10mm，将电池浆料打散；

S4：通过涂布对辊机，将打散后的电池浆料涂布到集流体上。

4.根据权利要求3所述的高粘度电池浆料涂布方法，其特征在于：S3中，通过振动源使打散的电池浆料落在集流体上，振动源的振动频率为50～1000000 Hz。

5.根据权利要求3或4所述的高粘度电池浆料涂布方法，其特征在于：S4中，防止电池浆料粘在第二涂布辊上的方法为以下任意一种：

b1：在第二涂布辊上附着隔膜，当电池浆料随着集流体运动到第一涂布辊和第二涂布辊之间的间隙时，隔膜粘在电池浆料上，随着集流体进入下一道工序；

b2：当进料斗与集流体垂直设置时，将第二涂布辊设置为带网孔的筒状，并在第二涂布辊的内部设置气源，以气流0 .1～500MPa吹向第二涂布辊的表面。