CN115253755A - 一种锂电匀浆设备及其匀浆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电匀浆设备，包括设备主体，所述设备主体上设有控制系统，所述设备主体内设有均质机，所述设备主体外设有粉体罐组件和液体罐组件，所述粉体罐组件和液体罐组件分别和均质机连接，所述控制系统分别与均质机、粉体罐组件、液体罐组件连接。本发明还公开了一种锂电匀浆设备的匀浆方法。本发明通过各种机构组件的相互配合使用，能够提升匀浆的效果和效率，提高生产效率，提高对匀浆粘度的适应性，使得浆液被混合得更加均匀，本发明的结构也更简单紧凑，易于拆装，所占空间小，节约成本。

Description

一种锂电匀浆设备及其匀浆方法
技术领域
本发明涉及匀浆技术领域，尤其涉及一种锂电匀浆设备及其匀浆方法。
背景技术
随着消费类电子产品以及新能源汽车的广泛应用，锂离子电池成为了研究热点之一，浆料的制备是锂离子电池生产环节的关键工序，电极浆料的性能对锂离子电池的性能有着重要的影响。电极浆料中各组分分散得均匀性，直接影响极片的加工性能，其中混料工艺在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度大于30％，是整个生产工艺中最重要的环节。锂离子电池的电极制造中，正负极浆料基本上都是由活性物质、聚合物胶黏剂、导电剂等组成。电极浆料的混料工艺大概分为两种：
湿法混料工艺，基本过程是先将胶黏剂、导电剂等物质进行混合搅拌，随后加入活性物质进行充分的搅拌分散，最后加入适量溶剂进行粘度的调整，以适合涂布。这是目前国内的主流工艺。
干法混料工艺，基本过程为活物质、导电剂和胶黏剂干粉混合，加入适量溶剂润湿，加入溶剂高速分散破碎，稀释调节粘度。
常规干法搅拌工艺中，在润湿步骤，溶剂量、搅拌转速和时间选择不合适很容易出现品质问题，而这又与原料的颗粒大小、尺寸分布、比表面积等关系密切，这些参数稍有变化，相应的溶剂量和搅拌工艺条件也需要作出调整。如果第一步加入溶剂量过多，颗粒团聚体不容易分散，出现浆料细度大、导电剂分布不均匀的品质问题。而如果第一步加入的溶剂过少，润湿搅拌作用力大，胶黏剂也无法充分分散溶解或者出现胶黏剂长链被破坏的情况，导致浆料粘度和稳定性出现问题。
湿法制浆工艺所耗时间较短、工艺较为简单，浆料流动性好且气泡较少。但是湿法搅拌工艺存在的问题是，由于导电剂表面积大，容易吸收溶剂，导致溶剂的流动性较差，加入活物质后，不易达到均匀分散的状态。在相同的固含量条件下，与干法制浆工艺相比浆料的粘度偏高。
目前的锂电匀浆设备结构复杂，效率低。
发明内容
鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种锂电匀浆设备及其匀浆方法，能够提升匀浆的效果和效率，提高生产效率，提高对匀浆粘度的适应性，结构简单紧凑。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种锂电匀浆设备，用于锂电材料匀浆，所述锂电匀浆设备包括设备主体，所述设备主体上设有控制系统，所述设备主体内设有均质机，所述设备主体外设有粉体罐组件和液体罐组件，所述粉体罐组件和液体罐组件分别和均质机连接，所述控制系统分别与均质机、粉体罐组件、液体罐组件连接。
依照本发明的一个方面，所述粉体罐组件包括粉体罐、粉体阀、粉体管，所述粉体阀安装在粉体管上，粉体阀与控制系统连接，所述粉体管一端与粉体罐连接、另一端与均质机连接。
依照本发明的一个方面，所述液体罐组件包括液体罐、液体阀、液体管，所述液体阀安装在液体管上，液体阀与控制系统连接，所述液体管一端与液体罐连接、另一端与均质机连接。
依照本发明的一个方面，所述均质机包括均质电机、转子、定子、壳体，所述均质电机一端与控制系统连接、另一端与转子连接，所述转子与定子配合连接，二者之间形成分散腔，所述定子固定在壳体内，所述均质电机连接在壳体一侧，所述转子设在壳体内。
依照本发明的一个方面，所述壳体上设有粉体进口、液体进口、浆液出口，所述粉体进口与粉体管连接，所述液体进口与液体管连接，所述粉体进口、液体进口、浆液出口分别与分散腔连通。
一种锂电匀浆方法，包括以下步骤：
在粉体罐内放入定量的粉体，在液体罐内放入定量的液体；
打开液体阀，使得液体进入均质机内；
启动均质机；
待均质机内达到预设负压后，开启粉体阀，使得粉体进入均质机内后和液体充分混合；
混合后形成的浆液进入液体罐；
液体罐内的浆液反复进入均质机进行均质；
待粉体全部进入均质机后，关闭粉体阀；
均质机维持预定速度运行一段维持时间；
关闭均质机，混合完毕的浆液通过浆液出口排出并收集。
依照本发明的一个方面，所述预设负压为0.4mbar，所述预定速度为28-30m/s，所述维持时间为5-10分钟。
本发明实施的优点：通过以高速均质机为基础，将原有工艺进行了优化，使液体和粉体分别通过卧式锂电均质机的均质形成良好的分散。即先开启均质机，待达到设定速度后，开启液体罐组件的液体阀或者说液体控制蝶阀，使液体组分在系统中流动形成循环，此时在腔体形成负压，开启粉体阀或者说粉体控制蝶阀，活性材料粉末即粉体将被吸入分散腔，在定转子高剪切力的作用下进行高效分散。待粉体全部进入后关闭粉体控制蝶阀，此时浆液已经进行了较充分的混合，在高速均质一段工艺时间后，锂电浆液混合完毕。本发明能够提升匀浆的效果和效率，提高生产效率，提高对匀浆粘度的适应性，使得浆液被混合得更加均匀，本发明的结构也更简单紧凑，易于拆装，所占空间小，节约成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中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为本发明所述的一种锂电匀浆设备的结构示意图；
图2为本发明所述的均质机的结构示意图；
图3为本发明所述的匀浆方法示意图。
图中序号所对应的名称如下：
1、设备主体；2、控制系统；3、均质机；31、均质电机；32、转子；33、定子；34、壳体；35、分散腔；4、粉体罐组件；41、粉体罐；42、粉体阀；43、粉体管；5、液体罐组件；51、液体罐；52、液体阀；6、粉体进口；7、液体进口；8、浆液出口。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2、图3所示，一种锂电匀浆设备，用于锂电材料匀浆，所述锂电匀浆设备包括设备主体1，所述设备主体1上设有控制系统2，所述设备主体1内设有均质机3，所述设备主体1外设有粉体罐组件4和液体罐组件5，所述粉体罐组件4和液体罐组件5分别和均质机3连接，所述控制系统2分别与均质机3、粉体罐组件4、液体罐组件5连接。该设备结构更简单紧凑，易于拆装，所占空间小，节约成本。
在实际应用中，粉体罐组件4包括粉体罐41、粉体阀42、粉体管43，所述粉体阀42安装在粉体管43上，粉体阀42与控制系统2连接，所述粉体管43一端与粉体罐41连接、另一端与均质机3连接，粉体管43用作将粉体罐41和均质机3之间的粉体输送通道，粉体阀42用于粉体输送的启停、用于粉体的限量，粉体阀42依据实际情况选用，可采用常规的蝶阀。
在实际应用中，液体罐组件5包括液体罐51、液体阀52、液体管，所述液体阀52安装在液体管上，液体阀52与控制系统2连接，所述液体管一端与液体罐51连接、另一端与均质机3连接，液体管用作将液体罐51和均质机3之间的液体输送通道，液体阀52用于液体输送的启停、用于液体的限量，液体阀52依据实际情况选用，可采用常规的蝶阀。
在实际应用中，粉体罐41和液体罐51都不限定形状，都依据实际情况而定。粉体罐41用于储存粉体，液体罐51用于储存液体，所述粉体、液体都为锂电材料。粉体罐41工作前储存粉体的方式可通过人为倾倒存放，也可采用管道进行泵送，具体方式依据实际情况而定；液体罐51工作前储存液体的方式，与粉体罐41工作前储存粉体的方式一致。
在实际应用中，均质机3包括均质电机31、转子32、定子33、壳体34，所述均质电机31一端与控制系统2连接、另一端与转子32连接，所述转子32与定子33配合连接，二者之间形成分散腔35，所述定子33固定在壳体34内，所述均质电机31连接在壳体34一侧，所述转子32设在壳体34内。所述均质电机31为高速电机，可驱动转子32高速转动。所述转子32、定子33、分散腔35都不限定结构形状，依据实际情况而定，所述分散腔35用作粉体和液体的分散混合场所。所述转子32和定子33可发生高速相对转动，产生高剪切力，用于对粉体和液体充分混合、用于充分混合锂电浆液。
在实际应用中，均质机3在设备主体1内水平安装，粉体罐41、液体罐51都在设备主体1外竖直安装。所述设备主体1不限定形状，依据实际情况而定，用于整个设备的安装和支撑。所述均质机3选用卧式均质机3，其高度小于或等于1.5米，所述均质机3的具体尺寸依据实际情况而定，或者说依据粉体罐41和液体罐51二者的容量、布置间距而定。
在实际应用中，均质机3的壳体34上设有压力表，所述压力表与壳体34内部连通，用于测量均质机3内部负压，便于人员直观的了解均质机3内部压力情况。
在实际应用中，控制系统2可选用PLC数控系统。所述粉体阀42、液体阀52都可通过控制系统2自动控制开闭，也可人为进行开闭。控制系统2可控制均质电机31旋转。通过控制系统2控制各组件工作，使得整个流程更程序化、规范化，不易出错，操作也更便捷实用。
在实际应用中，壳体34上设有粉体进口6、液体进口7、浆液出口8，所述粉体进口6与粉体管43连接，所述液体进口7与液体管连接，所述粉体进口6、液体进口7、浆液出口8分别与分散腔35连通。所述粉体进口6、液体进口7分别对应的用于粉体、液体进入均质机3的分散腔35内，所述浆液出口8用于混合完毕后的、混合好的锂电浆液的排出。可在设备主体1内或在整个设备外界设一收集装置，将收集装置与浆液出口8连接，用于收集混合均匀的锂电浆液。
本发明的均质机3的工作流程如下：当液体通过液体进口7进入分散腔35内，以及粉体通过粉体进口6进入分散腔35内后，通过控制系统2控制均质电机31高速转动，带动转子32高速转动，使得转子32和定子33之间形成高剪切力，从而使得液体和粉体在分散腔35内进行高效分散混合，混合完毕后形成的浆液通过浆液出口8排出并进行收集。
基于上述锂电匀浆设备的一种锂电匀浆方法，包括以下步骤：
在粉体罐41内放入定量的粉体，在液体罐51内放入定量的液体；
打开液体阀52，使得液体进入均质机3的分散腔35内；
通过控制系统2启动均质机3，启动线速度约为10m/s，待启动5s后，线速度将达到28-30m/s，线速度的最终具体数值依据物料的粘度而定；
此时均质机3内形成负压，待均质机3内负压达到0.4mbar后，通过控制系统2开启粉体阀42，使得粉体进入均质机3的分散腔35内后和液体充分混合；
混合后形成的锂电浆液进入液体罐51；
液体罐51内的锂电浆液重新进入均质机3进行均质后，再进入液体罐51，再重新进入均质机3进行均质，反复如此；
待粉体全部进入均质机3后，即所需的粉体罐41内定量的粉体已经全部进入均质机3内后，通过控制系统2关闭粉体阀42；
均质机3维持速度28-30m/s运行5-10分钟，便于锂电浆液进行充分均质混合，所述维持时间的长短可依据浆液总量进行调整，或者说维持时间依据液体罐中物料的体积而定；
关闭均质机3，混合完毕的浆液通过浆液出口8排出并收集。
在实际应用中，液体罐51内设有搅拌机，便于混合后形成的锂电浆液进入液体罐51后再次被充分搅拌。混合后的浆液进入液体罐51后，进行循环工艺，即液体一直在整个系统中循环流动，粉体每次有一部分进入均质机3与液体进行混合，直至全部粉体进入液体罐51形成均质。均质机3内的负压数据可通过压力表读取，一般均质机3内的负压的范围是在0.1-0.4mbar之间。
在实际应用中，机器的流量来自于机器的线速度即RPM，通过控制转速就能控制流量大小。同时，均质腔体的负压也来自于机器的转速，因为快速流动的液体带走了空气形成了负压，所以调整机器的主要方式就是在温度受限(高速会导致比较大的升温，所以不得不控速)的条件下对转速的控制。本发明设备通过控制转速所取得的效果，如下表所示：
相同体积同种物料
Figure BDA0003738524780000071
相同体积不同物料
Figure BDA0003738524780000072
其中的LFP、CNT、NCM、NMP都为常规锂离子电极材料，LFP为磷酸铁锂正极材料，CNT为碳纳米管导电浆料，NCM为Ni-Co-Mn三元正极材料，NMP为N-甲基吡咯烷酮。
对比现有的双行星搅拌机，本发明设备将总均质时间从200分钟降至45分钟左右，效率有了极大的提高，同时本发明设备的紧凑型设计，所占空间小，可以解决双行星搅拌器会导致厂房高度过高的问题。
本发明设备与现有技术设备的产能和能耗等参数对比，如下表所示：
Figure BDA0003738524780000081
对比现有的双行星分散机和双螺杆混料机，本发明设备提高了产能，减小了占地面积，所占空间小，极大的降低了能耗，提高了生产效率。
本发明实施的优点：通过以高速均质机3为基础，将原有工艺进行了优化，使液体和粉体分别通过卧式锂电均质机3的均质形成良好的分散。即先开启均质机3，待达到设定速度后，开启液体罐组件5的液体阀52或者说液体控制蝶阀，使液体组分在系统中流动形成循环，此时在腔体形成负压，开启粉体阀42或者说粉体控制蝶阀，活性材料粉末即粉体将被吸入分散腔35，在定转子高剪切力的作用下进行高效分散。待粉体全部进入后关闭粉体控制蝶阀，此时浆液已经进行了较充分的混合，在高速均质一段工艺时间后，锂电浆液混合完毕。本发明能够提升匀浆的效果和效率，提高生产效率，提高对匀浆粘度的适应性，使得浆液被混合得更加均匀，本发明的结构也更简单紧凑，易于拆装，所占空间小，节约成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种锂电匀浆设备，用于锂电材料匀浆，所述锂电匀浆设备包括设备主体(1)，其特征在于，所述设备主体(1)上设有控制系统(2)，所述设备主体(1)内设有均质机(3)，所述设备主体(1)外设有粉体罐组件(4)和液体罐组件(5)，所述粉体罐组件(4)和液体罐组件(5)分别和均质机(3)连接，所述控制系统(2)分别与均质机(3)、粉体罐组件(4)、液体罐组件(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂电匀浆设备，其特征在于，所述粉体罐组件(4)包括粉体罐(41)、粉体阀(42)、粉体管(43)，所述粉体阀(42)安装在粉体管(43)上，粉体阀(42)与控制系统(2)连接，所述粉体管(43)一端与粉体罐(41)连接、另一端与均质机(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种锂电匀浆设备，其特征在于，所述液体罐组件(5)包括液体罐(51)、液体阀(52)、液体管，所述液体阀(52)安装在液体管上，液体阀(52)与控制系统(2)连接，所述液体管一端与液体罐(51)连接、另一端与均质机(3)连接。
4.根据权利要求1所述的一种锂电匀浆设备，其特征在于，所述均质机(3)包括均质电机(31)、转子(32)、定子(33)、壳体(34)，所述均质电机(31)一端与控制系统(2)连接、另一端与转子(32)连接，所述转子(32)与定子(33)配合连接，二者之间形成分散腔(35)，所述定子(33)固定在壳体(34)内，所述均质电机(31)连接在壳体(34)一侧，所述转子(32)设在壳体(34)内。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种锂电匀浆设备，其特征在于，所述壳体(34)上设有粉体进口(6)、液体进口(7)、浆液出口(8)，所述粉体进口(6)与粉体管(43)连接，所述液体进口(7)与液体管连接，所述粉体进口(6)、液体进口(7)、浆液出口(8)分别与分散腔(35)连通。
6.一种锂电匀浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
在粉体罐(41)内放入定量的粉体，在液体罐(51)内放入定量的液体；
打开液体阀(52)，使得液体进入均质机(3)内；
启动均质机(3)；
待均质机(3)内达到预设负压后，开启粉体阀(42)，使得粉体进入均质机(3)内后和液体充分混合；
混合后形成的浆液进入液体罐(51)；
液体罐(51)内的浆液反复进入均质机(3)进行均质；
待粉体全部进入均质机(3)后，关闭粉体阀(42)；
均质机(3)维持预定速度运行一段维持时间；
关闭均质机(3)，混合完毕的浆液通过浆液出口(8)排出并收集。
7.根据权利要求6所述的一种锂电匀浆方法，其特征在于，所述预设负压为0.4mbar，所述预定速度为28-30m/s，所述维持时间为5-10分钟。
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