CN118147938A - 一种电池级cmc用棉浆的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及棉浆技术领域，公开了一种电池级CMC用棉浆的生产方法，首先将二次棉短绒经松绒、破碎、干式除杂和切断前处理，然后泵入备料池中，与蒸煮液混合，进行高温蒸煮，接着采用精浆机和磨浆机串联，进行打浆操作，再经阶段式漂白工艺，进行漂白操作，最后经常规抄造工艺，即可，以该种方式生产得到的CMC棉浆具有聚合度相对集中，白度能够控制在80％以上，尘埃低于180mm²/500g，硫酸透明度高于85％，因此具有无游离纤维和凝胶颗粒特点，符合电池级CMC用棉浆的质量标准，可作为锂离子电池电极材料的粘结剂，保障锂离子电池的使用寿命。

Description

一种电池级CMC用棉浆的生产方法

技术领域

本发明涉及棉浆技术领域，具体涉及一种电池级CMC用棉浆的生产方法。

背景技术

近年来，电动汽车和可再生能源技术的快速发展，锂电池以高能量密度和长循环寿命等特点，已成为能源存储的主流解决方案。锂离子电池的主要组成部分有电解液、隔膜和电极材料，电极材料材质的优劣对锂离子电池的综合性能具有重要影响，因此，电极材料的材质选择尤为重要。

锂离子电池电极材料的主要组成部分为活性物质、导电剂和粘结剂，由于目前使用的活性物质在充放电过程中往往会伴随着体积变化，这就要求使用的粘结剂需要具有较高的粘度，否则会在活性物质不断地体积变化过程中发生剥离，造成电极材料损坏，进而影响电池的使用寿命。

由于纤维素棉浆具有环保、成本低等优势，因此以纤维素棉浆作为锂离子电池电极材料的粘结剂成为主流趋势，目前，为了是棉浆具有高粘性能，基本上采用的是高碱高温短时间蒸煮技术，也有用横管连蒸来生产高粘棉浆的，但这些生产方法生产的电池级CMC主要表现为溶解后游离纤维和凝胶颗粒较多，无法达到作为锂离子电池电极材料粘合剂的质量要求。

基于此，本发明提供了一种电池级CMC用棉浆的生产方法，可生产出满足锂离子电池电极材料质量标准的纤维素棉浆。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池级CMC用棉浆的生产方法，解决了常规方法制得的高粘棉浆溶解后游离纤维较多的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种电池级CMC用棉浆的生产方法，包括以下步骤：

第一步、蒸煮

将经前处理的二类棉短绒泵入备料池中，利用计量泵将蒸煮液泵入横管喂料器的“T”管中与棉短绒混合，控制横管温度为129-135℃，保温处理后进行淡黑液帮助卸料，进入喷放仓，完成蒸煮，利用挤浆机对浓黑液进行提取，并进行洗涤操作；

在上述技术方案中，喂料器会产生高压缩比，然后进入“T”型管中，并产生膨胀，使棉短绒能够充分吸收蒸煮液，同时，横管中定速螺杆会对物料进行充分搅拌，保证物料蒸煮均匀，相较于常规蒸球搅拌来说，该种搅拌方式能够有效解决蒸煮期间物料翻转不均匀的现象，同时棉短绒在进入横管之前需要切短，这样更有利于对蒸煮液的吸收保证蒸煮效果高于蒸球。这样制得的棉浆具有高度集中性，后期更有利于碱纤维素生产，这样就会大大减少未反应纤维的数量，有利于形成游离纤维较少的CMC棉浆。

第二步、打浆

采用精浆机和磨浆机串联，进行打浆操作，控制除砂浆浓为0.4％-0.5％，除砂器运行压力为2.8-3.5kgf/cm²；

在上述技术方案中，由于在打浆过程中会产生不匀称的细小纤维和过长纤维，细小纤维容易反应，会在后期产生较为剧烈的反应，导致纤维溶水后形成凝胶，不利于CMC棉浆的制备，而过长纤维会引起反应时取代位置不均匀，溶水后形成大量游离纤维段，采用串联打浆的方式可产生一次成浆的效果，能够使纤维长度相对匀整，有效减少细小纤维的含量。

第三步、漂白

使用二氧化氯漂液进行段式漂白工艺，漂白结束后用反渗透水进行洗涤至残酸＜0.05g/L，接着进行漂后精选除砂处理；

第四步、抄造

通过成浆池浆泵泵入配浆箱，然后流到流浆箱上网，经过流浆箱喷浆口均匀流到网上，经案辊和真空箱吸水，再经过真空伏辊吸水，形成湿纸页进入压榨，控制压榨压力，保证浆板密度在0.45-0.55g/cm³之间。

在上述技术方案中，经抄造的纤维素棉浆密度较小，手感柔软，有利于碱纤维素的生成。

更进一步地，第一步中，所述前处理具体为：将二类棉短绒依次经过开棉机和二次开棉机，对棉短绒进行松绒、破碎，然后经过干式除杂机组进行除杂，再经过喷淋螺压进入旋风碎浆机中，进行切断处理，即可。

更进一步地，第一步中，所述蒸煮液的配置方法为：将氢氧化钠与水混合，控制氢氧化钠的加入量为10-12％，升高温度至60-80℃，搅拌至形成均匀溶液后，继续加入0.5-1％的渗透剂JFC和1.5-1.6％的亚硫酸钠，混合均匀，即可。

在上述技术方案中，渗透剂JFC的加入可以降低蒸煮液的表面张力，加速碱液渗透到棉纤维内部，亚硫酸钠可以消除蒸煮过程中产生以及投料过程中带入的具有氧化性质的物质，保证可以得到较高的聚合度，较高的液比可以保证每根棉纤维都能与蒸煮液混合均匀，保证每根纤维都能被处理，去除纤维表面及胞腔的杂质，达到提纯每根纤维的作用。

更进一步地，第三步中，所述段式漂白工艺具体为：

第一段、将浆液pH调节至3.5，同时将温度控制为50℃，向浆液中加入二氧化氯漂液，控制氯量为0.3-0.4g/L，漂白60min后，进行洗涤；

第二段、将完成洗涤的浆液加热调减控制pH为11-12，处理60min后，出料，经洗涤操作后，加热至45℃，并将pH调节为3；

第三段、将二氧化氯漂液加入至浆料中，控制有效氯量为0.12-0.2g/L，处理80min后，出料，进行洗涤操作，接着进行调酸，控制酸量为0.5-0.8g/L，然后处理60min，出料。

在上述技术方案中，采用二氧化氯漂白液进行漂白工艺，二氧化氯漂白剂具有针对性，对面纤维的破坏性较小，而对有色物质作用较强，同时漂白产生的二噁英也少，因此具有降低聚合度的能力，并且还能对尘埃具有较强的去除能力，有利于提高棉浆的白度，高温漂白过程中还会对纤维产生润胀作用，进而提高纤维的活性。

本发明的有益效果：

以本发明的生产方法制得的纤维素棉浆聚合度相对集中，白度能够控制在85％以上，尘埃低于180mm²/500g，硫酸透明度高于85％，符合电池级CMC用棉浆的质量标准，可作为锂离子电池电极材料的粘结剂，保障锂离子电池的使用寿命。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明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。

实施例1

一种电池级CMC用棉浆的生产方法，包括以下步骤：

第一步、将二类棉短绒依次经过开棉机和二次开棉机，对棉短绒进行松绒、破碎，然后经过干式除杂机组进行除杂，再经过喷淋螺压进入旋风碎浆机中，进行切断处理后泵入备料池中；

第二步、将氢氧化钠与水混合，控制氢氧化钠的加入量为棉短绒总质量的11％，升高温度至60℃，搅拌至形成均匀溶液后，继续加入棉短绒总质量0.5％的渗透剂JFC和棉短绒总质量1.5％的亚硫酸钠，混合均匀，配置成蒸煮液；

第三步、利用计量泵将蒸煮液泵入横管喂料器的“T”管中与棉短绒混合，控制横管温度为129-135℃，保温处理后进行淡黑液帮助卸料，进入喷放仓，完成蒸煮，利用挤浆机对浓黑液进行提取，并进行洗涤操作；

第四步、打浆

采用精浆机和磨浆机串联，进行打浆操作，控制除砂浆浓为0.40％，除砂器运行压力为3.5kgf/cm²；

第五步、漂白

①将浆液pH调节至3.5，同时将温度控制为50℃，向浆液中加入二氧化氯漂液，控制氯量为0.4g/L，漂白60min后，进行洗涤；

②将完成洗涤的浆液加热调减控制pH为11.5，处理60min后，出料，经洗涤操作后，加热至45℃，并将pH调节为3；

③将二氧化氯漂液加入至浆料中，控制有效氯量为0.2g/L，处理80min后，出料，进行洗涤操作，接着进行调酸，控制酸量为0.8g/L，然后处理60min，出料后，使用反渗透水进行洗涤至残酸＜0.05g/L，接着进行漂后精选除砂处理；

第六步、通过成浆池浆泵泵入配浆箱，然后流到流浆箱上网，经过流浆箱喷浆口均匀流到网上，经案辊和真空箱吸水，再经过真空伏辊吸水，形成湿纸页进入压榨，控制压榨压力，保证浆板密度在0.48g/cm³，即可。

下表为生产所得纤维素棉浆的各项测试数据：

聚合度	白度/％	水分/％	尘埃/mm2/500g	硫酸透明度/％
					2650	85	7.9	180	86

分析表格中的测试数据可知，实施例1制备的纤维素棉浆尘埃较低，且硫酸透明度较高，表示纤维素棉浆溶解后微颗粒较少，即凝胶颗粒较少，而且纤维素棉浆内部杂质较少，即游离纤维较少，有利于其进一步应用在锂离子电池的电极材料中。

实施例2

一种电池级CMC用棉浆的生产方法，包括以下步骤：

第一步、将二类棉短绒依次经过开棉机和二次开棉机，对棉短绒进行松绒、破碎，然后经过干式除杂机组进行除杂，再经过喷淋螺压进入旋风碎浆机中，进行切断处理后泵入备料池中；

第二步、将氢氧化钠与水混合，控制氢氧化钠的加入量为棉短绒总质量的10.5％，升高温度至80℃，搅拌至形成均匀溶液后，继续加入棉短绒总质量0.6％的渗透剂JFC和棉短绒总质量1.6％的亚硫酸钠，混合均匀，配置成蒸煮液；

第三步、利用计量泵将蒸煮液泵入横管喂料器的“T”管中与棉短绒混合，控制横管温度为132-134℃，保温处理后进行淡黑液帮助卸料，进入喷放仓，完成蒸煮，利用挤浆机对浓黑液进行提取，并进行洗涤操作；

第四步、打浆

采用精浆机和磨浆机串联，进行打浆操作，控制除砂浆浓为0.40％，除砂器运行压力为3.5kgf/cm²；

第五步、漂白

①将浆液pH调节至3.5，同时将温度控制为50℃，向浆液中加入二氧化氯漂液，控制氯量为0.35g/L，漂白60min后，进行洗涤；

②将完成洗涤的浆液加热调减控制pH为11.5，处理60min后，出料，经洗涤操作后，加热至45℃，并将pH调节为3；

③将二氧化氯漂液加入至浆料中，控制有效氯量为0.12g/L，处理80min后，出料，进行洗涤操作，接着进行调酸，控制酸量为0.6g/L，然后处理60min，出料后，使用反渗透水进行洗涤至残酸＜0.05g/L，接着进行漂后精选除砂处理；

第六步、通过成浆池浆泵泵入配浆箱，然后流到流浆箱上网，经过流浆箱喷浆口均匀流到网上，经案辊和真空箱吸水，再经过真空伏辊吸水，形成湿纸页进入压榨，控制压榨压力，保证浆板密度在0.48g/cm³，即可。

下表为生产所得纤维素棉浆的各项测试数据：

聚合度	白度/％	水分/％	尘埃/mm2/500g	硫酸透明度/％
					2680	87	7.8	120	87

分析表格的测试数据可知，实施例2制备的纤维素棉浆各项测试结果与实施例1的结果无明显差距，同样可作为锂离子电池电极材料的粘结剂。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电池级CMC用棉浆的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、蒸煮

将经前处理的二类棉短绒泵入备料池中，利用计量泵将蒸煮液泵入横管喂料器的“T”管中与棉短绒混合，控制横管温度为129-135℃，保温处理后进行淡黑液帮助卸料，进入喷放仓，完成蒸煮，利用挤浆机对浓黑液进行提取，并进行洗涤操作；

第二步、打浆

采用精浆机和磨浆机串联，进行打浆操作，控制除砂浆浓为0.4％-0.5％，除砂器运行压力为2.8-3.5kgf/cm²；

第三步、漂白

使用二氧化氯漂液进行段式漂白工艺，漂白结束后用反渗透水进行洗涤至残酸＜0.05g/L，接着进行漂后精选除砂处理；

第四步、抄造

通过成浆池浆泵泵入配浆箱，然后流到流浆箱上网，经过流浆箱喷浆口均匀流到网上，经案辊和真空箱吸水，再经过真空伏辊吸水，形成湿纸页进入压榨，控制压榨压力，保证浆板密度在0.45-0.55g/cm³之间。

2.根据权利要求1所述的一种电池级CMC用棉浆的生产方法，其特征在于，第一步中，所述前处理具体为：将二类棉短绒依次经过开棉机和二次开棉机，对棉短绒进行松绒、破碎，然后经过干式除杂机组进行除杂，再经过喷淋螺压进入旋风碎浆机中，进行切断处理，即可。

3.根据权利要求1所述的一种电池级CMC用棉浆的生产方法，其特征在于，第一步中，所述蒸煮液的配置方法为：将氢氧化钠与水混合，控制氢氧化钠的加入量为棉短绒总质量的10-12％，升高温度至60-80℃，搅拌至形成均匀溶液后，继续加入棉短绒总质量0.5-1％的渗透剂JFC和棉短绒总质量1.5-1.6％的亚硫酸钠，混合均匀，即可。

4.根据权利要求1所述的一种电池级CMC用棉浆的生产方法，其特征在于，第三步中，所述段式漂白工艺具体为：

第一段、将浆液pH调节至3.5，同时将温度控制为50℃，向浆液中加入二氧化氯漂液，控制氯量为0.3-0.4g/L，漂白60min后，进行洗涤；

第二段、将完成洗涤的浆液加热调碱，控制pH为11-12，处理60min后，出料，经洗涤操作后，加热至45℃，并将pH调节为3；

第三段、将二氧化氯漂液加入至浆料中，控制有效氯量为0.12-0.2g/L，处理80min后，出料，进行洗涤操作，接着进行调酸，控制酸量为0.5-0.8g/L，然后处理60min，出料。