[发明专利]动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料制作技术领域，具体为一种分散均匀性以及涂布一致性优质的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统。

背景技术

锂离子动力电池是一种以满足混合电动汽车、纯电动汽车、电动自行车、电动摩托车、不间断电源、割草机、矿灯和小型发电站电能存储和转换的大容量、高功率大型锂离子电池。锂离子动力电池可在广泛领域使用电能取代石油能源，是一种十分友好环境、节能减排、低碳的清洁能源。锂离子动力电池具有能量密度高、安全性好和循环寿命长的特点，已成为电动车首选移动能源，因此，大量发展锂离子动力电池具有重要的社会经济意义。然而，锂离子动力电池的发展存在的障碍很多，其中正极材料是锂离子动力电池应用的主要障碍。

锂离子动力电池可能采用的正极材料有钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)、磷酸亚铁锂(LiFePO₄)，锰酸锂(Li₂MnO₄)四种。其中钴酸锂价格昂贵、安全性能差，镍酸锂安全性能差，锰酸锂高温下锰的溶解引起容量快速下降，不能满足动力电池要求。磷酸亚铁锂价格便宜、安全性好、环境友好，适合大功率锂离子动力电池要求，目前被认为锂离子动力电池的最佳正极材料。

目前，锂离子动力电池的正极材料的制作方法普遍是先通过配料设备按设定的配比进行配料，然后初步搅拌，继续搅拌分散后注入周转罐中，经搅拌分散后通过过滤装置进行过滤，在搅拌的状态下进入涂布机进行涂布，最后在收卷架上收卷起来。在上述生产工艺中虽然经过了多次的搅拌分散以及最后的过滤，但是由于目前的正极材料中添加有一定量纳米级粒径的微小物质，如VGCF(碳纤维)和CNTs(碳纳米管)、金属纳米材料等导电剂，它们直径在几个纳米到几十纳米，长度在几十微米以上甚至于几厘米。材料颗粒越小，分散就越难均匀，后续涂布也越难做到均匀。电极浆料应属非牛顿流体中的触变流体，该类流体的特点是静止时粘稠，甚至呈固态，但搅动后变稀而易于流动。粘结剂在亚微观状态下是线性或网状结构，搅动时，这些结构被破坏，流动性就好，静止后，它们又重新形成，流动性就变差。磷酸亚铁锂颗粒细小，同等质量下，颗粒数量增加，要把他们联结起来组成有效的导电网络，需要的导电剂的量也相应增加。颗粒小、导电剂用量增加，所需的粘结剂用量也上升。静置时，更容易形成网状结构，流动性比常规材料差。从搅拌器取出后浆料到涂布的过程中，采用周转桶转移，过程中浆料不搅拌或者搅拌强度低，浆料的流动性发生变化，逐渐变得粘稠，以至于像果冻一样。流动性不好，导致涂布的均一性不好，表现为极片面密度公差增大，表面形貌不好，严重影响质量。

由于材料的均匀性问题得不到解决，后续将会出现很多质量问题：涂布不均匀，一致性差，由于磷酸亚铁锂比表面积大、粘结剂用量大，制备浆料时所需要的溶剂用量也就大，涂布后干燥也就较为困难；磷酸亚铁锂材料的颗粒小，比表面积比钴酸锂、锰酸锂配增大了很多，需要的粘结剂也就更多。但是粘结剂用多了，降低活性物质的含量，能量密度就降低，所以在可能的情况下，电池生产过程中会尽力减少粘结剂用量。为改善粘结效果，目前磷酸亚铁锂加工的通用做法一方面提高粘结剂的分子量(分子量高，粘结能力提高，但是分散越困难、阻抗越高)，一方面是提高粘结剂用量，目前似乎结果还不是让人满意；目前磷酸亚铁锂极片加工时，普遍感觉极片较硬、较脆，对叠片来说可能影响不明显，但对卷绕时，就很不利了。极片柔韧性不好，卷绕弯曲时就容易掉粉、断裂，导致短路等不良情况。这方面的机理解释尚不清楚，猜测是颗粒的组构问题而导致涂层的弹性空间小。降低压实密度可以有所改善，但是这样体积能量密度也就降低了。原本磷酸亚铁锂的压实密度就比较低，降低压实密度是不得以才会采取的手段；同时将会造成浪费严重，生产成本比较高。以上所述的问题，在动力电池的负极材料中也明显的存在，因此对现有工艺急需要改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明着力于对浆料粒度、分散、均匀、粘结柔性的根本改善，从而达到提高动力电池电极浆料涂布质量的综合效果，同时能有效地降低生产成本，从微观深度解决问题，提出一种动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统。