一种电池极片的干燥方法
【专利摘要】本申请涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种电池极片的干燥方法。至少包括以下步骤：在极片上涂布溶剂为N?甲基吡咯烷酮的浆料，然后进行干燥，干燥的温度为50～81℃。本申请基于饱和蒸汽压原理和爆炸极限理论，通过控调控浆料和涂布工艺参数，实现了低温干燥工艺，从而使生产处于100％安全状态，并且提高了NMP回收系统效率，大大降低了NMP回收能耗。
【专利说明】
一种电池极片的干燥方法
技术领域
[0001 ]本申请涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种电池极片的干燥方法。
【背景技术】
[0002] 安全是生产型企业的重中之重。为了控制涂布干燥过程中的爆炸风险，保证安全 生产，国家和生产企业都采取了许多措施。
[0003] 在电池生产过程中，NMP气体浓度是保证安全生产或者提产的重要参考量，为了实 时检测烘箱内NMP气体浓度，部分企业会安装在线NMP气体检测报警装置。在线NMP气体检测 器是基于催化燃烧原理的检测装置。通过催化剂的催化作用，NMP气体在催化剂表面发生无 焰燃烧，释放热量，导致气敏元件电阻增加，电阻增幅和匪P气体浓度成正比。NMP气体检测 器自带的电路会测量电阻增幅，输出相应的浓度数值。
[0004] 在电池生产过程中，需要安装匪P回收系统。NMP回收系统由进风口、降温装置、出 风口组成。NMP回收系统不断将新鲜空气送到烘箱，并且抽走烘箱内的混合气，从而使NMP气 体浓度小于爆炸下限。抽走的混合气经过降温装置降温，其中的NMP达到饱和浓度而冷凝回 收。经过降温冷凝后的气体经排风口排出。由于国标GB50493-2009规定，空气可燃气体浓度 不应超过其爆炸下限的25% AMP回收系统虽然可以有效降低烘箱内NMP气体浓度，但是抽 走的混合气中NMP浓度太低25 % )，导致NMP回收系统的回收效率偏低。目前，企业为了保 障安全生产，需要提高NMP回收系统的功率，使得生产成本增加。
[0005]在线NMP气体监测报警仪虽然可以实时监测烘箱内NMP气体浓度。但是，由于NMP气 体在烘箱内的分布是不均匀的，NMP气体检测报警器是一种定点测量的测量方式。在烘箱内 的某些区域，匪P浓度可能超过爆炸下限，而探测器不能有效发现。增加匪P气体检测器数 量，实现多点测量，虽然可以更全面的获得烘箱内NMP气体浓度，为安全生产判定提供更可 靠的数据。但是，增加 NMP气体检测器导致成本增加。同时，在线NMP气体检测器故障率极高， 容易出现测量偏差而影响企业对风险的识别准确度。因此，锂离子电池生产上仍然存在潜 在的安全风险。
[0006] 针对现有技术中存在的缺陷，特提出本申请。
【发明内容】
[0007] 本申请的发明目的在于提出一种电池极片的干燥方法。
[0008] 为了完成本申请的目的，采用的技术方案为：
[0009] 本申请涉及一种电池极片的干燥方法，至少包括以下步骤:在极片上涂布溶剂为 N-甲基吡咯烷酮的浆料，然后进行干燥，干燥的温度为50~81°C。
[0010] 优选的，在干燥过程中，控制烘箱内N-甲基吡咯烷酮的气体浓度为N-甲基吡咯烷 酮气体爆炸下限浓度的50 %~98 %。
[0011] 优选的，所述浆料中的固含量为1~100 %，优选30~100 %。
[0012] 优选的，所述涂布的宽度为0.1~1000cm，优选30~100cm。
[0013]优选的，所述涂布的面密度为1.0~5.0g/cm2,优选2.0~5.0g/cm2。
[0014] 优选的，所述涂布的速度为0.1~10m/min，优选0.1~2m/min。
[0015] 优选的，所述干燥的方式包括热风干燥或红外干燥中的至少一种。
[0016] 优选的，所述热风干燥的进风量为1000~16000m3/小时，优选8000~10000m 3/小 时。
[0017] 优选的，所述涂布方式包括连续涂布、间歇涂布。
[0018] 优选的，所述电池极片为正极极片，所述正极极片中含有正极活性材料、导电添加 剂和胶粘剂，其中，所述正极活性材料选自钴酸锂、钛酸锂、镍钴铝、锰酸理、镍钴锰三元材 料、磷酸铁锂中的至少一种，所述导电添加剂选自SP、KS-6、乙炔黑;所述胶粘剂选自PVDF。
[0019] 本申请至少可达到以下有益效果：
[0020] 本申请基于饱和蒸汽压原理和爆炸极限理论，通过控调控浆料和涂布工艺参数， 实现了低温干燥工艺，从而使生产处于100%安全状态，并且提高了 NMP回收系统效率，大大 降低了 NMP回收能耗。
[0021] 下面结合具体实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请 而不用于限制本申请的范围。
【具体实施方式】
[0022] 本申请主要涉及一种极片的干燥方法。在锂离子电池的制备过程中，包括制浆、涂 布、干燥、$昆压、分切、卷绕等制程。本申请创新性的提出了一种针对N-甲基啦咯烷酮作为浆 料溶剂的低温干燥方法。其中，干燥是指在一定的加热装置中湿膜内的溶剂挥发的过程。 [0023] N-甲基吡咯烷酮(NMP)是一种无色透明液体。熔点-24.4°C，沸点204°C，闪点95°C， 常温下难挥发，具有良好的热稳定性和化学稳定性。因其良好的物理化学性能而被广泛应 用于锂离子电池行业。目前，以匪P作溶剂的浆料涂层都采用高温干燥工艺，干燥温度高达 100~140 °C，该温度高于NMP的闪点温度(95 °C )。在现有的高温干燥工艺条件下，浆料中的 WP变成气体，大量挥发，使空气中WP气体浓度不断升高。如果浓度超过爆炸下限，就有发 生爆炸的风险，给企业带来巨大损失。为此，企业从安全生产的角度并依照相关规定，限定 了在100~140°C的干燥温度下，干燥箱中NMP空气的浓度不应超过其爆炸下限的25%。这一 举措虽然保障了安全，但由于干燥箱中NMP空气的浓度较低，导致NMP回收系统的回收效率 偏低。
[0024]在本申请的技术方案中，通过爆炸极限原理和饱和蒸汽压原理计算得到最佳的干 燥温度。
[0025] 在密闭条件中，在一定温度下，与固体或液体处于相平衡的蒸气所具有的压强称 为蒸气压。在密闭条件中，在一定温度下，与固体或液体处于相平衡的蒸气所具有的压强称 为蒸气压。同一物质在不同温度下有不同的蒸气压，并随着温度的升高而增大。当气相压力 增大，气体分子会转化为液体，而当气相压力减小，液体分子又会转化为气体。
[0026] 可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀 混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。 爆炸极限原理指的是当空气中可燃气体浓度过高或过低时，混合气体不会发生爆炸，只有 当可燃气浓度介于某一范围时，混合气体才有可能发生爆炸。该范围的最低值称为爆炸下 限(LEL)，最大值称为爆炸上限(UEL)。
[0027] 根据爆炸下限的数据（由资料查得），计算得到NMP的饱和蒸汽压，计算公式为：
[0028] y^LELXPatm
[0029] 其中，Patm表不一个大气压。
[0030] NMP的爆炸下限的对应温度的计算公式为：
[0031 ] y = 3 · 89 X 10-8 X x4-2 · 87 X 10-6 X x3+l · 61 X 10-4 X x2-2 · 50 X 10-3 X x+0 · 0264 [0032]其中，x为温度，y为饱和蒸汽压。
[0033] 通过上述公式计算得到，NMP爆炸下限对应的温度为83.15°C。
[0034] 本申请保证干燥温度低于83.15°C，其中，干燥温度指的干燥制程中，湿膜表面测 量到的温度。在本申请中，为了进一步保障安全生产，将干燥的最高温度设定在81°C。
[0035] 在该干燥温度下，仅需要控制烘箱内N-甲基吡咯烷酮的气体浓度为N-甲基吡咯烷 酮气体爆炸下限浓度的50%~98%即可。在本申请的温度条件下，当烘箱内NMP气体分压高 于设定温度对应的饱和蒸汽压时，NMP气体就会冷凝，因此NMP气体的浓度不会超过爆炸下 限，因而也不会发生爆炸。同时，由于NMP气体浓度增高，使得单位空气带走NMP的量增加，从 而提高了NMP回收系统的回收效率，达到了降低NMP回收成本的目的。
[0036] 在室温到140°C条件下，匪P气体爆炸下限的气体浓度为1.3%，即控制NMP气体的 浓度为1.3%的50%~98%即可。
[0037] 本申请中的浆料是由制浆过程制备得到，制浆过程是指将活性材料与导电添加 剂、胶粘剂等粉体材料均匀分布在溶剂中的工艺过程;涂布工艺是指将浆料通过涂布机以 一定的涂布方式涂布到集流体基材上，是浆料在集流体表面成膜的工艺制程。集流体可为 铝箱、铜箱。
[0038] 本申请中通过合理控制浆料固含量、走带速度、涂布宽度、涂布面密度的方式，并 保证干燥温度低于NMP气体爆炸下限对应的温度(83.15°C)。
[0039]作为本申请制备方法的一种改进，浆料中的固含量为1~100 %，优选30~100%。 固含量是指上述所有粉体材料的质量与浆料总质量的比值。固含量过高可能造成浆料无法 挤出；过低可能造成干燥不充分。
[0040] 作为本申请制备方法的一种改进，涂布的宽度为0.1~1000cm，优选30~100cm。宽 度为涂层的有效宽度。涂布宽度过大会造成极片干燥不充分。
[0041] 作为本申请制备方法的一种改进，涂布的面密度为1.0~5. Og/cm2,优选2.0~ 5.Og/cm2。面密度是干燥后单位面积涂层的质量，过高极片干燥不充分，过低则使电芯能量 密度过低。当面密度一致时，固含量越高越有利于干燥。
[0042]作为本申请制备方法的一种改进，涂布的速度为0.1~10m/min，优选0.1~2m/ min。走带速度是指单位时间内基材走过的长度。速度过快则干燥不充分。
[0043] 作为本申请制备方法的一种改进，干燥的方式包括热风干燥或红外干燥中的至少 一种。
[0044] 作为本申请制备方法的一种改进，热风干燥的进风量为1000~16000m3/小时，优 选8000~10000m 3/小时。进风量是指单位时间内补充进入烘箱内的新鲜空气的体积。
[0045]作为本申请制备方法的一种改进，涂布方式包括连续涂布、间歇涂布。本申请中所 采用的涂布设备包括挤压涂布设备、喷涂设备、转移涂布设备、旋涂设备等。
[0046] 作为本申请制备方法的一种改进，电池极片为正极极片，正极极片中含有正极活 性材料、导电添加剂和胶粘剂，其中，正极活性材料选自钴酸锂、钛酸锂、镍钴铝、锰酸理、镍 钴锰三元材料、磷酸铁锂中的至少一种，导电添加剂选自SP、KS-6、乙炔黑；胶粘剂选自 PVDF〇
[0047] 采用本申请的工艺不仅可以保证生产安全，并且可以使匪P回收效率得到较大的 提升，NMP回收效率可达到75 %左右。其中，NMP回收效率指的是固定时间内回收匪P质量与 回收前理论质量之比。回收的得到的NMP气体浓度是通过匪P回收系统进风口位置的NMP气 体检测报警器测量得到。本申请中所用的NMP气体检测设备基于催化燃烧原理。
[0048] 实施例1
[0049]以正极活性物质配正极浆料，其配方如表1所示，涂布方式采用挤压涂布设备连续 涂布。涂布和干燥的参数和条件如表2所示，其中，LEL的气体浓度为1.3%。干燥方式为双面 热风干燥;涂布过程中通过NMP气体检测报警器检测NMP气体浓度，并计算NMP回收效率。效 果数据如表4所示。
[0050]表1:正极极片配方 [0051]
[0052]表2:涂布和干燥的参数
[0053]
[0054] ^对比例
[0055] 采用实施例1配方的浆料(如表1所示)进行涂覆并干燥，区别在于，干燥条件如表3 所示，效果数据如表4所示。
[0056] 表3:涂布和干燥的参数
[0057]
[0058] 注：在对比例中，根据国标GB50493-2009规定，可燃气体浓度不超过20±5%LEL。 原因是温度高于82°C时，局部NMP气体浓度可能会超过爆炸下限，爆炸风险非常高。因此为 保证安全生产，需要严格控制高温下烘箱内的NMP气体浓度，使之低于25%。
[0059]表4:实验例和对比例的效果参数 [0060] L〇〇61 J 买施例2
[0062]以正极活性物质配正极浆料，其配方如实施例1中的1-1所示，涂布方式采用挤压 涂布设备间歇涂布。涂布和干燥的参数和条件如表5所示，干燥方式为红外干燥。涂布过程 中通过NMP气体检测报警器检测NMP气体浓度，效果数据如表6所示。
[0063]表5:涂布和干燥的参数 [0064]
[0065]表6:实验例和对比例的效果参数
[0066]
[0067]本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技 术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的 保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。
【主权项】
1. 一种电池极片的干燥方法，其特征在于，至少包括以下步骤:在极片上涂布溶剂为N-甲基吡咯烷酮的浆料，然后进行干燥，干燥的温度为50~81°C。2. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，在干燥过程中，控制烘箱内N-甲基吡 咯烷酮的气体浓度为N-甲基吡咯烷酮气体爆炸下限浓度的50%~98%。3. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述浆料中的固含量为1~100%，优 选 30 ~100%。4. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述涂布的宽度为0.1~1000cm，优选 30~IOOcm05. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述涂布的面密度为1.0~5.Og/cm2， 优选2 · 0~5 · Og/cm2 〇6. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述涂布的速度为0.1~10m/min，优 选0·1~2m/min〇7. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述干燥的方式包括热风干燥或红外 干燥中的至少一种。8. 根据权利要求7所述的干燥方法，其特征在于，所述热风干燥的进风量为1000~ 16000m3/小时，优选8000 ~10000m3/小时。9. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述涂布方式包括连续涂布、间歇涂 布。10. 根据权利要求1所述的干燥方法，其特征在于，所述电池极片为正极极片，所述正极 极片中含有正极活性材料、导电添加剂和胶粘剂，其中，所述正极活性材料选自钴酸锂、钛 酸锂、镍钴铝、锰酸理、镍钴锰三元材料、磷酸铁锂中的至少一种，所述导电添加剂选自SP、 KS-6、乙炔黑;所述胶粘剂选自PVDF。
【文档编号】B05D3/02GK105932226SQ201610334686
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】赵丰刚, 邹玉刚, 郭超, 彭宁, 刘会会
【申请人】宁德时代新能源科技股份有限公司