专利名称：动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电池材料制作技术领域，具体为一种分散均勻性以及涂布一致性 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 就越难均勻，后续涂布也越难做到均勻。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。由于材料的均勻性问题得不到解决，后续将会出现很多质量问题涂布不均勻， 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
3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。
实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型着力于对浆料粒度、分散、均勻、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。为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是动力电池电极浆料分散制 涂自动化连续生产系统，包括配料装置、初始搅拌装置、浆料分散装置、过滤装置和涂布装 置，配料装置按设定配比进行配料，然后输入初始搅拌装置进行搅拌，初始搅拌装置与浆料 分散装置连接将初步搅拌的电极材料输入浆料分散装置进行分散，浆料分散装置与过滤装 置连接，过滤装置与涂布装置连接，涂布装置后设置有卷料架，以收卷涂布后的正极材料； 所述的浆料分散装置包括反应管和钳式超声波处理器，最少一个钳式超声波处理器通过功 能夹具夹持在反应管上。经搅拌后的动力电池电极浆料在浆料分散装置的反应管内，经超 声波进行深度的震动空化分散，有效地克服纳米级细微粒子可能造成的团聚等不均勻现 象，提高涂布的可操作性和一致均勻性。所述的初始搅拌装置与浆料分散装置之间的管道上设置有在线检测粘度的粘度 计。所述的钳式超声波处理器，包括换能器组件和功能夹具，换能器组件包括换能器 和变幅杆，换能器与变幅杆连接，最少一个换能器组件与功能夹具连接。所述的浆料分散装置与过滤装置之间设置有周转罐和第二浆料分散装置，浆料分 散装置通过浆料泵与周转罐连接，周转罐与第二浆料分散装置连接，第二浆料分散装置与 过滤装置连接。所述的周转罐与第二浆料分散装置之间的管道上设置有在线检测粘度的粘度计， 以对电极材料的浆料的均勻性进行在线监控。所述的过滤装置与涂布装置之间设置有浆料槽，浆料槽内设置有直插式超声波分 散装置，直插式超声波分散装置与传送电机连接，传送电机驱动直插式超声波分散装置在 浆料槽内移动。所述的直插式超声波分散装置通过锁紧法兰固定在锁紧夹具上，锁紧夹具与调整 块连接，调整块与前后调整块活动连接，前后调整块活动安装在安装块上，安装块与传送电 机连接。所述的直插式超声波分散装置包括超声波换能器、变幅杆和超声波功能棒，所述的超声波换能器与变幅杆连接，变幅杆与超声波功能棒连接，在超声波功能棒外设置有不 锈钢外套，不锈钢外套内设置有循环水换热夹层，在不锈钢外套外设置有冷却水入口和冷 却水出口。与现有技术相比，本实用新型具有的优点是通过两级的超声波浆料分散装置进 行分散，可以有效地使浆料中的微小颗粒分散均勻，克服团聚等负面现象；涂布后的电极材 料一致性好，能有效地降低内阻，提高锂离子动力电池的性能；提高涂布一致性的同时可以 有效地降低生产成本。
图1为本实用新型动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统的结构示意 图；图2为本实用新型动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统内的浆料分 散装置的结构图；图3为本实用新型动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统内的直插式 超声波分散装置的结构图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型动力电池电极浆料分散制涂自动化连 续生产系统进行详细的说明。动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，如图1所示，包括配料装置1、 初始搅拌装置2、浆料分散装置4、过滤装置6和涂布装置11。配料装置1与初始搅拌装置 2通过管道连接，配料装置1按设定的比例配制电极浆料材料，然后输入初始搅拌装置2内 进行初步搅拌。初始搅拌装置2可以是恒星搅拌机。初始搅拌装置2与浆料分散装置4通 过管道连接，将经初始搅拌装置2初步搅拌的浆料在浆料分散装置4中进一步分散。在初 始搅拌装置2与浆料分散装置4之间的管道上设置有在线检测粘度的粘度计3。浆料分散 装置4与过滤装置6连接，过滤装置6与涂布装置11连接。浆料分散装置4内分散后的浆 料在过滤装置6内进行过滤，将合格部分的浆料输入涂布装置11中进行涂布。涂布装置11 可以是带有烘干功能的涂布机。在涂布装置11后设置有卷料架14，将涂布后的材料收卷起 来转下工序用。在涂布装置11的入口处设置有涂布轮10。在浆料分散装置4与过滤装置 6之间设置有周转罐5和第二浆料分散装置，浆料分散装置4通过隔膜泵与周转罐5连接， 周转罐5与第二浆料分散装置41连接，第二浆料分散装置41与过滤装置6连接。周转罐 5的作用是使前面的配料和搅拌步骤与后续的涂布步骤保持协调一致。在周转罐5后在设 置有与浆料分散装置4结构一样的第二浆料分散装置41，对周转罐5内的处理的浆料进一 步进行分散，避免将在这周转罐5中产生团聚现象。第二浆料分散装置41的结构与浆料分 散装置4 一样。所述的浆料分散装置4为超声波分散仪，如图2所示，所述的超声波分散仪包括反 应管21和钳式超声波处理器17，所述的钳式超声波处理器17，包括换能器组件和功能夹具 19，换能器组件包括换能器和变幅杆，换能器与变幅杆连接，最少一个换能器组件与功能夹 具连接；最少一个钳式超声波处理器17通过功能夹具19夹持在反应管21上。经搅拌后的
5动力电池电极浆料在反应管21内经超声波进行深入的震动分散，可以有效的克服纳米级 细微粒子可能造成的抱团等不均勻现象，能提高浆料的分散均勻性和后续涂布的柔平一致 性。超声波分散仪还包括支架15，浆料入口 24，浆料出口 20，反应管21固定在支架15的工 作台上，反应管21与工作台面之间垫有支撑座16。浆料入口设置在支架15底部，通过浆料 泵12与反应管21连接。在反应管21的入料口处设置有弯头22，以便于与入料管进行连 接。在反应管21上设置有出料口 20。反应管21上可以夹持两支或者两支以上的钳式超声 波处理器17。钳式超声波处理器17与设置在支架内的超声波发生器13连接。反应管21 设置在支架的工作台上，可以由后盖18和前盖23封装起来。经初步分散的电池电极浆料 在反应管内接受超声波的均勻和进一步分散作用，能使浆料内的纳米级超微颗粒有效的分 散均勻，克服团聚及不均勻等负面现象。在过滤装置6与涂布装置11之间设置有浆料槽9， 浆料槽9内设置有直插式超声波分散装置7，对浆料槽9内即将输入涂布装置进行涂布的浆 料进行最后的分散。直插式超声波分散装置7的驱动臂与传送电机8连接。驱动电机8带 动直插式超声波分散装置在浆料中来回移动。如图3所示，直插式超声波分散装置包括超声波换能器29，变幅杆33和超声波功 能棒，所述的超声波换能器28与变幅杆33连接，变幅杆33与超声波功能棒连接，在超声波 功能棒外套设置有不锈钢外套36，不锈钢外套36内设置有循环水换热夹层，在不锈钢外套 36上设置有冷却水入口 35和冷却水出口 34。不锈钢外套36可以避免超声波功能棒上的 金属离子对电池浆料的污染。另外，超声波功能棒中长时间的使用过程中将产生大量的热 量，设置的换热夹层可以有效的对超声波功能棒进行降温，提高使用寿命，并保证浆料的加 工质量。在循环水换热夹层内使用水、冷却油等冷却介质进行降温。优选的使用空气作为 冷却介质进行降温，这样可以避免冷却介质渗漏出来，对电极材料造成污染。超声波功能棒 为传递超声的振动泵。直插式超声波分散装置通过锁紧法兰30固定在锁紧夹具32上，锁 紧夹具32与调整块27连接，调整块27与前后调整块26活动连接，前后调整块26与安装 快25活动连接。安装快25安装在输送电机8上。驱动电机8带动直插式超声波分散装置 在浆料中来回移动。上述实施例并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱 离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术 方案也应属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。
权利要求1.动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，包括配料装置、初始搅拌装置、浆 料分散装置、过滤装置和涂布装置，配料装置按设定配比进行配料，然后输入初始搅拌装置 进行搅拌，初始搅拌装置与浆料分散装置连接将初步搅拌的电极浆料输入浆料分散装置进 行分散，浆料分散装置与过滤装置连接，过滤装置与涂布装置连接；其特征在于所述的浆 料分散装置包括反应管和钳式超声波处理器，最少一个钳式超声波处理器通过功能夹具夹 持在反应管上。
2.如权利要求1所述的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，其特征在 于所述的初始搅拌装置与浆料分散装置之间的管道上设置有在线检测粘度的粘度计。
3.如权利要求1所述的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，其特征在 于所述的钳式超声波处理器，包括换能器组件和功能夹具，换能器组件包括换能器和变幅 杆，换能器与变幅杆连接，最少一个换能器组件与功能夹具连接。
4.如权利要求1所述的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，其特征在 于所述的浆料分散装置与过滤装置之间设置有周转罐和第二浆料分散装置，浆料分散装 置通过隔膜泵与周转罐连接，周转罐与第二浆料分散装置连接，第二浆料分散装置与过滤 装置连接，所述的第二浆料分散装置与浆料分散装置结构相同。
5.如权利要求4所述的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，其特征在 于所述的周转罐与第二浆料分散装置之间的管道上设置有在线检测粘度的粘度计。
6.如权利要求1所述的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，其特征在 于所述的过滤装置与涂布装置之间设置有浆料槽，浆料槽内设置有直插式超声波分散装 置，直插式超声波分散装置与传送电机连接，
7.如权利要求6所述的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，其特征在 于所述的直插式超声波分散装置通过锁紧法兰固定在锁紧夹具上，锁紧夹具与调整块连 接，调整块与前后调整块活动连接，前后调整块活动安装在安装快上，安装块与传送电机连 接。
8.如权利要求6或7所述的动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，其特征 在于直插式超声波分散装置包括超声波换能器，变幅杆和超声波功能棒，所述的超声波换 能器与变幅杆连接，变幅杆与超声波功能棒连接，其特征在于在超声波功能棒外套设置有 不锈钢外套，不锈钢外套内设置有循环水换热夹层，在不锈钢外套外设置有冷却水入口和 冷却水出口。
专利摘要本实用新型公开一种动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统，包括配料装置、初始搅拌装置、浆料分散装置、过滤装置和涂布装置，配料装置按设定配比进行配料，然后输入初始搅拌装置中搅拌，初始搅拌装置与浆料分散装置连接，浆料分散装置与过滤装置连接，过滤装置与涂布装置连接；浆料分散装置包括反应管和钳式超声波处理器，最少一个钳式超声波处理器通过功能夹具夹持在反应管上。本实用新型具有的优点是通过两级的超声波浆料分散装置分散，有效地使浆料中的微小颗粒分散均匀，克服团聚等现象；涂布后的电极浆料材料柔平一致性好，能降低内阻，提高锂离子动力电池的性能；提高涂布粘结紧牢柔平一致性质量同时可以有效地降低生产成本。
文档编号B05C3/05GK201783432SQ20102050897
公开日2011年4月6日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者严卓晟, 严卓理, 严锦璇, 何燕妙, 卢小斌, 胡杰 申请人:严卓晟, 严卓理, 严锦璇, 罗妙珠