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锂电池新能源行业

根据聚合物锂离子电池生产中搅拌工序的特点, 阐述了搅拌生产的工艺, 并用搅拌理论说明搅拌分散的特殊性; 提出了采用新型行星双高速分散搅拌机生产锂离子电池具有理论和实践应用的可行性;经过试验研究, 已成功地开发出新型搅拌机并应用于电池生产。

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简介:

    根据聚合物锂离子电池生产中搅拌工序的特点, 阐述了搅拌生产的工艺, 并用搅拌理论说明搅拌分散的特殊性; 提出了采用新型行星双高速分散搅拌机生产锂离子电池具有理论和实践应用的可行性;经过试验研究, 已成功地开发出新型搅拌机并应用于电池生产。

    结合聚合物锂离子电池的搅拌生产工艺对新型行星双高速分散搅拌机的设计与应用特点进行阐述。

搅拌生产工艺

1. 1 聚合物锂离子电池主要材料

对于锂电池, 典型的电池体系是由碳材料负极、锂过渡金属氧化物正极和有机电解液3 部分组成。对这3 部分材料的开发和应用, 世界各研究机构和电池厂商都做了广泛的研究。举例,聚合物锂电池中各部分的基本材料组成:负极:石墨、炭黑、PVDF、DBP、丙酮;正极:钴酸锂、炭黑、PVDF、DBP、丙酮;电解质:二氧化硅、PVDF、DBP、丙酮

1. 2 材料预处理。

为了保证各部分组件中各物质混合的均匀性和颗粒大小尺寸的均匀性, 对不同组分的材料需要进行预处理。

负极:1.石墨、碳黑研磨、烘干预混, 制成阳极粉末。2. PVDF 与丙酮混合搅拌预制成粘合剂。

正极:1.钴酸钾、炭黑研磨、烘干预混、制成阴极粉末。2. PVDF 与丙酮混合搅拌预制成粘合剂。

电解质:1. 二氧化硅经研磨烘干后装在密闭容器内, 作为电解质粉末。2. PVDF 与丙酮混合搅拌预制成粘合剂。

流体性质与搅拌要求

粘度是流体的一种属性。它反映了流体运动时剪切应力与剪切速度梯度的比值关系。所以粘度大小对流体流动状态有很大的影响, 也必然对搅拌过程有很大影响。与流体在管路中流动一样, 在搅拌罐中也存在层流、过渡流、湍流三种状态, 而决定流态主要参数之一为粘度。聚合物锂离子电池浆料中主要成份为高分子化合物丙酮溶液和粉末的混合体, 粘度在8, 000~10, 000cp 左右, 对搅拌来说是高粘流体, 它又是非牛顿流体, 在搅拌过程中粘度还会变化, 因而对搅拌器的要求就比低粘牛顿流体高。同时, 由于阴阳极浆料配制中主要是加入粉料对其进行均匀分散,这使得一般的搅拌方式和搅拌器很难胜任此项工作。

行星搅拌高速分散

从本质上讲搅拌过程是在流动场中进行动量传递的过程, 而搅拌器就是通过使搅拌介质获得适宜的流动场而向其输入机械能量的装置。因此, 选择何种搅拌方式和搅拌器以及多大的能量使搅拌器提供什么样的流动场, 并使流体在流动场中产生合适的循环流量、湍流程度或剪切速度, 目的是最终获得优效的均匀一致的产品, 这是搅拌研究工作者十分重视的问题。聚合物锂离子电池浆料搅拌是固体粉末与高分子化合物溶液的混合, 属固∋ 液相的搅拌。固∋ 液相搅拌问题, 尤其是高粘流体要比均相液体搅拌复杂得多。两相物性存在差异, 而且一般的密度相差较大。均匀分散实质为使粉末在液体中均匀悬浮。一般地, 固体物质在液体中有沉降问题, 前人许多实验证明: 在固相悬浮过程中存在一个使固相悬浮的最低的搅拌速度, 称之固相悬浮临界搅拌转速。这个临界搅拌转速与固∋ 液相的密度差、液相密度、固相浓度、液相粘度、粒径等物性条件有关, 也与搅拌罐、搅拌器的几何关系有关[  。PLI电池浆料的最终产品要求, 在悬浮等级中为最高级程度即均匀悬浮。这使得我们应选择合适的搅拌方式和搅拌器( 或组件) 及搅拌速度来满足此要求。高粘度液体搅拌的首要问题就是要解决流体流动与循环问题。在这种情况下, 不能靠增大搅拌转速提高搅拌器的循环流量, 因为高粘度时搅拌器的排出量很小, 转速过高还会在高粘液中形成沟流, 而周围液体仍为死区, 重要的办法是设法使桨叶推动更大范围的液体。常规采用大直径、大桨叶宽度的搅拌器, 但它在我们的体系搅拌时会有一些问题。PLI 电池浆料由于加入粉末颗粒很细, 粉末加入后会团聚而不易再分散, 必须加高速分散叶轮,强制分散剪切。大直径、大桨宽简单搅拌器无法安装分散叶轮。另一方面, 这种搅拌器功耗很大, 还仍然存在一部分死区, 因此, 我们研制设计行星搅拌装置。


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根据聚合物锂离子电池生产中搅拌工序的特点, 阐述了搅拌生产的工艺, 并用搅拌理论说明搅拌分散的特殊性; 提出了采用新型行星双高速分散搅拌机生产锂离子电池具有理论和实践应用的可行性;经过试验研究, 已成功地开发出新型搅拌机并应用于电池生产。
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