一种软包电池的电极材料混合工艺

技术领域

本发明涉及电池生产技术领域，尤其涉及一种软包电池的电极材料混合工艺。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。

极片生产是电池的电芯制作的前段环节，对电芯的基本性能起决定性影响，极片生产是电芯制造的首要环节，湿法极片制造主要分为浆料搅拌、极片涂布、极片辊压、极片分切四个步骤。浆料搅拌，将正/负极活性物质、导电剂、粘接剂按比例均匀分散在溶剂中并搅拌，形成具有一定粘度的稳定浆料。在涂布干燥过程中需对溶剂进行回收。由于在溶剂蒸发后，活性物质与导电剂之间会留出更多空隙，空隙导致材料的压实密度不高，影响极片的密度及电性能。而传统湿法工艺中要使用到NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶剂，该溶剂有毒，对环境不友好。因此有必要予以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中湿法极片制造需要有毒溶剂的不足，提供一种软包电池的电极材料混合工艺，通过电极活性颗粒与导电剂颗粒分散混合制成活性颗粒混合物，活性颗粒混合物与粘接剂颗粒分散混合制成电极混合物，对电极混合物的粘结剂颗粒原纤维化以及分散，对初级原纤维化电极混合物预加热及保温，对加热保温的初级原纤维化电极混合物进行持续施加外力挤压制成原纤维化电极混合物，整个混合加工生产过程无溶剂，使极片生产更简化、更环保。同时，不存在传统湿法极片制造过程中溶剂蒸发后，活性物质与导电剂之间会留出更多空隙，空隙导致材料的压实密度不高，影响极片的密度及电性能的问题。

为实现上述目的，本发明的一种软包电池的电极材料混合工艺，包括如下步骤：

S1、电极活性颗粒与导电剂颗粒预混合，在气流混合器的顶部设置有均匀下料器，通过称重料斗称重后的电极活性颗粒以及导电剂颗粒分别经过均匀下料器导入气流混合器中，气流混合器呈锥型，均匀下料器设置于气流混合器的顶部一侧并与气流混合器内部连通，气流混合器的顶部的另一侧设置有第一排气过滤器，气流混合器下部设置有多个呈环状分布的喷气嘴,通过喷气嘴喷出压缩惰性气体或干燥空气将电极活性颗粒与导电剂颗粒分散混合制成活性颗粒混合物；

S2、活性颗粒混合物与粘接剂颗粒混合，将通过称重料斗称重后的粘接剂颗粒经均匀下料器导入气流混合器，通过喷气嘴喷出压缩惰性气体或干燥空气将活性颗粒混合物与粘接剂颗粒分散混合制成电极混合物；

S3、对电极混合物的粘结剂颗粒原纤维化以及分散，通过管道将电极混合物导入气流粉碎机中进行粉碎，使电极活性颗粒、导电剂颗粒以及粘接剂颗粒粉碎并分散混合制成初级原纤维化电极混合物；

S4、对初级原纤维化电极混合物预加热及保温，将初级原纤维化电极混合物导入加热保温箱，初级原纤维化电极混合物在加热保温箱进行加热后保温，加热保温温度为150℃-300℃；

S5、对加热保温的初级原纤维化电极混合物进行持续施加外力挤压，将加热保温的初级原纤维化电极混合物导入螺杆挤出机的螺槽，初级原纤维化电极混合物在螺杆旋转作用下在螺槽内壁和螺杆表面不断被压实、搅拌以及混合制成原纤维化电极混合物。

优选的，其中S1步骤中，压缩惰性气体或干燥空气压力为0.6-1.3MPa,混合时间为5-7分钟，混合部总装载量为1计，活性颗粒混合物总量为0.8-0.9。

优选的，其中S2步骤中，电极混合物的总质量为100wt％计，电极活性颗粒为90～98wt％，导电剂颗粒为1～5wt％，粘接剂颗粒为1～5wt％。

优选的，其中S3步骤中，气流粉碎机进气压力为0.3Mpa～1.5MPa，气流粉碎机中分级涡轮转速为300－650rpm/min，气流粉碎机粉碎时间为3-15分钟，初级原纤维化电极混合物的过筛的筛网目数为60-200目。

优选的，气流混合器的顶部内壁设置有迷宫式排气导管，迷宫式排气导管的一端与第一排气过滤器连接，迷宫式排气导管的另一端与气流混合器内部连接，气流混合器顶部还设置有第二排气过滤器；

气流混合器分为混合部和隔离部，隔离部设置于混合部上方，喷气嘴设置于混合部，均匀下料器、第一排气过滤器、迷宫式排气导管以及第二排气过滤器均设置于隔离部，隔离部的高度大于或等于混合部的高度。

优选的，所述均匀下料器包括下料管、第一打孔板、第二打孔板以及推拉气缸，下料管与气流混合器连接，第一打孔板水平固定于下料管内部，第二打孔板与下料管水平滑动连接并叠设置于第一打孔板上方，推拉气缸驱动第二打孔板与下料管水平滑动，第一打孔板和第二打孔板的孔洞错位设置。

优选的，螺杆挤出机的螺槽包括第一螺槽和第二螺槽，第一螺槽和第二螺槽首尾相接，并且第一螺槽设置于第二螺槽上方；螺杆挤出机的螺杆包括设置于第一螺槽内的双杆螺杆以及设置于第二螺槽内的单杆螺杆，双杆螺杆和单杆螺杆均包括第一部分螺套、第二部分螺套以及第三部分螺套，第一部分螺套的螺纹间距>第三部分螺套的螺纹间距>第二部分螺套的螺纹间距，双杆螺杆和单杆螺杆的转速低于650转/分钟，双杆螺杆和单杆螺杆的工作温度为160℃-350℃。

优选的，第一部分螺套与第二部分螺套之间设置有混合型螺纹件，混合型螺纹件的螺棱上设置有若干沟槽，沟槽的方向与螺杆旋转的方向相反设置，混合型螺纹件输送初级原纤维化电极混合物时，初级原纤维化电极混合物部分从沟槽中漏流，使第一部分螺套与第二部分螺套之间的初级原纤维化电极混合物充分的混合交换，增强初级原纤维化电极混合物分布混合效果。

优选的，第二部分螺套和第三部分螺套之间设置有拉伸型螺纹件，拉伸型螺纹件包括正螺纹和反螺纹，正螺纹和反螺纹相对设置并且正螺纹和反螺纹的导程≥拉伸型螺纹件的长度，两拉伸型螺纹件相互啮合对初级原纤维化电极混合物进行拉伸，使粘接剂颗粒纤维化，增强分散效果并且剪切热相对较少，便于温度控制。

优选的，双杆螺杆的尾端设置有齿型螺纹件组并位于第一螺槽和第二螺槽连接处，齿型螺纹件组包括多个直齿型螺纹件和多个斜齿型螺纹件，直齿型螺纹件和斜齿型螺纹件间隔的相邻设置，两齿型螺纹件组相互交错设置，通过直齿型螺纹件和斜齿型螺纹件停止对初级原纤维化电极混合物的轴向输送，使第一螺槽内的初级原纤维化电极混合物进入第二螺槽内，齿型螺纹件组滑动于第一螺槽内以提高第一螺槽内部的自洁性。

本发明的有益效果：本发明通过电极活性颗粒与导电剂颗粒分散混合制成活性颗粒混合物，活性颗粒混合物与粘接剂颗粒分散混合制成电极混合物，对电极混合物的粘结剂颗粒原纤维化以及分散，对初级原纤维化电极混合物预加热及保温，对加热保温的初级原纤维化电极混合物进行持续施加外力挤压制成原纤维化电极混合物，整个混合加工生产过程无溶剂，使极片生产更简化、更环保。同时，不存在传统湿法极片制造过程中溶剂蒸发后，活性物质与导电剂之间会留出更多空隙，空隙导致材料的压实密度不高，影响极片的密度及电性能的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的气流混合器的结构示意图。

图3为本发明的均匀下料器的结构示意图。

图4为本发明的螺杆挤出机的结构示意图。

图5为本发明的双杆螺杆和单杆螺杆的结构示意图。

图6为本发明的混合型螺纹件的结构示意图。

图7为本发明的拉伸型螺纹件的结构示意图。

图8为本发明的齿型螺纹件组的结构示意图。

附图标记包括：

1、均匀下料器；11、下料管；12、第一打孔板；13、第二打孔板；14、推拉气缸；2、气流混合器；21、混合部；22、隔离部；23、颗粒捕捉器；231、倾斜部；232、折弯部；233、调控喷气嘴；3、第一排气过滤器；31、吹气管；4、喷气嘴；5、气流粉碎机；6、保温箱；7、螺杆挤出机；8、螺槽；81、第一螺槽；82、第二螺槽；9、螺杆；91、双杆螺杆；92、单杆螺杆；93、第一部分螺套；94、第二部分螺套；95、第三部分螺套；96、混合型螺纹件；961、沟槽；97、拉伸型螺纹件；971、正螺纹；972、反螺纹；973、主体；974、第一扭曲部；975、第二扭曲部；98、齿型螺纹件组；981、直齿型螺纹件；982、斜齿型螺纹件；10、迷宫式排气导管；101、第二排气过滤器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1至图8所示，本发明的一种软包电池的电极材料混合工艺，包括如下步骤：

S1、电极活性颗粒与导电剂颗粒预混合，在气流混合器2的顶部设置有均匀下料器1，通过称重料斗称重后的电极活性颗粒以及导电剂颗粒分别经过均匀下料器1导入气流混合器2中，气流混合器2呈锥型，均匀下料器1设置于气流混合器2的顶部一侧并与气流混合器2内部连通，气流混合器2的顶部的另一侧设置有第一排气过滤器3，第一排气过滤器3用于供气流混合器2过滤及排气，气流混合器2下部设置有多个呈环状分布的喷气嘴4,通过喷气嘴4喷出压缩惰性气体或干燥空气将电极活性颗粒与导电剂颗粒分散混合制成活性颗粒混合物，其中，压缩惰性气体或干燥空气压力为0.6-1.3MPa,混合时间为5-7分钟，使电极活性颗粒与导电剂颗粒分散混合制成活性颗粒混合物。如，压缩惰性气体或干燥空气压力为0.6MPa，混合时间为7分钟；压缩惰性气体或干燥空气压力为0.7MPa，混合时间为6分钟30秒；压缩惰性气体或干燥空气压力为0.8MPa，混合时间为6分钟；压缩惰性气体或干燥空气压力为0.9MPa，混合时间为5分钟30秒；压缩惰性气体或干燥空气压力为1.1MPa，混合时间为5分钟，以适应不同粒度的活性颗粒混合物。

混合部21总装载量为1计，活性颗粒混合物总量为0.8-0.9，减少混合活性颗粒混合物的耗损。如，活性颗粒混合物总量为0.8、活性颗粒混合物总量为0.85、活性颗粒混合物总量为0.9。压缩惰性气体可以是，包括干燥氮气、干燥氩气，便于控制活性颗粒混合物的含水量。还可以包括加热到一定温度的空气、氮气、氩气，例如，70℃氮气、85℃氩气。

实际使用中，电极活性颗粒包括正极活性颗粒物和负极活性颗粒物。正极活性颗粒物包括但不限于：钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元镍钴锰酸锂以及磷酸铁锂其中的至少一种，也即正极活性颗粒物可以是其中两种或两种以上的混合物。

负极活性颗粒物包括但不限于：石墨、硅、氧化亚硅、锂硅合金以及锂粉其中的至少一种，也即负极活性颗粒物可以是其中两种或两种以上的混合物。

导电剂颗粒包括但不限于：石墨、导电炭黑、科琴黑、乙炔黑、石墨烯、碳纤维以及碳纳米管其中的至少一种，导电剂可以是其中两种或两种以上的混合物。

S2、活性颗粒混合物与粘接剂颗粒混合，将通过称重料斗称重后的粘接剂颗粒经均匀下料器1导入气流混合器2，通过喷气嘴4喷出压缩惰性气体或干燥空气将活性颗粒混合物与粘接剂颗粒分散混合制成电极混合物；其中，电极混合物的总质量为100wt％计，电极活性颗粒为90～98wt％，导电剂颗粒为1～5wt％，粘接剂颗粒为1～5wt％。如，电极混合物的总质量为100wt％计，电极活性颗粒为98wt％，导电剂颗粒为1wt％，粘接剂颗粒为1wt％；电极混合物的总质量为100wt％计，电极活性颗粒为97wt％，导电剂颗粒为1.5wt％，粘接剂颗粒为1.5wt％；电极混合物的总质量为100wt％计，电极活性颗粒为96wt％，导电剂颗粒为2wt％，粘接剂颗粒为2wt％；电极混合物的总质量为100wt％计，电极活性颗粒为95wt％，导电剂颗粒为3wt％，粘接剂颗粒为2wt％；电极混合物的总质量为100wt％计，电极活性颗粒为94wt％，导电剂颗粒为4wt％，粘接剂颗粒为2wt％。

粘接剂颗粒包括但不限于：聚偏氟乙烯、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚乙二醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠以及丁苯橡胶其中中的至少一种，也即粘结剂可以是其中两种或两种以上的混合物。

在S2步骤中，压缩惰性气体或干燥空气压力为0.6-1.3MPa,混合时间为5-7分钟，使活性颗粒混合物与粘接剂颗粒分散混合制成电极混合物。如，压缩惰性气体或干燥空气压力为0.6MPa，混合时间为7分钟；压缩惰性气体或干燥空气压力为0.7MPa，混合时间为6分钟30秒；压缩惰性气体或干燥空气压力为0.8MPa，混合时间为6分钟；压缩惰性气体或干燥空气压力为0.9MPa，混合时间为5分钟30秒；压缩惰性气体或干燥空气压力为1.1MPa，混合时间为5分钟，以适应不同粒度的粘接剂颗粒。

S3、对电极混合物的粘结剂颗粒原纤维化以及分散，通过管道将电极混合物导入气流粉碎机5中进行粉碎，使电极活性颗粒、导电剂颗粒以及粘接剂颗粒粉碎并分散混合制成初级原纤维化电极混合物；其中，气流粉碎机5进气压力为0.3Mpa～1.5MPa，气流粉碎机5中分级涡轮转速为300－650rpm/min，气流粉碎机5粉碎时间为3-15分钟，使电极活性颗粒、导电剂颗粒以及粘接剂颗粒粉碎并分散混合制成初级原纤维化电极混合物。如，电极混合物的粒度小于3mm，在气流粉碎机5进气压力为0.6Mpa，气流粉碎机5中分级涡轮转速为330rpm/min，气流粉碎机5粉碎时间为8分钟；电极混合物的粒度小于3mm，在气流粉碎机5进气压力为0.7Mpa，气流粉碎机5中分级涡轮转速为400rpm/min，气流粉碎机5粉碎时间为7分钟，以适应不同粒度的电极混合物。

如，电极混合物的粒度小于3mm，在气流粉碎机5进气压力为0.8Mpa，气流粉碎机5中分级涡轮转速为450rpm/min，气流粉碎机5粉碎时间为6分钟；

初级原纤维化电极混合物的过筛的筛网目数为60-200目，如，80目、100目、120目、150目、170目、180目。

S4、对初级原纤维化电极混合物预加热及保温，将初级原纤维化电极混合物导入加热保温箱6，初级原纤维化电极混合物在加热保温箱6进行加热后保温，加热保温温度为150℃-300℃，使初级原纤维化电极混合物预加热，便于一下步骤加工，如，150℃、190℃、200℃、230℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃。如，粘接剂颗粒为聚四氟乙烯，加热保温温度为260℃、270℃、280℃或290℃，使粘接剂颗粒处于软化的状态，便于对粘接剂颗粒原纤维化处理。

S5、对加热保温的初级原纤维化电极混合物进行持续施加外力挤压，将加热保温的初级原纤维化电极混合物导入螺杆挤出机7的螺槽8，初级原纤维化电极混合物在螺杆9旋转作用下在螺槽8内壁和螺杆9表面不断被压实、搅拌以及混合制成原纤维化电极混合物，通过辊压机对原纤维化电极混合物辊压即可制成极片，整个混合加工生产过程无溶剂，使极片生产更简化、更环保。同时，不存在传统湿法极片制造过程中溶剂蒸发后，活性物质与导电剂之间会留出更多空隙，空隙导致材料的压实密度不高，影响极片的密度及电性能的问题。

本实施例的气流混合器2的顶部内壁设置有迷宫式排气导管10，迷宫式排气导管10呈漩涡型、回字型以及弓字型。本实施例以漩涡型示例。迷宫式排气导管10的一端与第一排气过滤器3连接，迷宫式排气导管10的另一端与气流混合器2内部连接，通过迷宫式排气导管10延长气流混合器2的排气路径，减少混合活性颗粒混合物的耗损，气流混合器2顶部还设置有第二排气过滤器101，第二排气过滤器101也用于供气流混合器2过滤及排气。迷宫式排气导管10与第一排气过滤器3的连接处设置有吹气管31，当吹气管31向迷宫式排气导管10吹气时，第二排气过滤器101用于排气，使迷宫式排气导管10内的活性颗粒混合物回到气流混合器2内，进一部的减少混合活性颗粒混合物的耗损。

气流混合器2分为混合部21和隔离部22，隔离部22设置于混合部21上方，喷气嘴4设置于混合部21，均匀下料器1、第一排气过滤器3、迷宫式排气导管10以及第二排气过滤器101均设置于隔离部22，隔离部22的高度大于或等于混合部21的高度，具体地，隔离部22的高度与混合部21的高度比为1.3:1，增大迷宫式排气导管10与混合部21的距离，防止活性颗粒混合物进入迷宫式排气导管10，减少混合活性颗粒混合物的耗损。

实际使用中，隔离部22设置有多个颗粒捕捉器23，多个颗粒捕捉器坚直的交错设置，每一个颗粒捕捉器包括倾斜部231以及设置于倾斜部231顶部的折弯部232，折弯部232内侧设置有弧型面，弧型面向混合部21,通过倾斜部231、折弯部232以及弧型面对活性颗粒混合物捕捉。

两折弯部的间隙之间设置有调控喷气嘴233，调控喷气嘴233的出气口朝向混合部21，通过调控喷气嘴233吹出压力为0.1MPa的压缩惰性气体或干燥空气，防止活性颗粒混合进入迷宫式排气导管10。具体的，如，喷气嘴4混合工作1分钟后，调控喷气嘴233开始工作，每间隔20秒，吹气5秒。

本实施例的所述均匀下料器1包括下料管11、第一打孔板12、第二打孔板13以及推拉气缸14，下料管11与气流混合器2连接，第一打孔板12水平固定于下料管11内部，第二打孔板13与下料管11水平滑动连接并叠设置于第一打孔板12上方，推拉气缸14驱动第二打孔板13与下料管11水平滑动，第一打孔板12和第二打孔板13的孔洞错位设置，使用时，推拉气缸14驱动第二打孔板13与下料管11水平滑动使第一打孔板12和第二打孔板13的孔洞相重叠，便于物料进入气流混合器2，防止物料结团。

本实施例的螺杆挤出机7的螺槽8包括第一螺槽81和第二螺槽82，第一螺槽81和第二螺槽82首尾相接，并且第一螺槽81设置于第二螺槽82上方；螺杆挤出机7的螺杆9包括设置于第一螺槽81内的双杆螺杆91以及设置于第二螺槽82内的单杆螺杆92，双杆螺杆91和单杆螺杆92均包括第一部分螺套93、第二部分螺套94以及第三部分螺套95，第一部分螺套93的螺纹间距>第三部分螺套95的螺纹间距>第二部分螺套94的螺纹间距，使第一部分螺套93具有较强的输送能力，第三部分螺套95的输送能力低于第一部分螺套93可以减缓初级原纤维化电极混合物输送速度，第二部分螺套94的输送能力最低，使初级原纤维化电极混合物充分的混合、挤压以及剪切，使初级原纤维化电极混合物完全原纤维化。双杆螺杆91和单杆螺杆92的转速低于650转/分钟，如，双杆螺杆91和单杆螺杆92的转速均为400转/分钟；双杆螺杆91和单杆螺杆92的转速均为500转/分钟；双杆螺杆91转速为400转/分钟，单杆螺杆92的转速为450转/分钟。双杆螺杆91和单杆螺杆92的工作温度为160℃-350℃，如，双杆螺杆91和单杆螺杆92的工作温度均为180℃、200℃、270℃、300℃、320℃。

本实施例的第一部分螺套93与第二部分螺套94之间设置有混合型螺纹件96，混合型螺纹件96的螺棱上设置有若干沟槽961，沟槽961的方向与螺杆9旋转的方向相反设置，混合型螺纹件96输送初级原纤维化电极混合物时，初级原纤维化电极混合物部分从沟槽961中漏流，使第一部分螺套93与第二部分螺套94之间的初级原纤维化电极混合物充分的混合交换，增强初级原纤维化电极混合物分布混合效果。

本实施例的第二部分螺套94和第三部分螺套95之间设置有拉伸型螺纹件97，拉伸型螺纹件97包括正螺纹971和反螺纹972，正螺纹971和反螺纹972的截面均呈菱型。正螺纹971和反螺纹972均包括主体973、第一扭曲部974以及第二扭曲部975，第一扭曲部974与第二扭曲部975扭转方向相反，正螺纹971和反螺纹972相对设置，两第一扭曲部974相连接形成第一V型螺纹，两第二扭曲部975相连接形成第二V型螺纹，通过第一V型螺纹以及第二V型螺纹对初级原纤维化电极混合物进行拉伸，使粘接剂颗粒纤维化。并且正螺纹971和反螺纹972的导程≥拉伸型螺纹件97的长度，两拉伸型螺纹件97相互啮合对初级原纤维化电极混合物进行拉伸，使粘接剂颗粒纤维化，增强分散效果并且剪切热相对较少，便于温度控制。

本实施例的双杆螺杆91的尾端设置有齿型螺纹件组98并位于第一螺槽81和第二螺槽82连接处，齿型螺纹件组98包括多个直齿型螺纹件981和多个斜齿型螺纹件982，直齿型螺纹件981设置有直型齿槽，斜齿型螺纹件982设置有斜型齿槽。直齿型螺纹件981和斜齿型螺纹件982间隔的相邻设置，两齿型螺纹件组98相互交错设置，通过直齿型螺纹件981和斜齿型螺纹件982停止对初级原纤维化电极混合物的轴向输送，使第一螺槽81内的初级原纤维化电极混合物进入第二螺槽82内，齿型螺纹件组98滑动于第一螺槽81内以提高第一螺槽81内部的自洁性。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。