一种锂离子电池涂覆隔膜制备系统及方法与流程

1.本发明属于锂离子电池涂覆隔膜的制备领域，具体涉及一种锂离子电池涂覆隔膜制备系统及方法。


背景技术：

2.锂电池隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。作为锂电池的关键材料，其性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。动力电池的技术提升同时对隔膜也提出了较高的要求，为提高动力电池安全性和使用寿命，在隔膜上涂覆新型材料成为未来的技术发展趋势。而竞争的日益激烈，也对降低涂覆隔膜的制备成本提出了更高的要求。
3.常规涂覆隔膜制备时，是将陶瓷粉、溶剂、分散剂及粘结剂混合搅拌制成涂覆浆料，浆料在涂布机上均匀涂敷在基膜上，然后湿涂层通过干燥烘箱蒸干溶剂得到涂覆隔膜。干燥速度主要取决于溶剂含量，溶剂含量取决于涂敷量即涂覆面密度以及浆料的固含量，浆料固含量取决于浆料的粘度及材料粒径等指标。
4.为改善锂离子涂覆电池性能，目前各种新型材料不断出现，相当多的材料呈现纳米化，各种包覆处理，小颗粒的材料加入会显著增加涂覆浆料的粘度，而涂布需要有一个较小的粘度窗口保证浆料的流动性，保证涂布质量，所以需要加入更多的溶剂来稀释降低浆料粘度，浆料固含量的下降会导致干燥更困难。
5.目前涂覆隔膜浆料分为水系和油系，水系溶剂为纯水，油系溶剂基本都为n
‑
甲基吡咯烷酮和二甲基乙酰胺等，两种体系均采用凹版涂布方式，要求浆料粘度在100mpa.s左右，对应浆料溶剂含量高。水系涂布速度一般取决于设备的能力，目前主流方法是涂布设备大型化，涂布设置多段烘箱，梯度加热，烘箱长度动辄18甚至30米以上，设备价格高，能耗大，不利于成本降低。油系溶剂价格较贵，有轻微毒性，不能直接排放，一般需要外接系统进行回收，经过提纯后可重复使用。溶剂含量高，会带来额外的材料成本。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种锂离子电池涂覆隔膜制备系统及方法，通过在浆料制备、储存及传输过程中对浆料进行加温、保温，使浆料在高固含量情况下保持低粘度，减少溶剂使用，提高涂布速度。
7.为实现上述目的，本发明采取的技术方案之一是：一种锂离子电池涂覆隔膜制备系统，包括涂布机和浆料供应装置，浆料供应装置用于向涂布机供应涂布浆料，所述浆料供应装置包括搅拌机、浆料储罐和热源，所述搅拌机与浆料储罐之间通过输送管道相连，浆料储罐与涂布机之间通过保温管道相连，所述搅拌机用于将陶瓷粉、溶剂、分散剂及粘结剂混合搅拌制成锂离子电池浆料并输送给浆料储罐，所述浆料储罐用于储存涂覆隔膜浆料并将浆料输送给涂布机，所述热源用于向搅拌机和浆料储罐提供热量进而控制涂覆浆料保持一
定的温度。
8.进一步的，所述搅拌机和浆料储罐内均设置有温度传感器，所述温度传感器与控制器连接，温度传感器将检测的温度实时给反馈控制系统，控制器根据接收到的温度信号控制热源进行供热。
9.进一步的，所述搅拌机和浆料储罐的罐体均采用中空夹层结构，并且在中空夹层内填充有液体状导热媒介；具体可采用导热油或液体水。
10.进一步的，所述搅拌机和浆料储罐的中空夹层均通过进出循环管道与热源相连接，并且在两套进出循环管道上均设置有输送泵，在输送泵驱动下导热媒介在中空夹层和热源之间循环流动，并且所述输送泵与控制系统相连接，接受控制系统的启停控制。
11.进一步的，通过所述热源、导热媒介、输送泵和温度传感器的配合控制将搅拌机和浆料储罐内的浆料温度保持在40
‑
50℃。
12.进一步的，所述涂布机的烘箱连接有用于排出溶剂的风管。
13.本发明采取的技术方案之二是：一种利用方案中制备系统制备锂离子电池涂覆隔膜的方法，其包括如下步骤：
14.(1)搅拌机制备浆料，制备过程中，热源加热导热媒介，然后输送泵按照一定的转速将导热媒介输送至搅拌机的中空夹层，对搅拌机中的浆料提供热量进行加热；同时在搅拌制备浆料过程中通过温度传感器对搅拌机中浆料温度进行实时检测，并反馈给控制系统，控制系统再调节输送泵的转速，从而控制浆料制备时温度在40
‑
50℃；
15.(2)制备好的浆料通过输送管道输送给浆料储罐中进行储存待用；
16.(3)浆料储存过程中，热源加热导热媒介，然后输送泵按照一定的转速将导热媒介输送至浆料储罐的中空夹层，对浆料储罐中的浆料提供热量进行加热；同时过程中通过温度传感器对浆料储罐中浆料温度进行实时检测，并反馈给控制系统，控制系统再调节输送泵的转速，从而控制浆料储存时温度在40
‑
50℃；
17.(4)浆料储罐通过保温管道将浆料输送至涂布机，均匀涂覆在基膜上，再通过涂布机烘箱进行烘干得到涂覆隔膜，溶剂通过烘箱上风管排出。
18.本发明的有益效果是：本发明通过控制涂覆浆料合制，储存及涂布之前过程中浆料的温度，达到提升浆料固含量并降低粘度的目的，进而提升了涂布效率，减少了溶剂使用量，降低了能耗；具体的：
19.(1)在控制浆料合制，储存及涂布之前过程中浆料的温度中，针对搅拌机及浆料储罐进行改进，将其制作成带中空夹层的罐体，里面可填充导热油或水等导热媒介，并预留进出管道，通过控制加热导热媒介温度间接控制罐体内部浆料温度，根据罐体内测量浆料温度的温度传感器数据实时调整导热溶剂加热温度，进而便于调整浆料温度至设定的范围。
20.(2)高温浆料进入涂布机后再进行烘干，省却了冷浆料的预热步骤，可以减少烘箱长度或者不减短烘箱的前提下可以提高生产效率，提高产能，降低设备成本。
21.(3)因低温下浆料粘度大，高温下浆料粘度小，在同样的粘度下，高温浆料可以减少溶剂用量，因此本发明可提高固含量，节约溶剂成本，实现降本目的。同时，高固含涂布也降低了对涂布机的设备要求，降低烘箱设计难度，保证更高的生产效率和成品率。
22.(3)采用上述锂离子电池涂覆隔膜制备方法的锂离子电池，涂覆隔膜的面密度可以设计的更大，有助于提高电池的安全性。
23.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
24.图1是本发明系统结构示意图。
25.图中标记为：1
‑
热源，2
‑
搅拌机，3
‑
浆料储罐，4
‑
第一温度传感器，5
‑
第二温度传感器，
[0026]6‑
第一输送泵，7
‑
第二输送泵7，8
‑
基膜8，9
‑
涂布机烘箱9，10
‑
涂覆隔膜，11
‑
风管，12
‑
保温管道，13
‑
输送管道，14
‑
循环管道，15
‑
中空夹层。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0028]
实施例一
[0029]
如图1所示，一种锂离子电池涂覆隔膜制备系统，主要包括：
[0030]
热源1：提供热量的装置；
[0031]
搅拌机2：将陶瓷粉、溶剂、分散剂及粘结剂混合搅拌制成锂离子电池浆料的设备；
[0032]
浆料储罐3：储存涂覆隔膜浆料的设备；
[0033]
第一温度传感器4、第一温度传感器5：用来检测涂覆隔膜浆料温度的装置；
[0034]
第一输送泵6、第二输送泵7：用来输送热媒的装置；
[0035]
基膜8：未经涂覆的锂电池隔膜；
[0036]
涂布机：将浆料涂覆在基膜上；
[0037]
涂布机烘箱9：对涂敷在基膜上的浆料进行烘干的装置；
[0038]
涂覆隔膜10：涂覆且烘干后的锂电池隔膜；
[0039]
风管11：用于排出溶剂的管道；
[0040]
保温管道12：用于输送浆料并确保温度稳定的装置。
[0041]
所述搅拌机1与浆料储罐3之间通过输送管道13相连，浆料储罐与涂布机之间通过保温管道12相连，在搅拌机1和浆料储罐3内均设置有温度传感器，所述温度传感器与控制系统的控制器连接，温度传感器将检测的温度实时给反馈控制系统，控制器根据接收到的温度信号控制热源1进行供热。
[0042]
本实施例中，所述搅拌机1和浆料储罐3的罐体均采用中空夹层结构，并且在中空夹层15内填充有液体状导热媒介，如导热油或液体水。所述搅拌机1和浆料储罐3的中空夹层15均通过进出循环管道14与热源1相连接，并且在两套进出循环管道14上均设置有输送泵，在输送泵驱动下导热媒介在中空夹层和热源之间循环流动，并且所述输送泵与控制系统相连接，接受控制系统的启停控制。
[0043]
实施例二
[0044]
本实施例是利用实施例一中制备系统制备锂离子电池涂覆隔膜的方法，其包括如下步骤：
[0045]
(1)搅拌机制备浆料，制备过程中，热源加热导热媒介，然后输送泵按照一定的转速将导热媒介输送至搅拌机的中空夹层，对搅拌机中的浆料提供热量进行加热；同时在搅
拌制备浆料过程中通过温度传感器对搅拌机中浆料温度进行实时检测，并反馈给控制系统，控制系统再调节输送泵的转速，从而控制浆料制备时温度在40
‑
50℃；
[0046]
(2)制备好的浆料通过输送管道输送给浆料储罐中进行储存待用；
[0047]
(3)浆料储存过程中，热源加热导热媒介，然后输送泵按照一定的转速将导热媒介输送至浆料储罐的中空夹层，对浆料储罐中的浆料提供热量进行加热；同时过程中通过温度传感器对浆料储罐中浆料温度进行实时检测，并反馈给控制系统，控制系统再调节输送泵的转速，从而控制浆料储存时温度在40
‑
50℃；
[0048]
(4)浆料储罐通过保温管道将浆料输送至涂布机，均匀涂覆在基膜上，再通过涂布机烘箱进行烘干得到涂覆隔膜，溶剂通过烘箱上风管排出。
[0049]
综上所述，通过本发明实现在制备、储存和转运浆料过程中保持浆料温度在40
‑
50℃，这样水系涂覆隔膜浆料固含量将由常规35％
‑
40％提高到45％
‑
55％，提升10％
‑
15％，相同烘箱长度下，涂布速度可提升10％
‑
15％，或者相同涂布速度下，烘箱长度缩短10％
‑
15％；油系涂覆隔膜浆料固含量将由常规5％
‑
10％提高到15％
‑
25％，提升10％
‑
15％,溶剂使用量可减少10％
‑
15％。
[0050]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本发明的保护范围内。
[0051]
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。