干法成膜制备电极用物料混合装置的制作方法

1.本实用新型涉及电池材料制备技术领域，特别涉及一种干法成膜制备电极用物料混合装置。


背景技术：

2.随着新能源汽车的不断普及，人们对车用锂离子电池的能量密度和安全性能的要求不断提高，预计在未来，车用锂离子电池的能量密度要达到500wh/kg(wh/kg为锂电池的质量能量密度)。为了实现锂离子电池的快速普及，提升锂离子电池的竞争力，降低锂离子电池的生产成本显得极其重要。
3.锂离子电池的极片加工工艺按照是否使用溶剂可以分为湿法工艺以及干法工艺。传统湿法工艺即目前最为常见的浆料涂布工艺，是将电极活性物质，导电剂以及粘结剂混合均匀制备成液态电池浆料混合物后，再对极片进行涂布烘干。故而在使用湿法涂布工艺生产极片过程中需要消耗巨大的电力能耗，并且会产生严重的voc(voc指挥发性有机化合物)污染问题。
4.干法电极制备方法是将正负极主材物料与固体导电剂颗粒进行混合，得到导电剂均匀分散的干燥的正负极主材物料，将该物料添加干法粘结剂后得到纤维化的正负极主材物料，再将正负极主材物料经粉碎机粉碎得到电极粉料，再将电极粉料进行辊压而形成薄的电极极片膜，最后再将成型的电极极片膜压到金属箔集流体上形成成品电极。
5.现有技术中用于干法成膜电极制备的混料设备一般为：v型混料机、三维混料机及搅拌飞刀混料机等设备，以对固体导电剂和电极活性物质进行混合，但是采用这种机械搅拌混料的方法，常常会存在导电剂分布不均匀以及导电剂团聚的现象。因此，通过机械搅拌混合的方法很难将团聚后的导电剂颗粒分散均匀，从而较难得到导电剂均匀分散的正负极主材物料，并且采用机械搅拌混料的方法容易对正负极主材物料的形貌造成破坏，而影响成品极片的性能。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种干法成膜制备电极用物料混合装置，以可实现对液体物料和固体物料的良好的混合效果。
7.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
8.一种干法成膜制备电极用物料混合装置，包括：
9.供料装置，包括存放有液体物料的储存单元，与所述储存单元相连的用于泵送所述液体物料的泵送单元，以及与所述泵送单元相连的用于将所述液体物料雾化至雾状物料的雾化单元；
10.混合装置，包括与所述雾化单元相连的存放有固体物料的料筒，可拆卸地设于所述料筒底部的气流流向调节机构，以及设于所述料筒顶部的带有过滤组件的盖体，所述过滤组件与外界连通；
11.吹气装置，包括气泵单元，以及与所述气泵单元相连的第一吹气管路和第二吹气管路，且所述第一吹气管路和所述第二吹气管路分别与所述雾化单元和所述气流流向调节机构相连，所述第一吹气管路将所述雾状物料吹送至所述料筒内，所述第二吹气管路用于向所述气流流向调节机构供应气流；
12.加热装置，设于所述第二吹气单元和所述气流流向调节机构之间，所述加热装置用于加热所述气流；
13.所述气流流向调节机构包括驱动单元，以及与所述驱动单元动力输出端相连的涡轮，加热后的所述气流因所述驱动单元驱使所述涡轮转动而于所述料筒内旋转流动，以构成所述雾状物料和所述固体物料的混合。
14.进一步的，所述过滤组件包括穿设于所述盖体上的至少一个滤芯；所述滤芯的一端伸入所述料筒内，另一端通过气体排放管路与外界相连通。
15.进一步的，所述吹气装置还包括与所述气泵单元相连的反吹管路，所述反吹管路与所述滤芯内部相连通。
16.进一步的，所述第一吹气管路、所述第二吹气管路和所述反吹管路上分别设有控制阀。
17.进一步的，所述气体排放管路上设有抽风单元。
18.进一步的，所述物料混合装置还包括设于所述加热装置和所述气流流向调节机构之间的风量检测单元。
19.进一步的，所述物料混合装置还包括设于所述加热装置和所述气流流向调节机构之间的温度检测单元。
20.进一步的，所述储存单元采用储存罐，所述泵送单元采用蠕动泵。
21.进一步的，所述驱动单元采用电机，和/或，所述雾化单元采用雾化喷嘴。
22.进一步的，所述物料混合装置还包括控制装置，所述控制装置分别与所述泵送单元、所述气流流向调节机构、所述气泵单元和所述加热装置相连。
23.相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：
24.本实用新型所述的干法成膜制备电极用物料混合装置，通过设置有雾化单元以及吹气装置，能够将液体物料雾化为雾状物料，再与固体物料进行混合，并通过设置气流流向调节机构，能够使气流在料筒内旋转，进而实现液体物料与固体物料之间的均匀混合，避免了因机械混合而对物料造成的损伤，同时，5设置有加热装置，能够对气流进行加热，进而能够在混合过程中对物料进行烘干，得到干燥的所需的电极膜物料，并避免物料黏连在料筒、滤芯和气流流向调节机构等上面，从而使得该物料混合装置具有良好的使用效果。
附图说明
25.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
26.图1为本实用新型实施例所述的干法成膜制备电极用物料混合装置的整体结构示意图；
27.图2为本实用新型实施例所述的干法成膜制备电极用物料混合装置在混料过程中
的工艺流程图。
28.附图标记说明：
29.1、储存单元；2、泵送单元；3、雾化单元；4、料筒；5、气泵单元；6、第一吹气管路；7、第二吹气管路；8、盖体；9、滤芯；10、驱动单元；
30.11、涡轮；12、反吹管路；13、控制阀；14、抽风单元；15、空气净化处理设备；16、风量检测单元；17、温度检测单元；18、气体排放管路；19、控制装置；20、加热装置。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.此外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
35.本实用新型涉及一种干法成膜制备电极用物料混合装置，在整体结构上，其包括供料装置、混合装置、吹气装置、加热装置20和气流流向调节机构。其中，供料装置包括存放有液体物料的储存单元1，与储存单元1相连的用于泵送液体物料的泵送单元2，以及与泵送单元2相连的用于将液体物料雾化至雾状物料的雾化单元3。
36.混合装置包括与雾化单元3相连的存放有固体物料的料筒4，可拆卸地设于料筒4底部的气流流向调节机构，以及设于料筒4顶部的带有过滤组件的盖体8，过滤组件与外界连通。
37.吹气装置包括气泵单元5，以及与气泵单元5相连的第一吹气管路6和第二吹气管路7，且第一吹气管路6和第二吹气管路7分别与雾化单元3和气流流向调节机构相连，第一吹气管路6将雾状物料吹送至料筒4内，第二吹气管路7用于向气流流向调节机构供应气流。
38.加热装置20设于第二吹气单元和气流流向调节机构之间，加热装置20用于加热气流。气流流向调节机构则包括驱动单元10，以及与驱动单元10动力输出端相连的涡轮11，加热后的气流因驱动单元10驱使涡轮11转动而于料筒4内旋转流动，以构成雾状物料和固体物料的混合。
39.需要说明的是，本实施例中料筒4内的固体物料为颗粒状的正负极主材物料，如制作正极材料的锰酸锂、钴酸锂以及三元材料等。本实施例中的液体物料为导电剂溶解在溶剂中而得到的导电剂分散均匀的分散液体。通过使液体物料进行雾化之后而与固体物料通过气流鼓吹进行混合并烘干，能够使导电剂均匀分散在正负极主材物料中，同时避免了因
机械混合而对物料的形态造成损伤的可能，从而保证成品电极的性能。
40.混合后的物料即为干法制备电极膜时所需的电极膜物料。
41.基于上述的整体介绍，本实施例中，作为一种优选的实施方式，如图1至图2所示，料筒4整体呈上大下小的圆台状，料筒4的内部中空设置，盖体8可拆卸的设置在料筒4的顶部，盖体8与料筒4之间的可拆卸连接形式采用现有技术中常用到的可拆卸连接形式便可，如螺纹连接形式、卡接连接形式等，以便于在能够在打开盖体8之后向料筒4内填充固体物料。
42.作为优选的，上述的过滤组件包括穿设于盖体8上的至少一个滤芯9，滤芯9的一端伸入料筒4内，另一端通过气体排放管路18与外界相连通。具体实施时，于盖体8上共设置有两个滤芯9，两个滤芯9的下端与料筒4连通，上端与气体排放管路18连通。
43.此处通过设置滤芯9，能够实现将料筒4与外界连通，以利于料筒4内的气流顺利流通的同时，防止物料被吹出料筒4。并且，本实施例中的滤芯9在实际应用时，可优选采用现有技术中常用到的空气滤芯产品便可。
44.此外，本实施例的吹气装置还包括与气泵单元5相连的反吹管路12，反吹管路12与滤芯9内部相连通。在混料过程结束之后，通过反吹管路12向滤芯9内间歇性吹气，则滤芯9因气流的冲击，会发生一定程度的抖动，从而在气流冲击和机械抖动两方面的共同作用下，而能够将混料过程中吸附在滤芯9上的物料掉落至料筒4内，从而防止造成物料的浪费，并且也能够防止物料堵塞滤芯9，以便于滤芯9的后续使用。
45.为了对第一吹气管路6、第二吹气管路7和反吹管路12内的气流分别进行控制，在第一吹气管路6、第二吹气管路7和反吹管路12上分别设有控制阀13，以便于能够分别对各个吹气管路内的气流进行控制，从而实现对整个混合过程的控制。本实施例中的控制阀13可采用现有技术中常用到的电磁阀等。
46.此外，为便于混料后的气体的排放，以实现混料过程的正常进行，在气体排放管路18上设有抽风单元14，其中抽风单元14选用现有技术中常用到的抽风机设备便可。
47.当然，在实际应用时，还可在抽风单元14的出风口处设置有现有技术中的空气净化处理设备15，以对排出的气体进行净化处理，进而降低对环境的污染。
48.本实施例的物料混合装置还包括设于加热装置20和气流流向调节机构之间的风量检测单元16，以便于能够对第二吹气管路7内的气流流量进行检测，从而能够及时地对第二吹气管路7内的气流流量进行调整，使得经气流流向调节机构后的气流流量足够使料筒4内的固体物料能够在料筒4内悬浮且运动。
49.此外，上述的物料混合装置还包括设于加热装置20和气流流向调节机构之间的温度检测单元17。通过设置温度检测单元17，能够对经加热装置20加热后的气流进行温度检测，以便于能够根据检测的结构，及时地对加热装置20的加热功率做出调整，使得经气流流向调节机构调节后流入料筒4内的气流能够对料筒4内混合后的物料进行烘干，避免物料黏连在料筒4、滤芯9和气流流向调节机构等上面。
50.需要说明的是，本实施例中的风量检测单元16可选用现有技术中常用到的气体流量检测仪。而本实施例中的温度检测单元17采用现有技术中常用到的温度传感器即可。此外，本实施例中的加热装置20可选用现有技术中常用到的加热器，如电加热器、蒸汽加热器等。
51.作为优选的，本实施例中的储存单元1采用储存罐，泵送单元2采用蠕动泵便可，从而能够通过蠕动泵将储存单元1内的液体物料泵送至第一吹气管路6内。同时，驱动单元10采用电机，如伺服电机，而雾化单元3采用雾化喷嘴便可。如图1中所示，雾化喷嘴设置在料筒4的底部位置，以便于经过雾化后的液体物料能够直接受到由气体流向调节机构输送而来的气流的鼓吹，实现与固体物料的混合。
52.另外，本实施例的物料混合装置还包括控制装置19，控制装置19分别与泵送单元2、气流流向调节机构、气泵单元5和加热装置20相连，从而能够通过控制装置19对泵送单元2、气流流向调节机构、气泵单元5以及加热装置20的工作与否分别进行控制，提高混料过程中的自动化程度以及控制精度，以便于混料工作的正常、高效的进行。
53.本实施例中所述的干法成膜制备电极用物料混合装置在混料过程中的工艺流程如图2所示，通过先将导电剂溶液物料置于储存单元1后，将固体物料放入料筒4内，并盖好盖体8，做好各个部件连接位置的密封后，开启抽风单元14。即可打开位于第一吹气管路6和第二吹气管路7上的控制阀13。开启加热装置20对管道进行预热后，开启气泵单元5和驱动单元10，并通过气泵单元5分别向第一吹气管路6和第二吹气管路7内输送气流。
54.开启泵送单元2，以便于将储存单元1内的液体物料送入第一吹气管路6内，第一吹气管路6的内的气流推动液体物料至雾化单元3处，使液体物料雾化并将雾状物料吹送至料筒4内。位于第二吹气管路7内的气流经过加热装置20进行加热后，依次经过风量检测单元16和温度检测单元17，而进入气流流向调节机构，通过涡轮11的转动而使进入料筒4内的气流旋转，而实现雾状物料和料筒4内固体物料的混合。
55.当混料结束后，即可关闭第一吹气管路6、第二吹气管路7、泵送单元2以及驱动单元10，并开启反吹管路12，以使滤芯9上吸附的物料抖落。对滤芯9上吸附的物料进行清除之后即可关闭气泵单元5，此时，则能够将气流流向调节机构拆下，而将料筒4内的混合好的物料从料筒4的底部取出。上述工作过程中的泵送单元2、气流流向调节机构、气泵单元5以及加热装置20均可通过控制装置19进行控制，以便于提高混料过程的自动化程度。
56.本实施例所述的干法成膜制备电极用物料混合装置，通过设置有雾化单元3以及吹气装置，能够将液体物料雾化为雾状物料，再与固体物料进行混合，并通过设置气流流向调节机构，能够使气流在料筒4内旋转，进而实现液体物料与固体物料之间的均匀混合，避免了因机械混合而对物料造成的损伤，同时，设置有加热装置20，能够对气流进行加热，进而能够在混合过程中对物料进行烘干，得到干燥的电极用物料，并避免物料黏连在料筒4、滤芯9和气流流向调节机构等上面，从而使得该物料混合装置具有良好的使用效果。
57.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。