CIBF2018观察：锂电池极片制造工艺及装备新技术

第一电动大牛作者锂想生活mikoWoo 2018-05-25 08:18

11万平米的展览规模，全球参展商超过1250家，展位达到5500多个，这个由中国化学与物理电源行业协会主办的“第十三届中国国际电池技术交流会/展览会 (CIBF2018)再创新纪录，规模空前。

22日下午，我花半天时间参观了锂离子电池装备的几个展馆，下面简单给大家展示下我在展会上看到相对较新的极片工艺及装备。

1 混料

锂离子电池混料设备主要向高速分散、高效率连续化生产等方向发展。

（1）高速分散均质机

PRIMIX连续化浆料生产流程示意图如图1所示，其中核心设备是连续高速分散机，主要包含旋转轴、圆筒状的PC转筒、静止的容器。搅拌原理为圆筒状的PC转子高速旋转，从容器底部送来的浆料沿着容器旋转，持续输送浆料后，浆料被离心力强行挤压到容器壁上，形成薄膜高速旋转，产生巨大的剪切力是颗粒分散细化，并在容器壁面上下方向和与PC转子旋转的2个运动形成复杂流场，短时间内均一分散，如图2所示。

图1 primix连续化生产流程示意图

图2 Primixer分散原理

与Primix类似，图3是国产化的高速分散均质机，浆料预搅拌之后也可以用此套系统连续化均匀分散。

图3 国产连续化高速分散机

（2）静态混合均质机

静态混合器的混合过程如图4所示，由一系列安装在空心管道中的不同规格的混合单元进行的。由于混合单元的作用，使流体时而左旋向，时而右旋向，不仅将中心液流推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成良好的径向混合效果。与此同时，流体自身的旋转作用使流体相互混合，这种完善的径向环流混合作用，使物料混合均匀，其也可以用于连续化生产过程，如图5所示，这种双螺杆混合器用于连续化生产锂离子电池浆料。

图4 管式静态混合器

图5 双螺杆连续匀浆机

2 涂布

涂布技术主要集中在涂布干燥技术革新、多层涂布和双面涂布等方面。

（1）纳米干燥机

展会上，北方华创新能源推出了涂布机用纳米干燥烘箱，纳米水蒸气发生器产生纳米蒸汽，通入干燥烘箱中对涂层进行干燥，纳米水蒸气携带大量热量渗入涂层内部，达到涂层内部溶剂往外快速干燥的效果，干燥原理示意图如图6所示。

图6 北方华创新能源纳米干燥机原理示意图

（2）双层同时涂布

为了同时满足高能量密度和高功率性能的要求，广大研究学者提出了各种优化策略，包括合成多元复合材料、制备分层活性物质、活性物质形貌的改性等。其中，制备分层活性物质的优化策略由于优化效果明显、技术难度较低和成本低廉等优点引起了广大学者的注意。为此，设备厂家也积极参与这种工艺的研究，本次展会上，北方华创新能源，曼恩斯特展出了双层同时涂布挤压模头，在需要双层涂布时，两层同时涂布，极片生产效率提高了一倍。对于双层同时涂布，生产过程需要优化工艺参数，确定涂布窗口，寻找最佳工艺范围，如图9所示。

图7 曼恩斯特双层挤压模头

图8 北方华创新能源内部双层涂布挤压模头

图9 双层涂布示意图及其涂布窗口

（3）双面涂布装置

双面涂布机采用单、双面同时涂布的方式，可提高设备及空间利用率，提升涂布质量，降低生产成本，其研究对锂电池技术的发展具有重要推动作用。双面涂布机的设计依据其烘箱结构的不同分为双层烘箱式和单层烘箱式两种。双层烘箱式双面涂布机设置有上下两层烘干通道，与传统的单双面分开涂布的方式相比，此种涂布机在平面上节省空间，但在高度方向上需要空间加倍，同时由于烘箱数量不变，对于空间、能耗、涂布质量的改善力度有限。单层烘箱式双面涂布机在烘箱同一侧设置两个涂布模头，分别用于正面涂布和反面涂布，相比于传统涂布机，此种涂布方式只需增加一套涂布装置即可，能够在空间、设备数量、人力成本及能耗方面有所降低。