CIBF2018觀察：鋰電池極片制造工藝及裝備新技術

第一電動大牛作者鋰想生活mikoWoo 2018-05-25 08:18

11萬平米的展覽規模，全球參展商超過1250家，展位達到5500多個，這個由中國化學與物理電源行業協會主辦的“第十三屆中國國際電池技術交流會/展覽會 (CIBF2018)再創新紀錄，規模空前。

22日下午，我花半天時間參觀了鋰離子電池裝備的幾個展館，下面簡單給大家展示下我在展會上看到相對較新的極片工藝及裝備。

1 混料

鋰離子電池混料設備主要向高速分散、高效率連續化生產等方向發展。

（1）高速分散均質機

PRIMIX連續化漿料生產流程示意圖如圖1所示，其中核心設備是連續高速分散機，主要包含旋轉軸、圓筒狀的PC轉筒、靜止的容器。攪拌原理為圓筒狀的PC轉子高速旋轉，從容器底部送來的漿料沿著容器旋轉，持續輸送漿料后，漿料被離心力強行擠壓到容器壁上，形成薄膜高速旋轉，產生巨大的剪切力是顆粒分散細化，并在容器壁面上下方向和與PC轉子旋轉的2個運動形成復雜流場，短時間內均一分散，如圖2所示。

圖1 primix連續化生產流程示意圖

圖2 Primixer分散原理

與Primix類似，圖3是國產化的高速分散均質機，漿料預攪拌之后也可以用此套系統連續化均勻分散。

圖3 國產連續化高速分散機

（2）靜態混合均質機

靜態混合器的混合過程如圖4所示，由一系列安裝在空心管道中的不同規格的混合單元進行的。由于混合單元的作用，使流體時而左旋向，時而右旋向，不僅將中心液流推向周邊，而且將周邊流體推向中心，從而造成良好的徑向混合效果。與此同時，流體自身的旋轉作用使流體相互混合，這種完善的徑向環流混合作用，使物料混合均勻，其也可以用于連續化生產過程，如圖5所示，這種雙螺桿混合器用于連續化生產鋰離子電池漿料。

圖4 管式靜態混合器

圖5 雙螺桿連續勻漿機

2 涂布

涂布技術主要集中在涂布干燥技術革新、多層涂布和雙面涂布等方面。

（1）納米干燥機

展會上，北方華創新能源推出了涂布機用納米干燥烘箱，納米水蒸氣發生器產生納米蒸汽，通入干燥烘箱中對涂層進行干燥，納米水蒸氣攜帶大量熱量滲入涂層內部，達到涂層內部溶劑往外快速干燥的效果，干燥原理示意圖如圖6所示。

圖6 北方華創新能源納米干燥機原理示意圖

（2）雙層同時涂布

為了同時滿足高能量密度和高功率性能的要求，廣大研究學者提出了各種優化策略，包括合成多元復合材料、制備分層活性物質、活性物質形貌的改性等。其中，制備分層活性物質的優化策略由于優化效果明顯、技術難度較低和成本低廉等優點引起了廣大學者的注意。為此，設備廠家也積極參與這種工藝的研究，本次展會上，北方華創新能源，曼恩斯特展出了雙層同時涂布擠壓模頭，在需要雙層涂布時，兩層同時涂布，極片生產效率提高了一倍。對于雙層同時涂布，生產過程需要優化工藝參數，確定涂布窗口，尋找最佳工藝范圍，如圖9所示。

圖7 曼恩斯特雙層擠壓模頭

圖8 北方華創新能源內部雙層涂布擠壓模頭

圖9 雙層涂布示意圖及其涂布窗口

（3）雙面涂布裝置

雙面涂布機采用單、雙面同時涂布的方式，可提高設備及空間利用率，提升涂布質量，降低生產成本，其研究對鋰電池技術的發展具有重要推動作用。雙面涂布機的設計依據其烘箱結構的不同分為雙層烘箱式和單層烘箱式兩種。雙層烘箱式雙面涂布機設置有上下兩層烘干通道，與傳統的單雙面分開涂布的方式相比，此種涂布機在平面上節省空間，但在高度方向上需要空間加倍，同時由于烘箱數量不變，對于空間、能耗、涂布質量的改善力度有限。單層烘箱式雙面涂布機在烘箱同一側設置兩個涂布模頭，分別用于正面涂布和反面涂布，相比于傳統涂布機，此種涂布方式只需增加一套涂布裝置即可，能夠在空間、設備數量、人力成本及能耗方面有所降低。