
锂离子电池的生产制造是一个紧密相连、环环相扣的过程。总体而言,锂电池的生产包括电极制造、电池组装以及最终的注液、预充电、化成和老化等工序。在这三个阶段中,每个阶段又可细分为若干关键工序,每一步都会对电池的最终性能产生重大影响。
电极片制造工艺可细分为五个工序:浆料制备、浆料涂覆、电极片轧制、电极片切割和电极片干燥。电池组装工艺根据电池规格和型号的不同,大致分为绕线、壳体、焊接等工序。最终注塑阶段包括注塑、排气、密封、预充电、化成、老化等工序。电池制造工艺中的每个工序都会产生一定量的废料,废料产生的原因包括人为失误、设备故障、环境因素等。为了保证产品的成本效益,应尽量确保产品每个环节都合格。
电极的制备是整个工艺中最关键的环节,电极的质量直接影响后续工序能否进行。浆料的制备是一种非牛顿高粘度流体,由活性物质、粘合剂、溶剂、增稠剂和其他粉末均匀混合而成。该流体需要具备一定的粘度、良好的流动性和足够小的粒径。那么,制备电极需要哪些设备才能满足这些要求呢?

首先,容量足够大。
电池制造需要大量的电极片,并且对电池的整体一致性有要求。这就要求浆料具有一定的稠度。在实际混合过程中,由于混合操作、时间、进料顺序等原因,每个料槽的浆料稠度并不完全相同,即使在相同的工艺条件下,不同料槽的浆料粘度也未必一致。因此,混合机需要有一定的容量。目前大型混合机的容量可达2000升,容量足够大时,必须兼顾物料的混合能力和混合效果。
其次,需要一个好的真空密封系统
搅拌机需要良好的真空密封系统,主要有三个原因:
1. 在整个混合过程中,由于物料之间频繁的碰撞和摩擦,以及搅拌机与物料之间的摩擦,会产生更多热量,导致温度升高。温度升高会使某些溶剂散发出非常刺激的气味,例如NMP、PVDF等,这些有机气体对人体危害极大。
2. 在干粉预混阶段,如果封闭系统不够好,就会产生四阳粉尘,破坏工作环境,影响产品质量,并对员工造成伤害。
3. 粉末中存在较大空隙,与溶剂混合后,浆料内部不可避免地会产生大量气泡。因此,在涂覆电极片之前必须对浆料进行除气泡处理,否则在涂覆过程中会发生气泡破裂,导致表面密度不均甚至出现裸露箔片的现象,这对电池性能极为不利。
第三,搅拌机材料具有较强的耐腐蚀性、耐磨性以及稳定的物理化学性能。
显然,无论正极材料具有强碱性,NMP溶液具有强腐蚀性等因素,混合器都需要具备优异的耐腐蚀性。在混合过程中,混合器对粉末的连续混合要求其具有耐磨性和足够长的使用寿命。
第四,搅拌叶片的结构合理,搅拌速度设计满足要求。
除了足够的搅拌功率和搅拌范围外,搅拌桨叶的形状、机械设计等因素对浆料制备也有很大影响。首先,必须确保搅拌器的搅拌范围足够大,混合容器内无死角。目前,大型混合机通常采用双轴甚至三轴行星式混合机,以确保粉末或结块的活性物质能够均匀地混合到浆料中。其次,搅拌器的形状设计对物料的分散、混合、粒度分布和流动性有直接影响。目前市面上常见的搅拌器形状包括桨式、蝶式、锚式、螺旋式、爪式、框架式等,最好配备高速分散装置,因为有些物料需要高速剪切力才能分散,所以这是必要的。第三,需要要求设备的搅拌速度能够满足高分子量、超细粉末分散的要求。
除了主搅拌轴、叶片等设计外,一些设备还采用刮板设计、容器旋转等设计,以提高混合效率和物料混合程度。
5. 搅拌机安全
搅拌机的安全设计必须合理,包括设备的防爆设计、设备的安全紧急停止设计以及设备的稳定性,以免对操作人员造成伤害。
以上是锂电池浆料制备设备的基本要求,根据不同的材料特性需要进行相应的修改。











