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zkjl521003

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[资源] 电池电极浆料高剪切分散乳化设备

电池电极浆料高剪切分散乳化设备
在化工领域，混合、分散、均质、乳化加工是必不可少的操作工序单元。从概念上
和作用上讲，混合、分散、均质、乳化往往难以区分，本文统称为分散，所以本文中所指的分散指的是广义上的悬浮液体系中的分散相颗粒分散化、均匀化的处理过程，可以
同时起到降低分散颗粒的尺度和提高分散颗粒粉不均匀性的作用。
超剪切分散设备的核心部件是一对相互交错“配合”的定转子，图 1-3 为定转子外
形及工作原理图。转子和叶轮高速旋转，产生强大的离心力场，在转子中心形成很强的负压区。物料从定转子中心被吸入，在离心力的作用下，由中心向四周扩散。在扩散的过程中，物料首先受到叶片的搅拌，并在叶片端面与定子齿圈内侧窄小间隙内受到初步的剪切作用，然后进入到转齿与定齿的窄小间隙内，在强烈地流体力学效应和机械力作用下，产生强大的摩擦、撞击、剪切以及物料间的相互摩擦和碰撞作用而使分散相物料破碎。随着转子的工作半径由内向外逐渐递增，剪切和撞击的频率越来越高，物料在通过定转子的运动过程中受到越来越强烈地摩擦、冲击、剪切和碰撞等作用，被分散得越来越均匀，从而达到混合分散的目的。超剪切分散设备的特点：
（1）以剪切原理为基础对物料进行混合和分散，效果显著并且能耗较低；
（2）可根据生产需要增加转定子层数，使物料在分散过程中可以得到多次作用，
从而强化分散的效果；
（3）设备体积小，占地少，生产操作灵活简单，无需专人操作，并且适宜做成大
直径和高转速，从而较易制成大流量大功率设备；
（4）具有自吸能力和自动清洗能力，适合于物料品种频繁更换的场合以及食品卫
生要求严格的处理；
超剪切分散设备作为一种更高效的混合分散装置，在化工、制药、食品、化妆品、
涂料、石化、印染、生物工程等三十多个行业中得到了广泛的应用，并取得了一定成效，其独特的超剪切原理为无数工艺流程的革新以及新品的开发应用提供了简便而有效的途径。
世界各国都形成了高性能锂离子电池及其关键材料的研究和开发热潮。锂离子电池今后研究的重点主要是：开发高性能材料；创造电极与电池制备的新工艺;解决聚合物电解质和固体电解质电池的理论与技术的难题；将小型化电池过渡到电动车辆电池的开发中去。锂离子电池目前存在的主要问题是快充放电性能差、价格高和过充放电保护问题。如何降低材料成本、改善电池的快充放电性能及生产工艺的最优化是关键问题。
锂离子电池正在向高性能（即高比能、安全性、长寿命）、低成本的方向发展，其
主要研究热点是开发研究适用于高性能锂离子电池的新材料和新技术。
我国电池的产量和出口量目前已经位居世界第一，其中，比克、比亚迪、天津力神、邦凯、光宇等锂离子电池企业也已经发展成为全球电池行业瞩目的骨干企业。然而，国内锂离子电池企业虽然在产品价格上具有优势，由于没有一定的工艺设备作保证，其产品品质一致性与国外水平差异较大。生产出来的产品大部分都比较简单，而且工艺水平基本上停留在手工生产和半自动设备的水平。国内生产的电池设备与锂离子电池生产工艺结合不够紧密，严重制约了锂离子电池制备工艺的进步。
混合分散工艺在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度大于 30%，是整
个生产工艺中最重要的环节。锂离子电池的电极制造，正极浆料由粘合剂、导电剂、正极材料等组成；负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等组成。正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程,而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。在正、负极浆料中，颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接响到锂离子在电池两极间的运动，因此在锂离子电池生产中各极片材料的浆料的混合分散至关重要，浆料分散质量的好坏，直接影响到后续锂离子电池生产的质量及其产品的性能。
目前传统的锂离子电池浆料的制备都是在双行星分散设备中完成的。尽管目前在小
型电池生产技术上已日趋成熟，但目前锂离子电池的生产过程中，电池的一致性控制仍然是锂离子电池制作的技术难点，尤其是对于大容量、大功率的动力型锂离子电池。另外，随着锂离子电池材料的不断进步，原材料颗粒粒径越来越小，这不仅提高了锂离子电池性能，也非常容易形成二级团聚体，从而增加了混合分散工艺的难度。在锂离子电池生产过程中，对电池电极结构的控制是关键，尽管很多锂离子生产厂家对此未引起重视，采用不同结构的电极片生产的电池的自放电率、循环性、容量、一致性等都不同。如何控制其电极片内部的微观结构，是锂离子电池生产过程的关键技术。所以在制备电极片过程中，必须控制好锂离子电池浆料的混合分散质量，提高电池浆料的均匀一致性和分散稳定性。
锂离子电池浆料的混合分散过程可以分为宏观混合过程和微观分散过程，这两个过
程始终都会伴随着锂离子电池浆料制备的整个过程。而根据传统工艺中的叶轮剪切——循环特性，可以把叶轮的作用分为两大类，第一类是对叶轮附近产生的剪切作用；第二类则是通过叶轮泵出的流量产生循环作用。浆体的进一步分散作用主要依靠叶轮的剪切作用，而叶轮的流量决定了叶轮的分散的能力。而在离叶轮端部较远的区域，总会存在一层浆料始终停滞不动，这个区域也就是人们常说的“死区”，分散设备的工作区域越大，而且浆料黏度越高，“死区”的问题就越突出，就算采用不同的叶轮和结构，死区仍然难以避免，因此在锂离子电池浆料的制备过程中，所制得的浆料产品就会出现混合分散不均匀、粉体颗粒与粘合剂接触不均匀、易分层和发生硬性沉淀等一系列问题。
在立足锂离子电池巨大的市场价值和广阔的市场前景的基础上，结合
自己的平台，通过对锂离子电池制备过程中的关键装备技术——锂离子电池浆料混合分散技术，进行深入地研究，并且对其进行改进、完善或替代，从而使锂离子电池浆料的整个混合分散过程快速高效，并尽量避免产生局部的温度升高，浆料粒度分布要求均匀，提高电池浆料的分散效果（能够有效减少团聚现象）。
在传统工艺的基础上，深入研究超剪切技术对锂离子电池浆料进行高效超细分散，
促进锂离子电池浆料快速超剪切分散专用设备的研制与开发，这对目前国内在专用电池生产设备方面的缺乏无疑将起到了极大的推动作用，也将进一步加快锂离子电池的工业化生产。

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