《锂离子和超级电容器极片涂布.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锂离子和超级电容器极片涂布.doc（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 极片涂布是制备极片的关键步骤，程序是将合适黏度的浆料，涂覆在铝箔集流体上。极片涂布的一般工艺流程如图33所示。涂布时金属箔由放卷装置放出，进入涂布机，基片的首尾在接片台连接成连续带后，由拉片装置送入张力调整装置和自动纠偏装置，经过调整片路张力和片路位置后进入涂布装置。极片浆料在涂布装置按预定的涂布重量和空白长度分段进行涂布。在双面涂布时，自动跟踪正面涂布和空白长度进行涂布。涂布后的湿极片送入干燥道进行干燥，干燥温度根据涂布速度和厚度设定。干燥后的极片经张力调整和自动纠偏后进行收卷。 整个涂布过程是极片生产过程中节能减排的重点。其一，为将极片烘干，需要使用电能加热；其二，浆料中的溶剂NMP经加
2、热后形成气态，排放到大气中。NMP气体有毒性，对人体有伤害。目前我国对大气中的NMP含量尚未有明确规定，但在德国，NMP被列为三类有毒化学品，允许排入大气的含量为100L以下。为减少涂布过程中正负极材料的浪费，节约生产中所消耗的电能，并减少NMP气体的排放，现实生产中一般采用以下关键措施。 (1)涂布方式的选择 成功解决极片浆料的关键之一是选择合适的涂布方式。目前，大约有20多种涂布方法可用于将液体料液涂布于支撑体上。锂离子电池极片的涂布特点是：双面单层涂布；浆料湿涂层较厚(100300m)；浆料为非牛顿型高黏度流体；相对一般涂布产品而言，极片涂布精度要求高，和胶片涂布的精度要求相近；涂布支持
3、体厚度为1020m的铝箔和铜箔；为充分烘干极板中的水分或溶剂，极片的涂布速度不高。由于极片需要在金属箔两面都涂浆料，尽管目前有同时在支持体两面进行涂布的技术，但如果选用同时双面涂布的方法，就会使涂布后的干燥和极片传送设备变得极为复杂和难于控制。因此涂布技术路线决定选用单层涂抵另一面在浆料干燥后再涂。锂离子电池极片如果采用连续涂布，在进行定长分切生产极片、焊接极耳及装配电池时，需要在每段极片上刮除浆料涂层，露出金属箔片。用连续涂布定长分切的工艺路线，效率低，不能满足最终进行规模化生产的需要，而且刮掉的浆料产生大量的浪费，处理不当容易造成污染。因此，如考虑采用定长分段涂布的方法，在涂布时按电池规格
4、需要的涂布及空白长度进行分段涂布，这样可节约工时及材料用量。但是，采用单纯的机械装置很难实现不同电池规格所需要长度的分段涂布。近年来，设备厂商在涂布头的设计中采用微电脑控制技术，将极片涂布头设计成光、机、电一体化智能控制的涂布装置。涂布前将操作参数用键盘输入计算机程序，在涂布过程中由计算机控制涂布及间歇，自动进行定长分段和双面叠合涂布。这样的涂布机可以任意设定涂布和空白长度进行分段涂布，能满足各种型号锂离子电池极片涂布的需要，是目前较佳的涂布方式。选择间歇式涂布方式，可以充分减少材料的浪费，节约极片烘烤过程中电能的消耗，提高涂布时走带速度，充分利用炉腔内的热能。在极片涂布生产线中，涂布的速度受
5、到放卷、涂布、干燥、收卷等诸多环节的制约。由于集流体是极薄的铝箔、铜箔，刚性差，易于撕裂和产生皱折等，极片有多个传动点拖动。因此，涂布机在设计中需采用特殊技术装置，在涂布区使极片保持平展，严格控制片路张力梯度，使整个片路张力都处于安全极限内。在涂布流水线的传输设计中，宜采用直流电机智能调速控制技术，使涂布点片路速度保持稳定，从而确保了涂布的纵向均匀度。涂布机传输片路设计中，在涂布、收卷等关键部位，都设计有自动纠偏装置，以保证在涂布时浆料准确地涂布于基片上。两边留有均匀的片边，在极片收卷时能得到边缘整齐的片卷。通过设备的改造，可以保证走带速度大幅提高。但如果极片浆料涂层比较厚，涂布量大，干燥负荷
6、就大。采用普通热风对流或烘缸热传导等干燥方法效率低，能耗大，极片若走速太快，出来的极片会出现外干内湿或表面龟裂等弊病，影响极片质量，不能从根本上解决节能问题。(2)极片的干燥方式为解决高速走带时极片存在的不良问题，干燥方式被不断地改进，许多设备采用了优化设计的热风冲击干燥技术，这样可以提高干燥效率，可以进行均匀快速的干燥。中国专利“锂电池膜片干燥过程中NMP的回收工艺”(专利号：CN1944403A) 提出了一种干燥方式，该工艺使用密闭的循环干燥系统。 装置中，由进风口进入的风经过加热后对干燥设备中的膜片进行干燥，同时热气流将吸收膜片上的NMP。含有NMP的气流经排风口排出后，经过冷却处理，冷
7、却后气流中气体含NMP的饱和度数值降低，气流将析出多余的NMP。接着析出NMP后的回风经过风机由进风口进入，再次经过加热对膜片进行干燥，如此循环。 在冷却回收管道中具有一个全热交换器，由出风口进入的热气流经过全热交换器后再进入冷却装置，而后由冷却装置流出的冷却气体迂回到全热交换器中，然后再通过风道流向进风口。这样热气体的一部分热量通过全热交换器传导至冷却后的气体，从而降低了热量的损失，提高了热量利用率，降低能耗。(3)NMP的回收利用 NMP(N一甲基吡咯烷酮)是一种无色透明油状液体，微有胺的气味，能与水、醇、醚、酯、酮、芳烃等互溶，挥发度低，热稳定性、化学稳定性佳，能随水蒸气挥发，毒性较低，
8、半数致死量(大量，经口)为38mLkg。由于其对PVDF的溶解能力强，具有沸点高，选择性强和稳定性好等优点，目前，NMP成为广泛应用于锂离子电池正负极浆料的溶剂。但该品对眼睛和皮肤有刺激性，应避免吸人其烟雾，尽管国内对NMP的毒性还未见详细规定，但欧洲已规定。另一方面，国内大大小小的锂离子电池生产厂家有数百家，每年NMP的用量达数万吨，价值达数亿元。无论从环保还是节约资源的角度，对制片过程中的NMP进行回收然后加以循环利用，都是具有重要意义的。 由于NMP在锂离子电池中大量使用，工业上目前已有一些方法对其进行回收。大致方法为：使用共凝原理对NMP进行回收，工艺特征是使用能与NMP互溶且沸点低的
9、共凝剂。先将排出的NMP废气进行常压预处理，当NMP浓度达到要求范围后，向其中喷入雾化的共凝剂，经降温后，将NMP和共凝剂共同冷凝下来，这样，排放的废气温度较低，NMP含量低。回收液经真空精馏回收塔进行回收处理，得到纯度在9995以上的NMP产品，可以重新用于锂离子电池浆料的制备。这种方法设备投入费用低，可有效控制NMP的排放，但不能有效的节能。在此种方法的基础上，一种既节约能源，又能减少排放的NMP回收方法被用于生产中。 根据生产中废气排出时温度高，NMP含量不尽相同，NMP可共凝回收的特点，将NMP的回收与涂布同步进行。该方法使用与图34相似的干燥设备，使用无外来风，无排出的干燥系统。通过
10、加热空气，使用热空气冲击对极片进行干燥，同时热气流将吸收膜片上的NMP；含有NMP的气流经排风口排出后，经过冷热交换器处理，气流中的热能用于加热空气，用来干燥极片；冷却后的气流中气体含NMP的饱和度数值降低，气流将析出多余的NMP；接着析出NMP后的回风经过风机由进风口进入，再次经过加热对膜片进行干燥，如此循环。这样，既能够充分利用热空气加热极片，又能够回收到纯度高的NMP，可以重新用于生产。这是目前比较理想的回收处理方法。但在回收时应当注意，NMP与空气混合时有爆炸的可能，在处理过程中尽量将NMP的含量控制在安全范围内。 涂布过程是耗能、特别是排放的重要环节，处理不当将引起电能的巨大浪费。电
11、池及电池设备生产厂家应加大力度，对生产工艺及设备进行改造，最大限度地利用热能，并对溶剂进行回收，这对节能减排及电池成本控制都大有裨益。(4)黏结剂体系的选择正如以上所述，由于选择了PVDF作为电池极板的黏结剂，必须使用NMP做溶剂对其进行溶解，带来了相应的污染问题。目前，一种用于锂离子电池的水性黏结剂已经用于生产。水性黏结剂有以下优点：材料成本便宜，无污染，无需对废气进行处理；相对于NMP，水性黏结剂加热温度低，耗能低；水蒸气与空气混合无爆炸隐患，利于极片干燥过程的循环加热。当前，大部分生产企业的负极已使用了水性黏结剂体系，但正极还使用油性黏结剂体系，原因就在于水性黏结剂体系制作的电池稳定性差，循环性能不及油性体系制作的电池。但从已使用的水性黏结剂效果看，寻找更合适的黏结剂体系，研究电池材料与其更佳的配合性能，仍是目前的研究热点。
