一種鋰離子電池粘接劑材料的清潔配料方法與流程
2023-08-05 17:14:06 4
本發明屬於鋰離子電池製造技術領域，具體涉及一種鋰離子電池粘接劑材料的清潔配料方法。
背景技術：
鋰離子電池又稱為搖椅式電池，是利用電池充放電時候，鋰離子在正負極之間進行交換的電池。鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、無記憶效應、工作電壓範圍寬、使用壽命長、無環境汙染等優點。日本的索尼公司於1992年最早商業化了鋰離子電池技術，經過20多年的發展，鋰離子電池的市場不斷擴大。尤其是，鋰離子電池的應用領域已從最初的消費電子產品領域，擴大到汽車動力電池領域。根據中國新能源汽車的國家發展規劃，到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產能力要達到200萬輛，累計產銷量超過500萬輛。
粘接劑材料是鋰離子電池的構成材料之一，在鋰電池中粘接劑材料的主要作用是粘接正負極活性材料、增強正負極活性材料與導電劑以及集流體之間的接觸，以及穩定正負極極片的結構。粘接劑材料還對鋰離子電池正負極充放電過程中體積膨脹和收縮起到重要的緩衝作用，因此合適的粘接劑是鋰離子電池成功與否的關鍵點之一。
鋰離子電池粘接劑材料原料有固態的和液態的。液態的粘接劑材料原料包括，丁苯橡膠乳液，聚四氟乙烯乳液等，不需要配製就可以使用。對於固態的粘接劑材料，需要進一步配製成液態的粘接劑混合，通常的配料方法為，打開粘接劑材料的包裝袋口，從投料口把包裝袋中的固態粘接劑材料投入配料設備中，進一步攪拌、配製均勻，製成下一道工序所需要的粘接劑混合物。
常見的固態鋰離子電池粘接劑材料，包括聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸酯、聚醯亞胺、澱粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯吡咯烷酮等。固態的鋰離子電池粘接劑材料中包含部分細粉，在投料的過程中，鋰離子電池粘接劑材料中的細粉容易洩漏，弄髒工作環境。投料結束包裝袋中殘餘少量鋰離子電池粘接劑材料，也容易弄髒工作環境。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提供一種鋰離子電池粘接劑材料的清潔配料方法，可以減少鋰離子電池粘接劑材料配料過程的粉塵汙染。
本發明的技術方案如下：
一種鋰離子電池粘接劑材料的清潔配料方法，是把鋰離子電池粘接劑材料與溶劑相混合，配製成用於鋰離子電池的粘接劑混合物，其中鋰離子電池粘接劑材料是固態材料，其中鋰離子電池粘接劑材料裝在包裝袋中且直接與包裝袋接觸，其特徵在於：所述鋰離子電池粘接劑材料的包裝袋可溶於配料過程所用的溶劑，並且所述鋰離子電池粘接劑材料連同其包裝袋一起與配料過程所用的溶劑相混合。
本發明中，固態的鋰離子電池粘接劑材料可以是聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸酯、聚醯亞胺、澱粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯吡咯烷酮等中的一種。本發明中，配料過程所用的溶劑沒有特別限定，通常可使用水、或有機溶劑，還可以使用水和有機溶劑的混合溶劑。作為有機溶劑，例如可以列舉：甲醇、乙醇、丙醇等烷基醇；丙酮、甲乙酮等烷基酮類；四氫呋喃、二氧雜環乙烷、二甘醇二甲醚等醚類。二乙基甲醯胺、二甲基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基咪唑啉酮等醯胺類；二甲亞碸、環丁碸等硫系溶劑等。根據行業通用的習慣，選N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮或水中的一種。
本發明中，配料設備主要起到分散混合的作用，可以是球磨機、砂磨機、珠磨機、顏料分散機、磨碎機、超聲波分散機、均化器、均相混合機、高壓均質機、高速攪拌機、低速攪拌機、行星式混合機等混合設備中的一種。配料過程可以在室溫到80℃範圍內操作，分散混合過程可以進行10分鐘到數小時。
本發明中，固態的鋰離子電池粘接劑材料的包裝袋可溶於配料過程所用的溶劑，材質可以是聚乙烯醇、澱粉、蛋白質、聚偏氟乙烯、聚氨酯、或聚醯亞胺等材料中的一種。從使用習慣、成本和溶解速度等角度綜合考慮，配料過程如果使用NMP為溶劑，包裝袋的材質選為聚偏氟乙烯材質；配料過程如果使用水為溶劑，包裝袋的材質選為聚乙烯醇材質。聚偏氟乙烯和聚乙烯醇本身就可以充當鋰離子電池製作過程中的粘接劑。
本發明中，包裝袋的規格可以是包裝10克到1000公斤正極材料之間的規格，更常見的包裝袋規格是包裝500克、1公斤、2公斤、5公斤、10公斤、25公斤、100公斤、或250公斤粘接劑材料的規格。
本發明中，配料過程不需要打開可溶解包裝袋的袋口，固態的鋰電池粘接劑材料連同其包裝袋一起投入配料設備中與配料過程所用的溶劑相混合。在包裝袋溶解於配料所用溶劑後，固態的鋰電池粘接劑材料被釋放出來，逐步分散在溶劑中，進一步通過配料設備被分散和混合均勻。這就避免了在打開袋口階段帶來的粉塵洩漏問題。
本發明中，可溶於配料過程所用溶劑包裝袋的外面還可以套多個不同材質和功能的包裝袋，例如可以套PE袋、鋁塑膜袋、尼龍袋、或PVC袋等。進一步增加包裝袋的強度、對水和氧氣的阻隔性、或耐老化等性能。本發明中，可溶解包裝袋可以採用真空、或常壓的方式包裝鋰離子電池粘接劑材料。
本發明的優點：
1、鋰離子電池粘接劑材料的包裝袋可溶於配料過程所用的溶劑，可以把包裝袋連同鋰離子電池粘接劑材料一起與配料過程所用的溶劑相混合，減少傳統不溶包裝袋投料過程中的粉塵汙染。
2、鋰離子電池粘接劑材料的包裝袋可溶於配料過程所用的溶劑，可以不開袋口，直接把包裝袋連同其內的粘接劑材料一起與配料過程所用的溶劑相混合，節約工作時間。
具體實施例方式
以下結合具體實施例方式進一步說明本發明，下述實施方式僅用於說明本發明，而非限制本發明。本領域技術人員根據本發明上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於本發明保護的範圍。下文示例具體的時間、投料量等也僅是合適範圍中的一個示例，即本領域技術人員可以通過本文的說明做合適的範圍內選擇，而並非要限定於下文示例的具體數值。
實施例1(聚偏氟乙烯粘接劑材料)
鋰電池粘接劑材料是聚偏氟乙烯，是阿科瑪公司的編號HSV 900的產品，是粉體材料，一共6.0kg，總共6袋，每袋1.0kg裝在聚偏氟乙烯材質的包裝袋中，聚偏氟乙烯材質的包裝袋厚度為50微米。配料設備為雙行星真空攪拌機，先投入配料設備中100kg的溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮，再投入6袋1.0kg的HSV900粘接劑材料，不打開粘接劑材料的包裝袋口連包裝袋一起投入配料設備中，粘接劑連同其包裝袋一起與溶劑相混合。攪拌器公轉速度為30Hz，自轉速度為20Hz。4個小時後，成為透明均勻的粘接劑混合物，可以供下一道鋰電池製造工序所用。
因為鋰電池粘接劑材料HSV 900的包裝袋也是聚偏氟乙烯材質，可溶於配料過程所用的溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮，且包裝袋連同粘接劑材料一起投入配料設備中與溶劑相混合，所以粘接劑材料聚偏氟乙烯的配料過程不洩漏粉塵，不會弄髒工作環境，是清潔的過程。
實施例2(羧甲基纖維素鈉粘接劑材料)
鋰電池粘接劑材料是羧甲基纖維素鈉，是日本大賽璐化學公司的CMC 2200，是粉體材料，一共1.5kg，裝在聚乙醇材質的包裝袋中，聚乙醇材質的包裝袋厚度為40微米，聚乙烯醇包裝袋的外面還套有鋁塑膜複合包裝袋。配料設備為高速攪拌機，高速攪拌機內還配有超聲波分散設備，先投入配料設備中100kg的溶劑水。再去掉粘接劑CMC2200材料外面的鋁塑膜複合包裝袋，不打開粘接劑材料的聚乙烯醇包裝袋口，粘接劑材料連同聚乙醇材質包裝袋一起投入配料設備中與溶劑水相混合。48個小時後，成為透明均勻的粘接劑混合物，可以供下一道鋰電池製造工序所用。
因為鋰電池粘接劑材料CMC 2200的包裝袋是聚乙烯醇材質，可溶於配料過程所用的溶劑水，且包裝袋連同粘接劑材料一起與配料過程所用的溶劑水相混合，所以粘接劑材料羧甲基纖維素鈉的配料過程不洩漏粉塵，不會弄髒工作環境，是清潔的過程。
對比例1(實施例1的對比例，使用普通PE包裝袋)
對比例1與實施例1的實驗步驟相同，其中對比例1中聚偏氟乙烯粘接劑材料的包裝袋材質為普通聚乙烯材質。
因為聚偏氟乙烯HSV 900的包裝袋聚乙烯材質不易溶於配料過程所用的溶劑NMP，沒辦法PE包裝袋連同粘接劑材料一起投入配料。只能採用打開聚乙烯包裝袋口往配料設備內投料的方式，現場粘接劑材料配料操作過程會產生粉塵，容易弄髒工作環境。