浅谈锂电池搅拌设备及上料系统

浅谈锂电池搅拌设备及上料系统

徐晓君

 佛山市金银河智能装备股份有限公司  广东省佛山市 528100

摘要：该文重点对锂电池的搅拌生产设备，开展了有效性研究，并对锂电池上料系统生产设备，进行了系统性的探讨，将有助于进一步的充分发挥锂电池的搅拌与上料系统的生产设备功能作用，确保锂电池可在搅拌与上料系统的生产设备强大的辅助作用之下高效生产。

关键词：锂电池；搅拌；上料系统；生产设备

前言

在实际的锂电池实际生产过程中，搅拌与上料系统的生产设备是关键环节。因此，要使锂电池的生产效率和质量得到改善，可从搅拌与上料系统的生产设备出发，对生产设备的基本理论和实际工作状况进行全面的理解，能够充分发挥搅拌与上料系统的生产设备各项功能优势，全面提升锂电池的生产效率。

1 锂电池的介绍

1.1 锂电池工作原理

锂电池是一个可充电的电池，一般利用锂离子在正负极内部运动。在电容的充放电过程中，将Li+插层脱嵌到两个电极间；在充电的情况下，Li+层在正电极上，通过电解质的水溶液进入到负材料中，而阴极则维持在相反的位置；而在释放时，情况正好是相反的。在当今的高效能电力系统中，以锂作为负极的材料是最具代表性的。

锂离子电池其工作原理为充放电原理。在锂离子的放电过程中，离子与Li+同时进行，但路径有所不同，通过一个从负向正极的回路进行电离；而Li+的锂离子从阴极"跳进"电解质中，“游泳”到一个方向，并与运动了很久的在一同结合。

锂电池在充、放电时始终处于从正向负，再由正向负极再到正极的运动状况。如果把锂离子电池比喻成摇椅，那么它的两端就是两个电极，而锂离子则会在椅子的两端飞奔。因此，科学家给这种能量电池取了一个非常好听的名字，“摇椅电池”。

1.2 锂电池的结构

锂电池的内部通常由五部分组成:正极、负极、电解液、涂层、壳体，还有高压的阴极线路。锂电池的结构一般可以分成缠绕型和堆积型两大类。液态锂电池具备缠绕结构，而聚合物锂电池则同时具备缠绕结构。

阴极材料:化学活性物质、导电剂、介质、粘合剂、金属基体。在锂电池中，正材料的产能较大，且附加值也很高，大约是锂电池生产成本的百分之三十，毛利率为低水平百分之十五，高百分之七十以上。目前，材料已批量应用于锂电池，可分为锂钴氧化物、锂锰氧化物、钴镍镍锰氧化物、锂钴镍锰氧化物和磷酸铁锂。

负极材料:功能材料(石墨，MCMB，CMS)、粘合剂、溶剂和基质。负电极材料在锂电成本中的所占比重很小，一般分为碳负极材料和非碳负极材料

隔膜:将隔膜作为隔离皮质电极的设备存放于两极格局内部，藉以防止了因两极间活性物的直接碰撞而引起锂电池短路。隔膜仍然需要可以使带电离子通过形成一个路径。目前主要的锂电池隔膜材料产品可以分为单层PP、PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、双层PP/PP和三层PP/PE/PP

电解液:外壳五金(钢壳、铝壳、盖板、耳、绝缘片、绝缘带)较好的电解液一般是LiPF6，但价钱较为高昂;另外也有LiAsF6，但危害性相对较为大;LiClQ稳定，有很强的氧化性质;有机溶液包括DEC、DMC、DME等。

电池外壳：包括钢外壳(方形很少采用)、铝外壳、镀镍铁壳(用作圆柱动力电池)、铝塑膜(软包装)等，另外也有电池盖，它是动力电池的正负引出端。

2锂电池的搅拌生产设备

2.1 基本结构特征

从国内大部分的锂离子电池制造厂家的实际生产情况来看，大部分的搅拌设备都是采用了真空搅拌设备，从力学原理上来说，这种搅拌装设备结构比较合理。在功能性区别上，这种生产设备可分成两种：一种是分散式和一种混合浆叶片。在实际的搅拌过程中，搅拌桨随着传动部件的旋转而不停地旋转，随着其自身轴心进行自转，在容器壁之上将物料带动，直至到达容器的中央。这种分散板的主要功能是对物料进行剪切分散，使物料高速流动，达到均匀搅拌的目的。在实际的移动过程中，结构同搅拌桨一同运动。

2.2 主要技术特征及其优势

技术特点上，为处理轴承油泄露问题，过去大多采用了接触密封性结构，但其作用不理想。真空搅拌器采用了多层迷宫密封设备，这种密封设备与油罐的非接触连接，对轴承进行润滑，而不会向其他部件渗入。另外，这种工艺还具有很高的刚度，在整体框架的结构设计中，这种设备可以在不产生静电的前提下，进行稳定的搅拌操作；在技术上，由于其本身的特点，使得混合机的工作效率得到了极大的提高，密封的设计可以降低不必要的磨耗，延长了搅拌机的实际使用年限。

2.3 生产工艺

在实际的搅拌生产过程中，需要在密闭的空间内进行预调，也就是干燥的粉末。然后，利用强粘性的表拉力，对固态进行渗透。然而，该结构的最大限度地遵循了力学基本原理，包括公转、自转、三维层流、流体力学等。

2.4 生产实例

举例而言，采用的是一种采用的真空混合性搅拌设备，其使用容量为15~1100升。其实际的分散率在0-3000rpm，公转速度在0-40rpm之间，两者都是可调的。水温调整为10~65度，精度在+2度以内。实际的冷水和温水的压力应在0.5mpa以内，采用桶状提升式；并采用PLC进行整体的监控。此生产设备具有独特的进料基础，可完成双行星的转动和迷宫式密封，具有独特的乳化设备。

3锂电池上料系统生产设备

3.1 锂电池生产物料

在锂电池的生产过程中，在制造成本费用方面，正极材料的比重是最大的。实际上负极材料与锂离子的实际使用年限有关。负电极的造价在所有的产品中都是最低的，但它的好坏，却直接影响到了锂电池的性能。锂电池的导电性能、放电性能和电压性能都有很大的关系。因此，为了保证所采用的产品能够符合锂电池的系统的生产需要，选择最佳的电解质是非常关键的。

3.2 基本生产标准

在锂电池实际上料的生产标准当中，有指导操作、材料清理、材料选择等。只有符合上述制造条件和有关规定，锂离子注入设备的制造设备，才能稳定地进行生产，保障锂离子的生产效率和质量。

3.3 主要生产流程

利用超声波的的焊接为该电池的正负极类电机体所在金属条，其隔板可以大大改善其在实际制造过程中的安全和可靠度。对此电池进行了正、负极和膜片的折弯加工，然后将它们分别装入对应的圆筒内。本发明采用了一种真空灌浆、真空烘干的方法，以除去多余的水分。涂蜜密封法进行封口，X射线检查其内部是否有异常现象，以保证整个锂电池的生产品质得到切实提高。

3.4 锂电池的上料系统

3.4.1 涂布设备

目前，采用在现有的锂离子电池生产线上的一种涂料设备，已经可以基本上达到了全自动的工作状态，完全按照有关的要求进行了全面的控制，并且使用了一个触摸式的操作界面。由于采用的是交流伺服型电力设备，所以可以达到连续和间断的涂覆，其真实精度可达0.5毫米。根据涂层的实际厚度会对这种锂电池的外观产生一定的影响，所以采用步进电动机进行控制；该控制方案的可变参数模糊控制性能好，张力保持不变，可实现变频性收卷；另外，这种送纸设备的自适性很好，能够迅速地纠正某些不正确的参数。

3.4.2 分切设备

分切设备，对锂离子的正、负极进行纵向性分切，保证了没有任何的毛刺。其组成部件为滚刀，减速器，皮带轮和齿轮。以一个模型为基础，对该设备的基本性能进行了说明。该电动机的基础动力为1W，滚刀转速为20米/分钟，滚刀的实际直径为84厘米，减速器的实际减速器速度为20:1。根据用户的需要，可以合理设置辊缝的最大尺寸为500厘米，真实质量不超过200公斤。该设备的内部构造比较简单，方便后续的调整，并且具有很高的精度，根据刀制作来决定，实际生产期间有很好的稳定性和安全性能。

3.4.3 点焊设备

点焊设备，它在实际的生产过程中，采用的是气压控制，只需轻推一下，就能进行电焊作业，而且不会粘结，而且比较牢固，精度也很高。在实际生产过程中，使用电焊设备进行锂电池内装料，其工艺技术要求相对较少，能保证连续进行，提高了生产率。

4结语

总而言之，为进一步提高锂电池的生产能力，相关技术部门必须加大对其在实际制造过程中所使用的搅拌与上料系统的制造装备的关注，同时也期望能够在此基础上继续运用该设备，从而获得更多的生产操作经验，从而更好地利用混合与上料系统的生产设备使用优势，提升锂电池实际的生产质量及效率，促进锂电池生产企业的长期发展。

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