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鋰電池是一種充電電池，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。鋰電池廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、產(chǎn)品、航空產(chǎn)品等，成為一種主流電池。

2013年前，生產(chǎn)鋰電池的正負(fù)電極漿料是利用真空行星攪拌機(jī)和動(dòng)力混合機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，在真空行星攪拌機(jī)中加入正電極和在動(dòng)力混合機(jī)中負(fù)電極各自生產(chǎn)所需的電漿原料后，經(jīng)過(guò)混合、分散、真空等工序，制得漿料成品。由于利用真空行星攪拌機(jī)和動(dòng)力混合機(jī)制得的漿料混合分散不均勻、粉體顆粒與粘合劑接觸不均勻、容易分層和容易發(fā)生硬性沉淀等問(wèn)題。

因此，如何提高鋰電池正負(fù)電極漿料的質(zhì)量，是該領(lǐng)域技術(shù)人員2013年前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。^[2]

該發(fā)明的目的是提供一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)，提高了鋰電池正負(fù)電極漿料的質(zhì)量，安全度高，該生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)還適合大規(guī)模生產(chǎn)。^[2]

《一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)》所述正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝，包括正電極漿料生產(chǎn)工藝和負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝，所述正電極漿料生產(chǎn)工藝包括：將正極活性材料、正極導(dǎo)電劑、正極助劑添加到階雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合，得到正極基礎(chǔ)物料；將所述正極基礎(chǔ)物料添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段，進(jìn)行剪切和乳化，得到正極初級(jí)產(chǎn)物；向所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加正極第二助劑，調(diào)節(jié)所述正極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到正級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述正級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到正電極漿料。

所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝包括：將石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極助劑添加到階雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合，得到負(fù)極基礎(chǔ)物料；將所述負(fù)極基礎(chǔ)物料添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段，進(jìn)行剪切和乳化，得到負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物；向所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加負(fù)極第二助劑，調(diào)節(jié)所述負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到負(fù)級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述負(fù)級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到負(fù)電極漿料；所述正電極漿料生產(chǎn)工藝和所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝分別進(jìn)行。

優(yōu)選地，在所述正電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述進(jìn)行剪切和乳化具體為：在2～4兆帕的壓力、10000～20000次/分鐘的剪切速率和40～60℃的溫度下進(jìn)行剪切和乳化；在所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述進(jìn)行剪切和乳化具體為：在2～4兆帕的壓力、10000～20000次/分鐘的剪切速率和60～80℃的溫度下進(jìn)行剪切和乳化。優(yōu)選地，在所述正電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述真空脫氣的真空度為-0.085～-0.098兆帕，所述降溫的溫度為30～45℃；在所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述真空脫氣的真空度為-0.085～-0.098兆帕，所述降溫的溫度為30～45℃。

優(yōu)選地，所述正極活性材料、所述正極導(dǎo)電劑、所述正極助劑和所述正極第二助劑的添加均通過(guò)定量連續(xù)加料裝置添加；所述石墨、所述負(fù)極導(dǎo)電劑、所述負(fù)極助劑和所述負(fù)極第二助劑的添加均通過(guò)定量連續(xù)加料裝置添加。優(yōu)選地，還包括：將所述正電極漿料儲(chǔ)存在密閉且?guī)ж?fù)壓的容器中，成為正電極成品；將所述負(fù)電極漿料儲(chǔ)存在密閉且?guī)ж?fù)壓的容器中，成為負(fù)電極成品。

優(yōu)選地，所述正極活性材料為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰或三元復(fù)合物。優(yōu)選地，所述正極活性材料的添加流量為300～320千克/小時(shí)。優(yōu)選地，所述三元復(fù)合物為鈷酸鋰，錳酸鋰，鎳酸鋰的混合物。優(yōu)選地，所述正極導(dǎo)電劑為超導(dǎo)碳黑。優(yōu)選地，所述正極導(dǎo)電劑的添加流量為5～10千克/小時(shí)。優(yōu)選地，所述正極助劑與所述正極第二助劑均為正極溶劑、正極溶劑與正極粘合劑混合物中的任意一種。

優(yōu)選地，所述正極助劑與所述正極第二助劑的添加流量均為85～95千克/小時(shí)。優(yōu)選地，所述正極溶劑為氮甲基吡咯烷酮，所述正極粘合劑為聚偏二氟乙烯。優(yōu)選地，所述石墨為中間相碳微球、相碳微球、人造石墨或天然石墨。優(yōu)選地，所述石墨的添加流量為210～230千克/小時(shí)。優(yōu)選地，所述負(fù)極導(dǎo)電劑為超導(dǎo)碳黑。優(yōu)選地，所述負(fù)極導(dǎo)電劑的添加流量為2～4千克/小時(shí)。

優(yōu)選地，所述負(fù)極助劑為水、增稠劑和/或粘結(jié)劑，所述負(fù)極第二助劑為水、增稠劑和/或粘結(jié)劑。優(yōu)選地，所述負(fù)極助劑的添加流量為120～130千克/小時(shí)。優(yōu)選地，所述負(fù)極第二助劑的添加流量為140～150千克/小時(shí)。優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為丁苯橡膠乳膠。該發(fā)明還提供一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)系統(tǒng)，包括階雙螺桿擠出機(jī)、第二階雙螺桿擠出機(jī)和用于投入原料的輸送裝置，所述階雙螺桿擠出機(jī)和所述第二階雙螺桿擠出機(jī)連接，所述階雙螺桿擠出機(jī)設(shè)有與其本體連接的多個(gè)所述輸送裝置，所述第二階雙螺桿擠出機(jī)設(shè)置與其本體連接的所述輸送裝置。

優(yōu)選地，所述輸送裝置為定量連續(xù)加料裝置。優(yōu)選地，所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段設(shè)置混合單元、剪切單元和混煉單元。優(yōu)選地，所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段設(shè)置真空脫氣單元、降溫單元和混合單元。優(yōu)選地，還包括用于將物料冷卻和密閉儲(chǔ)存的密閉負(fù)壓裝置，所述密閉負(fù)壓裝置與所述第二階雙螺桿擠出機(jī)連接。優(yōu)選地，所述階雙螺桿擠出機(jī)和所述第二階雙螺桿擠出機(jī)為同向雙螺桿擠出機(jī)。優(yōu)選地，所述階雙螺桿擠出機(jī)和所述第二階雙螺桿擠出機(jī)之間通過(guò)輸送管道連接或直接連接。優(yōu)選地，雙螺桿擠出機(jī)為多于兩條。^[2]

《一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)》所提供的鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝包括將生產(chǎn)漿料所需的物料添加到階雙螺桿擠出機(jī)，通過(guò)第二階雙螺桿擠出機(jī)剪切和乳化，調(diào)節(jié)粘稠度，再進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切的步驟，從而得到正負(fù)電極漿料，由于使用雙螺桿擠出機(jī)制備正負(fù)電極漿料時(shí)，有效控制漿料中顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性，提高漿料中鋰離子的分散程度，粉體顆粒與粘合劑接觸均勻且不容易分層，制得的漿料質(zhì)量高，有效提高后續(xù)生產(chǎn)電池的質(zhì)量和性能，生產(chǎn)率提高，成本投入減少。

該發(fā)明還提供了一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)系統(tǒng)，利用了雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)鋰電池的電極漿料，使得正負(fù)電極漿料在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行剪切和乳化，調(diào)節(jié)粘稠度，再進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，有效控制漿料中顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性，提高漿料中鋰離子的分散程度，粉體顆粒與粘合劑接觸均勻且不容易分層，制得的漿料質(zhì)量高，有效提高后續(xù)生產(chǎn)電池的質(zhì)量和性能，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，能降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還能避免使用真空行星攪拌機(jī)時(shí)容易產(chǎn)生爆炸的可能性。^[2]

圖1為該發(fā)明一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。^[2]

1.一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝，其特征在于，包括正電極漿料生產(chǎn)工藝和負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝，所述正電極漿料生產(chǎn)工藝包括：將正極活性材料、正極導(dǎo)電劑、正極助劑添加到階雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合，得到正極基礎(chǔ)物料；將所述正極基礎(chǔ)物料添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段，進(jìn)行剪切和乳化，得到正極初級(jí)產(chǎn)物；向所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加正極第二助劑，調(diào)節(jié)所述正極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到正級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述正級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到正電極漿料；所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝包括：將石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極助劑添加到階雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合，得到負(fù)極基礎(chǔ)物料；將所述負(fù)極基礎(chǔ)物料添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段，進(jìn)行剪切和乳化，得到負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物；向所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加負(fù)極第二助劑，調(diào)節(jié)所述負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到負(fù)級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述負(fù)級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到負(fù)電極漿料；所述正電極漿料生產(chǎn)工藝和所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝分別進(jìn)行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在所述正電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述進(jìn)行剪切和乳化具體為：在2～4兆帕的壓力、10000～20000次/分鐘的剪切速率和40～60℃的溫度下進(jìn)行剪切和乳化；在所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述進(jìn)行剪切和乳化具體為：在2～4兆帕的壓力、10000～20000次/分鐘的剪切速率和60～80℃的溫度下進(jìn)行剪切和乳化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在所述正電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述真空脫氣的真空度為-0.085～-0.098兆帕，所述降溫的溫度為30～45℃；在所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝中，所述真空脫氣的真空度為-0.085～-0.098兆帕，所述降溫的溫度為30～45℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述正極活性材料、所述正極導(dǎo)電劑、所述正極助劑和所述正極第二助劑的添加均通過(guò)定量連續(xù)加料裝置添加；所述石墨、所述負(fù)極導(dǎo)電劑、所述負(fù)極助劑和所述負(fù)極第二助劑的添加均通過(guò)定量連續(xù)加料裝置添加。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，還包括：將所述正電極漿料儲(chǔ)存在密閉且?guī)ж?fù)壓的容器中，成為正電極成品；將所述負(fù)電極漿料儲(chǔ)存在密閉且?guī)ж?fù)壓的容器中，成為負(fù)電極成品。

6.一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，包括階雙螺桿擠出機(jī)、第二階雙螺桿擠出機(jī)和用于投入原料的輸送裝置，所述階雙螺桿擠出機(jī)和所述第二階雙螺桿擠出機(jī)連接，所述階雙螺桿擠出機(jī)設(shè)有與其本體連接的多個(gè)所述輸送裝置，所述第二階雙螺桿擠出機(jī)設(shè)置與其本體連接的所述輸送裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送裝置為定量連續(xù)加料裝置。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段設(shè)置混合單元、剪切單元和混煉單元。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段設(shè)置真空脫氣單元、降溫單元和混合單元。

10.根據(jù)權(quán)利要求6～9任意一項(xiàng)所述的生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于將物料冷卻和密閉儲(chǔ)存的密閉負(fù)壓裝置，所述密閉負(fù)壓裝置與所述第二階雙螺桿擠出機(jī)連接。^[2]

該發(fā)明的核心是提供一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)，提高漿料中鋰離子的分散程度，使得漿料質(zhì)量高，有效提高后續(xù)生產(chǎn)電池的質(zhì)量和性能，生產(chǎn)率提高；系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，能降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還能避免2013年5月之前的技術(shù)中使用的真空行星攪拌機(jī)時(shí)容易產(chǎn)生爆炸的可能性。

該發(fā)明提供了一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝，包括：正電極漿料生產(chǎn)工藝和負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝，所述正電極漿料生產(chǎn)工藝包括：將正極活性材料、正極導(dǎo)電劑、正極助劑添加到階雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合，得到正極基礎(chǔ)物料；將所述正極基礎(chǔ)物料添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段，進(jìn)行剪切和乳化，得到正極初級(jí)產(chǎn)物；向所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加正極第二助劑，調(diào)節(jié)所述正極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到正級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述正級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到正電極漿料。

所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝包括：將石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極助劑添加到階雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行混合，得到負(fù)極基礎(chǔ)物料；將所述負(fù)極基礎(chǔ)物料添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段，進(jìn)行剪切和乳化，得到負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物；向所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加負(fù)極第二助劑，調(diào)節(jié)所述負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到負(fù)級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述負(fù)級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到負(fù)電極漿料；所述正電極漿料生產(chǎn)工藝和所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝分別進(jìn)行。

其中，正電極漿料生產(chǎn)工藝中：所稱的正極活性材料、正極導(dǎo)電劑、正極助劑各種物料可以為根據(jù)配方要求，通過(guò)定量連續(xù)加料裝置控制物料流量加入到階雙螺桿擠出機(jī)中。通過(guò)定量連續(xù)加料裝置可以實(shí)現(xiàn)物料均勻連續(xù)定量地自動(dòng)加入。階雙螺桿擠出機(jī)可以實(shí)現(xiàn)混合輸送的功能，將上述物料混合制備，形成混合物，也就是所稱的正極基礎(chǔ)物料。

該發(fā)明所稱的正極活性材料可以為磷酸鐵鋰（LiFePo₄）、鈷酸鋰（LixCo₂）、錳酸鋰（LixMno₂）或三元復(fù)合物。正極活性材料的添加流量?jī)?yōu)選為250～350千克/小時(shí)，更優(yōu)選為280～330千克/小時(shí)，選為300～320千克/小時(shí)。其中三元復(fù)合物可以為鈷酸鋰，錳酸鋰，鎳酸鋰的混合物。

所稱的正極導(dǎo)電劑是超導(dǎo)碳黑，超導(dǎo)碳黑的導(dǎo)電性優(yōu)異，其中超導(dǎo)碳黑為科琴炭黑。正極導(dǎo)電劑的添加流量?jī)?yōu)選為2～15千克/小時(shí)，更優(yōu)選為4～12千克/小時(shí)，選為5～10千克/小時(shí)。所稱的正極助劑可以為正極溶劑、正極溶劑與正極粘合劑混合物中的任意一種。其中正極溶劑優(yōu)選為氮甲基吡咯烷酮，所述正極粘合劑優(yōu)選為聚偏二氟乙烯。正極助劑的添加流量均優(yōu)選為80～105千克/小時(shí)，更優(yōu)選為83～98千克/小時(shí)，選為85～95千克/小時(shí)。

所稱的正極基礎(chǔ)物料從階雙螺桿擠出機(jī)中混合出料后，強(qiáng)制添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)中。第二階雙螺桿擠出機(jī)經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理，設(shè)置高壓高剪切的混合單元、剪切單元和混煉單元，可以使得正極基礎(chǔ)物料在此處進(jìn)行充分的剪切分散和浸濕乳化反應(yīng)，同時(shí)控制反應(yīng)溫度。

其中正極基礎(chǔ)物料在優(yōu)選為1～6兆帕的壓力、5000～25000次/分鐘的剪切速率和30～75℃的溫度下，更優(yōu)選為2～5兆帕的壓力、8000～23000次/分鐘的剪切速率和35～66℃的溫度下，更優(yōu)選為2～4兆帕的壓力、10000～20000次/分鐘的剪切速率和40～60℃的溫度下進(jìn)行充分的剪切分散、浸濕乳化反應(yīng)和混煉，得到正極初級(jí)產(chǎn)物，該正極初級(jí)產(chǎn)物外觀細(xì)度合格。

待得到正極初級(jí)產(chǎn)物后，向第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加正極第二助劑，對(duì)正極初級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行粘稠度調(diào)節(jié)，可以為降低正極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度。所稱的正極第二助劑可以為正極溶劑或正極溶劑與正極粘合劑混合物中。其中正極溶劑為氮甲基吡咯烷酮，正極粘合劑為聚偏二氟乙烯。其中正極第二助劑的添加流量?jī)?yōu)選為80～105千克/小時(shí)，更優(yōu)選為83～98千克/小時(shí)，選為85～95千克/小時(shí)。

由于此處對(duì)粘稠度做調(diào)節(jié)處理，為了使得最后得到的正電極漿料具有更好的分散效果，因此可以在添加正極助劑和正極第二助劑的總添加量不變時(shí)，降低正極助劑的添加量，也就是可以將正極第二助劑的添加量增加為正極助劑的1倍或1倍以上，正極助劑則對(duì)應(yīng)減少。

在第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段進(jìn)行的真空脫氣、降溫和和進(jìn)行進(jìn)一步的剪切混合分散。其中真空脫氣的真空度優(yōu)選為-0.060～-0.110兆帕，更優(yōu)選為-0.075～-0.105兆帕，選為-0.085～-0.098兆帕。降溫的溫度優(yōu)選為20～55℃，更優(yōu)選為25～50℃，選為30～45℃。

將最后處理完的正電極漿料還可以儲(chǔ)存在密閉帶負(fù)壓的容器中，即成為正電極成品。該發(fā)明所稱的在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述正級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣，該真空脫氣也可以在所稱的密閉帶負(fù)壓的容器中進(jìn)行。

其中，負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝中：所稱的石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極助劑可以為根據(jù)配方要求，通過(guò)定量連續(xù)加料裝置加入到階雙螺桿擠出機(jī)中。通過(guò)定量連續(xù)加料裝置可以實(shí)現(xiàn)均勻連續(xù)定量地自動(dòng)加入。階雙螺桿擠出機(jī)可以實(shí)現(xiàn)混合輸送的功能，將以上該物料混合制備，形成混合物，也就是所稱的負(fù)極基礎(chǔ)物料。

該發(fā)明所稱的石墨可以為中間相碳微球、相碳微球、人造石墨或天然石墨。石墨的添加流量?jī)?yōu)選為170～280千克/小時(shí)，更優(yōu)選為190～250千克/小時(shí)，選為210～230千克/小時(shí)。所稱的負(fù)極導(dǎo)電劑是超導(dǎo)碳黑，超導(dǎo)碳黑的導(dǎo)電性優(yōu)異，其中超導(dǎo)碳黑為科琴炭黑。負(fù)極導(dǎo)電劑的添加流量?jī)?yōu)選為1～15千克/小時(shí)，更優(yōu)選為1～10千克/小時(shí)，選為2～4千克/小時(shí)。

所稱的負(fù)極助劑可以為水、增稠劑和/或粘結(jié)劑。其中水優(yōu)選為純凈水，增稠劑可以為羧甲基纖維素鈉，粘結(jié)劑可以為丁苯橡膠乳膠，負(fù)極助劑的添加流量?jī)?yōu)選為90～170千克/小時(shí)，更優(yōu)選為100～150千克/小時(shí)，選為120～130千克/小時(shí)。所稱的負(fù)極基礎(chǔ)物料從階雙螺桿擠出機(jī)中混合出料后，強(qiáng)制添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)中。第二階雙螺桿擠出機(jī)經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理，設(shè)置高壓高剪切的混合單元、剪切單元和混煉單元，同時(shí)控制反應(yīng)溫度，使得負(fù)極基礎(chǔ)物料在此處進(jìn)行充分的剪切分散和浸濕乳化反應(yīng)。

其中負(fù)極基礎(chǔ)物料在優(yōu)選為1～6兆帕的壓力、5000～25000次/分鐘的剪切速率和30～100℃的溫度下，更優(yōu)選為2～5兆帕的壓力、8000～23000次/分鐘的剪切速率和45～90℃的溫度下，更優(yōu)選為2～4兆帕的壓力、10000～20000次/分鐘的剪切速率和60～80℃的溫度下進(jìn)行充分的剪切分散、浸濕乳化反應(yīng)和混煉，得到負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物，該負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物的外觀細(xì)度符合要求。

待得到負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物后，向第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段添加負(fù)極第二助劑，對(duì)負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行粘稠度調(diào)節(jié)，可以為降低其粘稠度。所稱的負(fù)極第二助劑可以為水、增稠劑和/或粘結(jié)劑。其中水優(yōu)選為純凈水，粘結(jié)劑可以為丁苯橡膠乳膠。

負(fù)極第二助劑的添加流量均優(yōu)選為110～145千克/小時(shí)，更優(yōu)選為130～170千克/小時(shí)，選為140～150千克/小時(shí)。可以選擇純凈水、增稠劑和粘結(jié)劑的混合物作為負(fù)極第二助劑，其中純凈水、增稠劑和粘結(jié)劑的添加比例為22～26:1～3:1～3，

由于此處對(duì)粘稠度做調(diào)節(jié)處理，為了使得最后得到的負(fù)電極漿料具有更好的分散效果，因此可以在添加負(fù)極助劑和負(fù)極第二助劑的總添加量不變時(shí)，降低負(fù)極助劑的添加量，也就是可以將負(fù)極第二助劑的添加量增加為負(fù)極助劑的1倍或1倍以上，負(fù)極助劑則對(duì)應(yīng)減少。

在第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段進(jìn)行的真空脫氣、降溫和進(jìn)行進(jìn)一步的剪切混合分散。其中真空脫氣的真空度優(yōu)選為-0.060～-0.110兆帕，更優(yōu)選為-0.075～-0.105兆帕，選為-0.085～-0.098兆帕。降溫的溫度優(yōu)選為20～55℃，更優(yōu)選為25～50℃，選為30～45℃。

將最后處理完的負(fù)電極漿料還可以儲(chǔ)存在密閉帶負(fù)壓的容器中，即成為負(fù)電極成品。該發(fā)明所稱的在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述負(fù)級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣，該真空脫氣也可以在所稱的密閉帶負(fù)壓的容器中進(jìn)行。以上的正電極漿料生產(chǎn)工藝和所述負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝分別進(jìn)行。

以上所提供的鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝包括將生產(chǎn)漿料所需的物料添加到階雙螺桿擠出機(jī)，通過(guò)第二階雙螺桿擠出機(jī)剪切和乳化，調(diào)節(jié)粘稠度，再進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切的步驟，從而得到正負(fù)電極漿料，由于使用雙螺桿擠出機(jī)制備正負(fù)電極漿料時(shí)，有效控制漿料中顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性，提高漿料中鋰離子的分散程度，粉體顆粒與粘合劑接觸均勻且不容易分層，制得的漿料質(zhì)量高，有效提高后續(xù)生產(chǎn)電池的質(zhì)量和性能，生產(chǎn)率提高，成本投入減少。

進(jìn)一步設(shè)置了正負(fù)電極漿料所進(jìn)行的剪切、乳化和混煉的壓力、剪切速率和溫度，能準(zhǔn)確地提高正負(fù)電極漿料的分散度，同時(shí)保證質(zhì)量。再進(jìn)一步的，將正負(fù)電極漿料儲(chǔ)存在密閉且?guī)ж?fù)壓的容器中可以保護(hù)正負(fù)電極漿料不受外界影響，進(jìn)一步保證質(zhì)量。

該發(fā)明還提供了一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)系統(tǒng)，下面對(duì)該生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明，請(qǐng)參考圖1，圖1為該發(fā)明一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)系統(tǒng)的示意圖。該發(fā)明的一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)系統(tǒng)包括階雙螺桿擠出機(jī)1、第二階雙螺桿擠出機(jī)2和輸送裝置，其中輸送裝置用于投入原料，階雙螺桿擠出機(jī)1和第二階雙螺桿擠出機(jī)2連接，階雙螺桿擠出機(jī)1設(shè)置與其本體連接的多個(gè)所述輸送裝置，第二階雙螺桿擠出機(jī)設(shè)置2與其本體連接的所述輸送裝置。

該系統(tǒng)可生產(chǎn)正電極漿料也可生產(chǎn)負(fù)電極漿料，正電極漿料與負(fù)電極漿料分別進(jìn)行生產(chǎn)。所稱的階雙螺桿擠出機(jī)1用于對(duì)物料進(jìn)行初步預(yù)混合、粉氣分離和輸送的功能，其中在生產(chǎn)正電極漿料時(shí)可以將正極活性材料、正極導(dǎo)電劑、正極助劑進(jìn)行混合、粉氣分離，并將得到的正極基礎(chǔ)物料輸送至與階雙螺桿擠出機(jī)1連接的第二階雙螺桿擠出機(jī)2中；生產(chǎn)負(fù)電極漿料時(shí)可以將石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極助劑進(jìn)行混合、粉氣分離，并將得到的負(fù)極基礎(chǔ)物料輸送至與階雙螺桿擠出機(jī)1連接的第二階雙螺桿擠出機(jī)2中。

所稱的第二階雙螺桿擠出機(jī)2設(shè)置多個(gè)單元，用于分散和剪切物料，進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，脫除副產(chǎn)物和氣泡。第二階雙螺桿擠出機(jī)2的前段為與階雙螺桿擠出機(jī)1連接的部位，第二階雙螺桿擠出機(jī)2的前段設(shè)置混合單元、剪切單元和混煉單元；第二階雙螺桿擠出機(jī)2的后段設(shè)置真空脫氣單元、降溫單元和混合單元，其中真空脫氣單元用于對(duì)正級(jí)產(chǎn)物或負(fù)級(jí)產(chǎn)物進(jìn)行真空脫氣。其中，輸送裝置為定量連續(xù)加料裝置，定量連續(xù)加料裝置用于對(duì)生產(chǎn)鋰電池正負(fù)電極漿料的原料根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行連續(xù)均勻定量計(jì)量地輸送，定量連續(xù)加料裝置通過(guò)失重式或流量計(jì)的方式，采用電子失重秤控制輸送機(jī)或輸送泵來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的計(jì)量。

階雙螺桿擠出機(jī)1在其前端設(shè)置了三個(gè)定量連續(xù)加料裝置，分別為用于添加正極活性材料或石墨的定量連續(xù)加料裝置102、用于添加正極導(dǎo)電劑或負(fù)極導(dǎo)電劑的定量連續(xù)加料裝置101和用于添加正極助劑或負(fù)極助劑的定量連續(xù)加料裝置104。階雙螺桿擠出機(jī)1還增加設(shè)置匯流器103，定量連續(xù)加料裝置101和定量連續(xù)加料裝置102通過(guò)匯流器103與階雙螺桿擠出機(jī)1連接。匯流器用于匯流通過(guò)定量連續(xù)加料裝置101和定量連續(xù)加料裝置102添加的物料。用于添加正極助劑或負(fù)極助劑的定量連續(xù)加料裝置104可以設(shè)置在階雙螺桿擠出機(jī)1的中部。

該發(fā)明設(shè)置用于添加正極第二助劑或負(fù)極第二助劑的定量連續(xù)加料裝置201可以設(shè)置在第二階雙螺桿擠出機(jī)的中段。階雙螺桿擠出機(jī)1和第二階雙螺桿擠出機(jī)2的前端均設(shè)置電機(jī)3和減速機(jī)4，用于控制階雙螺桿擠出機(jī)1和第二階雙螺桿擠出機(jī)2的運(yùn)作。該發(fā)明還設(shè)置密閉負(fù)壓裝置5，密閉負(fù)壓裝置5與在第二階雙螺桿擠出機(jī)2的后段的出料處連接，可以通過(guò)輸送管道，也可以直接連接，密閉負(fù)壓裝置用于將物料冷卻并密閉儲(chǔ)存。

所稱的雙螺桿擠出機(jī)均為同向雙螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)設(shè)置為兩條或兩條以上，雙螺桿擠出機(jī)之間可以通過(guò)輸送管道連接，也可以直接連接。系統(tǒng)利用了雙螺桿擠出機(jī)生產(chǎn)鋰電池的電極漿料，使得正負(fù)電極漿料在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行剪切和乳化，調(diào)節(jié)粘稠度，再進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，有效控制漿料中顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性，提高漿料中鋰離子的分散程度，粉體顆粒與粘合劑接觸均勻且不容易分層，制得的漿料質(zhì)量高，有效提高后續(xù)生產(chǎn)電池的質(zhì)量和性能，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，能降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還能避免使用真空行星攪拌機(jī)時(shí)容易產(chǎn)生爆炸的可能性。

進(jìn)一步的，在第二階雙螺桿擠出機(jī)的前段設(shè)置混合單元、剪切單元和混煉單元，后段設(shè)置了真空脫氣單元、降溫單元和混合單元，在不同階段有效地處理電極漿料，提高了漿料的品質(zhì)。再進(jìn)一步的，使用定量連續(xù)加料裝置，可以保證物料投入的準(zhǔn)確性。更進(jìn)一步的，增加了密閉負(fù)壓裝置，可以保護(hù)正負(fù)電極漿料不受外界影響，進(jìn)一步保證質(zhì)量。

為了更好理解以上具體實(shí)施方式，請(qǐng)參考圖1，下面以正電極漿料生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)的使用過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明：將生產(chǎn)正電極漿料的原料正極活性材料通過(guò)定量連續(xù)加料裝置102、正極導(dǎo)電劑通過(guò)定量連續(xù)加料裝置101、正極助劑通過(guò)定量連續(xù)加料裝置104添加到階雙螺桿擠出機(jī)1中進(jìn)行混合，得到負(fù)極基礎(chǔ)物料；將負(fù)極基礎(chǔ)物料添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)2的前段，在混合單元、剪切單元和混煉單元中進(jìn)行剪切和乳化，得到正極初級(jí)產(chǎn)物；向所述第二階雙螺桿擠出機(jī)2的中段通過(guò)定量連續(xù)加料裝置201添加正極第二助劑，調(diào)節(jié)所述正極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到正級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)2的后段對(duì)所述正級(jí)產(chǎn)物通過(guò)真空脫氣單元、降溫單元和混合單元進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到正電極漿料；正電極漿料儲(chǔ)存在密閉負(fù)壓裝置5中，成為正電極成品；負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)基本與正電極漿料生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)一致，不一致的為：負(fù)電極電極漿料生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)投入的原料分別為石墨、負(fù)極導(dǎo)電劑、負(fù)極助劑和負(fù)極第二助劑，成產(chǎn)出來(lái)的均為負(fù)電極的產(chǎn)物。

該系統(tǒng)可生產(chǎn)正電極漿料也可生產(chǎn)負(fù)電極漿料，正電極漿料與負(fù)電極漿料分別進(jìn)行生產(chǎn)。鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝通過(guò)該系統(tǒng)，將生產(chǎn)漿料所需的物料添加到階雙螺桿擠出機(jī)1，通過(guò)第二階雙螺桿擠出機(jī)2剪切和乳化，調(diào)節(jié)粘稠度，再進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切的步驟，從而得到正負(fù)電極漿料，最后可以通過(guò)密閉負(fù)壓裝置對(duì)正負(fù)電極漿料進(jìn)行保存，成為正負(fù)電極成品。

由于使用雙螺桿擠出機(jī)制備正負(fù)電極漿料時(shí)，有效控制漿料中顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性，提高漿料中鋰離子的分散程度，粉體顆粒與粘合劑接觸均勻且不容易分層，制得的漿料質(zhì)量高，有效提高后續(xù)生產(chǎn)電池的質(zhì)量和性能，生產(chǎn)率提高，成本投入減少。^[2]

生產(chǎn)500千克的正電極漿料生產(chǎn)工藝：將磷酸鐵鋰以311千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置102添加到階雙螺桿擠出機(jī)1，科琴炭黑以7千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置101添加到階雙螺桿擠出機(jī)1，氮甲基吡咯烷酮以91千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置104添加到階雙螺桿擠出機(jī)1，待其混合，得到正極基礎(chǔ)物料；再將正極基礎(chǔ)物料強(qiáng)制添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)，在2兆帕的壓力、10000次/分鐘的剪切速率和40℃的溫度下進(jìn)行剪切和乳化，得到正極初級(jí)產(chǎn)物；聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮以91千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置201添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)，調(diào)節(jié)所述正極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到正級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述正級(jí)產(chǎn)物在真空脫氣的真空度為-0.085兆帕，降溫的溫度為30℃下進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到正電極漿料。此生產(chǎn)需要的時(shí)間為1小時(shí)。再將正電極漿料儲(chǔ)存在密閉負(fù)壓裝置，即成為正電極成品。

該實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：將鈷酸鋰代替磷酸鐵鋰、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮混合物代替氮甲基吡咯烷酮，在4兆帕的壓力、18000次/分鐘的剪切速率和55℃的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)經(jīng)過(guò)1小時(shí)，即可得到正電極漿料。

該實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：將錳酸鋰代替磷酸鐵鋰、聚偏二氟乙烯和氮甲基吡咯烷酮混合物代替氮甲基吡咯烷酮，在3兆帕的壓力、19000次/分鐘的剪切速率和50℃的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)經(jīng)過(guò)1小時(shí)，即可得到正電極漿料。

該實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于：將三元復(fù)合物代替磷酸鐵鋰，在3兆帕的壓力、13000次/分鐘的剪切速率和53℃的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)經(jīng)過(guò)1小時(shí)，即可得到正電極漿料。

從實(shí)施例1～4可以看出，在該系統(tǒng)中生產(chǎn)正電極漿料，使用任意物料，只需要調(diào)控相應(yīng)的壓力、剪切速率和溫度，都可以將生產(chǎn)時(shí)間控制在1小時(shí)。

該實(shí)施例為對(duì)比例：生產(chǎn)500千克的正電極漿料生產(chǎn)工藝，將氮甲基吡咯烷酮175千克，聚偏二氟乙烯7千克加入到500升料缸中通過(guò)行星攪拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢璺稚⒉⒊檎婵战禍靥幚恚松a(chǎn)過(guò)程需要6小時(shí)；再將磷酸鐵鋰311千克，科琴炭黑7千克分二次加入上述的500升料缸中，并與原有的物料通過(guò)行星攪拌機(jī)進(jìn)行充分?jǐn)嚢璺稚⑷榛⒊檎婵战禍靥幚恚松a(chǎn)過(guò)程需要6小時(shí)；得到合格的鋰電池正電極漿料。生產(chǎn)過(guò)程需要的時(shí)間為12小時(shí)。

從實(shí)施例1～4和實(shí)施例5中可以看出，利用該發(fā)明所提供的生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)，生產(chǎn)的正電極漿料所需要的時(shí)間明顯小于2013年5月之前的技術(shù)中需要的時(shí)間。

生產(chǎn)500千克的負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝：將天然石墨以226.8千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置102添加到階雙螺桿擠出機(jī)1，科琴炭黑以2.4千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置101添加到階雙螺桿擠出機(jī)1，純凈水以125千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置104添加到階雙螺桿擠出機(jī)1，待其混合，得到負(fù)極基礎(chǔ)物料；再將負(fù)極基礎(chǔ)物料強(qiáng)制添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)，在2兆帕的壓力、10000次/分鐘的剪切速率和70℃的溫度下進(jìn)行剪切和乳化，得到負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物；純凈水、增稠劑羧甲基纖維素鈉和粘結(jié)劑丁苯橡膠膠乳以144.5千克/小時(shí)的流量通過(guò)定量連續(xù)加料裝置201添加到第二階雙螺桿擠出機(jī)，其中純凈水、羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠膠乳的比例為24.7:1:1，調(diào)節(jié)所述負(fù)極初級(jí)產(chǎn)物的粘稠度，得到負(fù)級(jí)產(chǎn)物；在所述第二階雙螺桿擠出機(jī)的后段對(duì)所述負(fù)級(jí)產(chǎn)物在真空脫氣的真空度為-0.085兆帕，降溫的溫度為30℃下進(jìn)行真空脫氣、降溫和剪切，得到負(fù)電極漿料。此生產(chǎn)需要的時(shí)間為1小時(shí)。再將負(fù)電極漿料儲(chǔ)存在密閉負(fù)壓裝置，即成為負(fù)電極成品。

該實(shí)施例與實(shí)施例6不同之處在于：將中間相碳微球代替天然石墨，并以230.5千克/小時(shí)的流量，在3兆帕的壓力、15000次/分鐘的剪切速率和66℃的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)1小時(shí)，即可得到負(fù)電極漿料。

該實(shí)施例與實(shí)施例6不同之處在于：將人造石墨代替天然石墨，并以224千克/小時(shí)的流量，在4兆帕的壓力、18000次/分鐘的剪切速率和75℃的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)1小時(shí)，即可得到負(fù)電極漿料。

該實(shí)施例與實(shí)施例6不同之處在于：將相碳微球代替天然石墨，并以228千克/小時(shí)的流量，在3兆帕的壓力、19000次/分鐘的剪切速率和73℃的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)1小時(shí)，即可得到負(fù)電極漿料。

從實(shí)施例6～9可以看出，在該系統(tǒng)中生產(chǎn)負(fù)電極漿料，使用任意物料，只需要調(diào)控相應(yīng)的壓力、剪切速率和溫度，都可以將生產(chǎn)時(shí)間控制在1小時(shí)。

該實(shí)施例為對(duì)比例：生產(chǎn)500千克的負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝，將純凈水258.7千克加熱至80℃后倒入動(dòng)力混合機(jī)；向動(dòng)力混合機(jī)中添加增稠劑羧甲基纖維素鈉（CMC）5.4千克，并攪拌62分鐘；然后向動(dòng)力混合機(jī)中加入粘結(jié)劑丁苯橡膠膠乳（SBR）5.4千克，攪拌62分鐘；再將負(fù)極物料分四次加入動(dòng)力混合機(jī)，每次間隔30分鐘，其中負(fù)極物料包括石墨226.8千克和科琴炭黑2.4千克，將石墨和碳黑的量分為4分并均勻添加到動(dòng)力混合機(jī)中，在第四次添加負(fù)極物料的32分鐘后，進(jìn)行高速攪拌，攪拌時(shí)間為480分鐘；待攪拌完成后，將動(dòng)力混合機(jī)連接真空機(jī)，將攪拌完成得到的混合物進(jìn)行真空，保持真空度-0.098兆帕，攪拌32分鐘，再將其取出進(jìn)行研磨、過(guò)篩，得到合格的鋰電池負(fù)電極漿料。生產(chǎn)過(guò)程需要的時(shí)間為12小時(shí)左右。從實(shí)施例6～9和實(shí)施例10中可以看出，利用該發(fā)明所提供的生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)，生產(chǎn)的負(fù)電極漿料所需要的時(shí)間明顯小于2013年5月之前的技術(shù)中需要的時(shí)間。^[2]

2020年11月，《一種鋰電池正負(fù)電極漿料生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)》獲得第六屆廣東獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)。^[1]