一种锂电池极片/隔膜涂布设备和工艺
阅读说明：本技术 一种锂电池极片/隔膜涂布设备和工艺 (Lithium battery pole piece/diaphragm coating equipment and process ) 是由 陈望伟 柳亚水 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种锂电池极片/隔膜涂布设备,包括涂布机本体和尾气处理机构,涂布机本体设有一个封闭耐高压的腔体,腔体内依次设有放卷机构、涂布机构和收卷机构,涂布机构和收卷机构之间设有通过辐射的方式对涂层进行加热的加热装置,尾气处理机构包括通过真空管依次连接的一级冷凝器、二级冷凝器、气液分离器、真空缓冲罐和真空泵,气液分离器通过分液管连接回收溶剂储罐,涂布机本体上设有与腔体连通的尾气抽出口,所述尾气抽出口通过真空管与一级冷凝器连接；以及一种锂电池极片/隔膜涂布工艺：S1、充氮；S2、涂布；S3、尾气处理；其能降低能耗,降低企业成本,提高溶剂回收率和产品质量。(The invention discloses lithium battery pole piece/diaphragm coating equipment, which comprises a coating machine body and a tail gas treatment mechanism, wherein the coating machine body is provided with a closed high-pressure-resistant cavity, an unwinding mechanism, a coating mechanism and a winding mechanism are sequentially arranged in the cavity, a heating device for heating a coating in a radiation mode is arranged between the coating mechanism and the winding mechanism, the tail gas treatment mechanism comprises a primary condenser, a secondary condenser, a gas-liquid separator, a vacuum buffer tank and a vacuum pump which are sequentially connected through a vacuum tube, the gas-liquid separator is connected with a recovered solvent storage tank through a liquid separation tube, the coating machine body is provided with a tail gas extraction port communicated with the cavity, and the tail gas extraction port is connected with the primary condenser through the vacuum tube; and a lithium battery pole piece/diaphragm coating process: s1, filling nitrogen; s2, coating; s3, tail gas treatment; it can reduce energy consumption, reduce enterprise cost, and improve solvent recovery rate and product quality.)
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是指一种锂电池极片/隔膜涂布设备和工艺。
背景技术
通常在制造锂电池时，需要将电池的正极、负极材料上涂布一层聚合物，该聚合物材料需要通过溶剂溶解后涂布在电极和隔膜片材料的表面，然后经过干燥处理，将溶剂由正、负极片上脱离出来。目前的涂布机烘干极片和隔膜的原理是用对流传热的方法，使用加热之后的流动空气干燥在极片或隔膜表面上的溶剂，现有方案在常压下烘干，要在较高的温度(通常在100-130℃)下进行，极片或隔膜表面上的涂层可能因为温度的快速上升而变形或开裂。干燥后的含有溶剂的废气通常需要冷却回收或吸附处理。烘干产生的废气中，空气的重量约为溶剂气体重量的150—300倍。这种对流烘干的方法用很多能量来加热空气和冷却废气，具有能耗大、废气难处理的特点。现有技术需要加热和冷却大量的空气，因而给空气加热、换热的设备体积庞大，风管也较多，投资成本高。并且空气中含有有水蒸气，现有的方法还使得冷凝回收的溶剂中水分含量较高，使得后续的溶剂提纯过程能耗也更高，空气中的水蒸气会和正极活性材料(如三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂等)反应，降低电池的容量。现有方案也使得空气中的氧气在较高的温度下氧化电池极片的表面，降低电极的电导率，进而降低电池的高倍率放电性能。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种锂电池极片/隔膜涂布设备和工艺，其能降低能耗，降低企业成本，提高溶剂回收率和产品质量。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种锂电池极片/隔膜涂布设备，包括涂布机本体和尾气处理机构，所述涂布机本体设有一个封闭耐高压的腔体，所述腔体内依次设有放卷机构、涂布机构和收卷机构，所述涂布机构和收卷机构之间设有通过辐射的方式对涂层进行加热的加热装置，所述尾气处理机构包括通过真空管依次连接的一级冷凝器、二级冷凝器、气液分离器、真空缓冲罐和真空泵，所述气液分离器通过分液管连接回收溶剂储罐，所述涂布机本体上设有与腔体连通的尾气抽出口，所述尾气抽出口通过真空管与一级冷凝器连接。
作为一种优选方案，还包括氮气吹扫机构，所述涂布机本体上设有与腔体连通的氮气吹扫入口，所述氮气吹扫入口通过氮气管与氮气吹扫机构连接。
作为一种优选方案，所述加热装置为微波加热管或红外加热管。
作为一种优选方案，所述腔体外设有提供浆料的浆料搅拌罐，所述浆料搅拌罐通过浆料管道与涂布机构连接。
作为一种优选方案，所述腔体内设有对卷料走带方向进行导向的导辊。
作为一种优选方案，所述腔体内设有可燃气体浓度检测仪和氧气浓度检测仪。
作为一种优选方案，所述腔体内设有第一隔尘隔热挡板和第二隔尘隔热挡板，所述第一隔尘隔热挡板和第二隔尘隔热挡板之间形成加热腔，所述加热腔的两端分别形成涂布腔和收卷腔，所述加热装置设置在加热腔内，所述放卷机构和涂布机构设置在涂布腔内，所述收卷机构设置在收卷腔内，所述第一隔尘隔热挡板和第二隔尘隔热挡板上开设有供卷料通过的通孔。
作为一种优选方案，所述涂布机本体侧壁开设有用于进行调试和取放卷料的仓门，所述仓门上设有用于观察涂布过程中卷料外观的透明观察窗。
一种锂电池极片隔膜涂布工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、充氮：开启氮气吹扫机构，吹扫、置换涂布机腔体内的空气，通过真空泵对腔体内进行抽气；
S2、涂布：待涂布机体腔体内压力达到设定的真空度且处于稳定后，放卷机构开始放卷，在涂布腔内进行涂布，在加热腔内通过红外或微波的辐射加热方式对涂层进行加热,在收卷腔内对干燥后的卷料进行收卷；
S3、尾气处理：通过真空泵将加热产生的溶剂废气从腔体内抽出，并使尾气依次经过一级冷凝器、二级冷凝器和气液分离器。
作为一种优选方案，所述涂布时的放卷速度在30～120m/min之间，所述加热温度在40～100℃之间，所述一级冷凝器使用30℃～35℃的循环水对真空管内的尾气进行冷却，所述二级冷凝器使用8℃～12℃的冷冻水对真空管内的尾气进行冷却。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其主要是通过将放卷机构、涂布机构和收卷机构设置在封闭耐高压的腔体内，并通过两块隔尘隔热挡板将腔体分隔成涂布腔、加热腔和收卷腔，在加热腔内设有对涂层进行加热的加热装置，工作时，先对腔体内部进行充氮气后再抽真空，然后在加热腔内使用微波或红外的加热方式对涂布后的卷料进行加热干燥，其能降低干燥溶剂时的温度，使卷料在干燥时不易发生变形或开裂的情况，也减少了能耗，其还能减少腔体内的水蒸气和氧气含量，使卷料在涂步和干燥时不易发生化学反应，隔尘隔热挡板可以隔开辐射加热的能量耗散、腔体内收放卷两端的灰尘，提高了产品质量，同时在回收尾气时，密封的腔体也能保证溶剂挥发时没有泄漏，提高溶剂的回收率，也尾气更容易处理，减少处理水蒸气和氧气的设备和管道，降低了能耗和企业生产成本。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之实施例的结构示意图。
附图标识说明：
10、涂布机本体；11、腔体；111、加热腔；112、涂布腔；113、收卷腔；12、加热装置；13、尾气抽出口；14、氮气吹扫入口；15、导辊；16、可燃气体浓度检测仪；17、氧气浓度检测仪；18、第一隔尘隔热挡板；19、第二隔尘隔热挡板；20、尾气处理机构；21、一级冷凝器；22、二级冷凝器；23、气液分离器；24、回收溶剂储罐；25、真空缓冲罐；26；真空泵；27、真空管；28、分液管；30、放卷机构；40、涂布机构；50、收卷机构；60、浆料搅拌罐；70、卷料。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参照图1所示，其显示出了本发明之实施例的具体结构，包括涂布机本体10和尾气处理机构20，所述涂布机本体10设有一个封闭耐高压的腔体11，所述腔体11内依次设有放卷机构30、涂布机构40和收卷机构50，所述涂布机构40和收卷机构50之间设有通过辐射的方式对涂层进行加热的多个加热装置12，所述尾气处理机构20包括通过真空管27依次连接的一级冷凝器21、二级冷凝器22、气液分离器23、真空缓冲罐25和真空泵26，所述气液分离器23通过分液管28连接回收溶剂储罐24，所述涂布机本体10上设有与腔体11连通的尾气抽出口13，所述尾气抽出口13通过真空管27与一级冷凝器21连接。
在本实施例中，还包括氮气吹扫机构，涂布机本体10上设有多个与腔体11连通的氮气吹扫入口14，氮气吹扫入口14通过氮气管与氮气吹扫机构连接。所述加热装置12为微波加热管或红外加热管。腔体11外设有提供浆料的浆料搅拌罐60，浆料搅拌罐60通过浆料管道与涂布机构40连接。腔体11内设有对卷料70走带方向进行导向的导辊15、可燃气体浓度检测仪16和氧气浓度检测仪17。腔体11内设有第一隔尘隔热挡板18和第二隔尘隔热挡板19，第一隔尘隔热挡板18和第二隔尘隔热挡板19之间形成加热腔111，加热腔111的两端分别形成涂布腔112和收卷腔113，加热装置12设置在加热腔111内，放卷机构30和涂布机构40设置在涂布腔112内，收卷机构50设置在收卷腔113内，第一隔尘隔热挡板18和第二隔尘隔热挡板19上开设有供卷料70通过的通孔。涂布机本体10侧壁开设有用于进行调试和取放卷料70的仓门，仓门上设有用于观察涂布过程中卷料70外观的透明观察窗。
一种锂电池极片隔膜涂布工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、充氮：开启氮气吹扫机构，吹扫、置换涂布机腔体11内的空气，通过真空泵26对腔体11内进行抽气；
S2、涂布：待涂布机体腔体11内压力达到设定的真空度且处于稳定后，放卷机构30开始放卷，在涂布腔112内进行涂布，在加热腔111内通过红外或微波的辐射加热方式对涂层进行加热,在收卷腔113内对干燥后的卷料70进行收卷；
S3、尾气处理：通过真空泵26将加热产生的溶剂废气从腔体11内抽出，并使尾气依次经过一级冷凝器21、二级冷凝器22和气液分离器23。
涂布时，放卷速度在30～120m/min之间，所述加热温度在40～100℃之间，所述一级冷凝器21使用30℃～35℃的循环水对真空管27内的尾气进行冷却，所述二级冷凝器22使用8℃～12℃的冷冻水对真空管27内的尾气进行冷却。
本发明通过设置封闭式耐压涂布设备，使用真空加热、真空干燥等关键技术，使得电池卷料70涂布时的能耗大大降低、尾气也更容易处理。涂布机本体10侧面开有仓门，仓门中间设置观察窗，可以观察涂布过程中卷料70的外观，涂布的卷料70可以在打仓门后安装或取出。腔体11内设有氮气吹扫入口14，用以吹扫和置换其中的气体。腔体11内设有尾气抽出口13，可将烘干产生的废气抽入冷凝器进行冷凝。腔体11内装有加热装置12，直接通过辐射的方式加热卷料70。腔体11内设置隔尘隔热挡板，以隔开红外辐射的能量耗散和腔体11内收放卷机构两端的灰尘。
工作时，涂布机启动前，装好卷料70，然后关闭仓门；开启氮气吹扫机构，吹扫、置换腔体11内的空气；氧气含量合格后，开启真空泵26对腔体11内部进行抽气，待腔体11内压力达到设定的真空度且处于稳定后，启动加热装置12，然后开始输送浆料，并通过涂布机构40将浆料涂布到流动的卷料70上，加热装置12对涂覆完成的卷料70进行加热干燥，卷料70的放卷速度在30～120m/min之间；干燥产生的溶剂废气在真空的抽力下先后进入一、二级冷凝器21、22，分别经30℃～35℃的循环水和8℃～12℃左右的冷冻水冷凝后，最终流入回收溶剂储罐24，实现溶剂的回收。
需要另外说明的是在烘干极片时，不建议使用微波加热管进行加热；在烘干隔膜时，使用微波加热管或红外加热管进行加热均可。
本发明通过真空加热的方式，降低干燥时电极表面的溶剂蒸汽压，加快干燥速率，干燥时的真空度为0.01～0.095MPa，烘干时卷料70的表面温度只需要在40～100℃之间。涂布完成后，停止浆料输送，然后开启氮气吹扫机构置换和吹扫其中的可燃性溶剂气体(如果使用可燃性溶剂，需要吹扫)，置换完成后，关闭氮气吹扫机构，继续充氮气至涂布机内压力为常压。
综上所述，本发明能降低能耗，降低企业成本，提高溶剂回收率和产品质量。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
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