锂电正负极(投料)制浆系统

一、发展历程

锂电正负极(投料)制浆系统随着锂电池行业的发展而不断演进，以下是其主要发展历程

锂离子发展重要历程

制浆系统发展重要历程

投料系统发展重要历程

近年来，锂离子电池在储能领域的应用也日益广泛，如电网调峰、可再生能源（太阳能、风能）储能等 ，推动了锂离子电池技术的进一步发展和成本降低。

二、制浆系统

锂离子电池制造的核心环节；正/负极浆料制备，直接决定了电池的电化学性能与安全性。当前行业主流制浆系统根据工艺原理可分为三大类，每类在材料适应性、效率指标和浆料品质方面均有显著差异。

2.1间歇式：双行星真空搅拌系统

现场外观示意图

搅拌内部示意图

双行星搅拌系统是锂电池行业应用历史最久的制浆工艺，其工作原理依赖于机械剪切力与容器运动的复合作用。该系统由行星齿轮驱动两个搅拌桨（通常为一个框式桨和一个分散桨）在公转的同时高速自转，在真空环境下实现对物料的三维立体混合。典型结构包含双层行星搅拌缸、液压升降系统、真空密封装置及温控模块。

立体系统示意图

平面系统示意图

2.2连续式制浆系统

工作原理：原料通过精准计量输送装置（如螺杆喂料器、泵等）连续输入制浆单元，在连续流动的管道或反应腔中，经多级搅拌、分散、剪切等作用，同时完成混合、分散、熟化等工艺，浆料持续产出 。
结构特征：由原料计量输送模块（含多种原料的精准给料设备）、连续混合分散单元（如串联的多级搅拌腔、在线分散器、静态混合器等）、温度压力控制模块（对制浆流道控温调压）、浆料输送及过滤模块组成，通过自动化控制系统协调各部分连续运行。

采用同向捏合型双螺杆，物料受到辊压及反向速度梯度作用，形成8字型通道输送，螺杆浮起，避免螺杆与机简摩擦，使物料均匀混合分散;共轭型螺杆，具备良好的自洁性。

2.3半连续式制浆系统

工作原理：结合间歇式和连续式特点，通常先通过间歇式制浆制备一定量的预混浆料（完成部分混合、分散工艺），再将预混浆料连续输入后续连续处理单元（如进一步剪切分散、熟化等），实现半连续生产模式 。
结构特征：包含间歇式预混单元（类似间歇式制浆的搅拌罐等设备）和连续后处理单元（如连续分散机、在线熟化管道等），通过输送泵等设备连接，有中间储料及缓冲装置协调两部分运行。

三、制浆系统关键工艺

3.1原料预处理

粉体分散：正负极活性物质（如正极钴酸锂、磷酸铁锂，负极石墨等）、导电剂（炭黑、石墨烯等）常为粉体，易团聚。需通过机械力（如搅拌分散、研磨）或添加分散剂，打破团聚体，增大比表面积，促进与粘结剂、溶剂混合。如炭黑团聚体分散不良，会导致导电网络构建不均，影响电池内阻和充放电性能。
液体原料除杂：溶剂（如 NMP ，N – 甲基吡咯烷酮，常用于正极制浆）、粘结剂溶液等，需过滤、精馏等除杂，避免金属杂质、颗粒物影响电池安全性（如金属杂质可能引发电池内部微短路）

3.2混合分散

搅拌混合：通过搅拌器转动，使不同原料宏观混合，形成初步浆料。搅拌桨叶形式、转速影响混合效果，如锚式桨适合高粘度浆料初期搅拌，分散盘桨可增强剪切分散作用。
剪切分散：借助高速旋转的分散盘、剪切刀等，产生强剪切力，将大颗粒、团聚体破碎，实现微观均匀分散。如负极石墨浆料中，石墨片层易堆叠，高剪切分散可剥离片层，提升分散性和导电性。
超声分散（辅助）：利用超声波空化效应，产生瞬时高温高压和微射流，辅助破碎团聚体，尤其对纳米级导电剂（如碳纳米管）分散效果显著，但能耗高，大规模生产中多作为辅助手段。

3.3熟化工艺

作用：让浆料在一定温度、时间下静置或低速搅拌，使各组分分子间充分作用，如粘结剂分子更好地包覆活性物质颗粒、溶剂均匀渗透，提升浆料稳定性和流变性。如正极浆料熟化不足，涂布时易出现条纹、厚度不均；熟化过度，可能导致粘结剂过度交联，影响极片柔韧性。
控制参数：温度（通常30-60℃ ，依原料体系调整）、时间（几小时到十几小时不等），需结合浆料配方、制浆设备确定最优条件，保障后续涂布、辊压等工序质量。

3.4浆料过滤

目的：去除制浆过程中未分散的大颗粒、杂质（如设备磨损产生的金属屑、原料中残留的粗颗粒等），避免这些颗粒在涂布时刮伤涂布模头、极片，或在电池充放电时引发局部异常，影响电池寿命和安全。
方式：常用袋式过滤、滤芯过滤，根据浆料粘度、颗粒大小选择合适过滤精度（如几微米到几十微米），同时需控制过滤压力、流量，避免堵塞滤网，影响生产效率。

四、常用制浆系统

五、 生产流程与质量管控

5.1生产流程

原料经精准计量后，连续进入混合分散单元，依次完成初步混合、高剪切分散、静态混合，形成初步浆料；随后进入在线熟化管道，在设定温度（如40℃ ）、流速下（通过管道长度和输送泵控制停留时间，如2小时）完成熟化；熟化后浆料经在线过滤（精度5μm 滤芯 ），去除杂质，输送至涂布工序储料罐，全程连续不间断，生产节拍可达每小时几吨至几十吨浆料（依产线规模 ）。

5.2质量管控

在线检测：利用激光粒度仪在线监测浆料颗粒粒径分布，近红外光谱仪实时分析各组分含量（如活性物质、粘结剂浓度），一旦超出控制范围（如粒径分布 D50 波动超过 ±0.2μm ），立即触发报警并联动控制系统调整参数。
批次追溯与大数据分析：为每一批次（虽连续生产，可按时间或物料量划分虚拟批次）建立数据档案，记录原料来源、制浆各环节参数、检测数据等，结合大数据分析，追溯质量问题根源（如某批次电芯循环寿命低，可回溯制浆时的分散参数、熟化时间是否异常 ），同时为工艺优化提供数据支撑，持续提升产品质量。

六、 匀浆方式比较

按磷酸铁锂2GWH产能(每小时1000L浆料)

七、制浆系统展望