本發(fā)明涉及粉體纖維化加工設(shè)備，具體為一種高效纖維化機組及物料纖維化的方法。

背景技術(shù)：

1、在干法電極成膜工藝中，聚四氟乙烯(ptfe)的原纖化過程是決定電極性能的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。當(dāng)前，ptfe纖維化的主流方法主要包括三種：通過高速混合機進行剪切纖維化、利用氣流磨實現(xiàn)沖擊纖維化以及采用雙螺桿擠出機制備纖維化材料。盡管這些方法各具特色，但在實際應(yīng)用中均面臨一些共性挑戰(zhàn)。

2、首先，無論是哪種工藝路線，在其操作過程中普遍存在纖維化環(huán)境空間開放的問題，導(dǎo)致整個過程的可控性較差，纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一致性難以保證。具體而言：在使用高速混合機進行剪切纖維化時，由于粉體顆粒在剪切場中的分布不均勻，容易出現(xiàn)局部區(qū)域過剪切與欠剪切現(xiàn)象并存的情況，這直接影響了最終產(chǎn)物的質(zhì)量。氣流磨沖擊纖維化雖然能夠借助高速氣流實現(xiàn)粉末的有效碰撞分散，但湍流場的不穩(wěn)定性使得纖維化的程度波動較大，難以保持穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。雙螺桿擠出機械纖維化雖具有連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點，但由于受到螺桿嚙合區(qū)復(fù)雜流場特性的影響，難以精確控制全域剪切強度，從而影響到纖維化的均勻性和效果。

3、上述工藝共同的核心問題在于未能構(gòu)建一個既穩(wěn)定又可精確調(diào)控的纖維化動力學(xué)環(huán)境。結(jié)果是，最終得到的粉體中不僅包含過度解纏結(jié)形成的短ptfe纖維，還殘留著未充分原纖化的團聚顆粒。這種微觀結(jié)構(gòu)上的異質(zhì)性將直接對電極膜的機械強度及離子傳輸性能的一致性造成不利影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有的纖維化設(shè)備的工作效率低、連續(xù)性差、密封性差及顆粒均勻性不佳的問題，本發(fā)明提供了一種高效纖維化機組及物料纖維化的方法，利用活塞式恒壓頂蓋與可加熱腔室、電動滑板閥構(gòu)成密封的捏合機內(nèi)腔，配合活塞式恒壓頂蓋保持捏合機內(nèi)腔的恒壓，從而確保纖維化過程穩(wěn)定均勻。同時利用電動滑板閥實現(xiàn)纖維化與造粒工序的無縫切換，提升了整體作業(yè)的連續(xù)性和效率。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

3、一種高效纖維化機組，包括從上到下依次設(shè)置的上料系統(tǒng)、恒壓纖維化捏合機、氣吹式造粒機；

4、所述恒壓纖維化捏合機包括可加熱腔室、活塞式恒壓頂蓋、捏合輪；捏合輪設(shè)置在可加熱腔室內(nèi)，所述可加熱腔室的上、下端開口，且所述活塞式恒壓頂蓋通過上端開口可滑動的安裝在可加熱腔室中，下端開口處設(shè)有電動滑板閥，活塞式恒壓頂蓋與可加熱腔室、電動滑板閥構(gòu)成密封的捏合機內(nèi)腔；所述活塞式恒壓頂蓋上部與升降裝置相連，通過控制活塞式恒壓頂蓋的上下位移保持捏合機內(nèi)腔的恒壓；

5、所述氣吹式造粒機通過連接器與恒壓纖維化捏合機相連，包括封閉式粉料收集桶和位于其內(nèi)上部的刮篩造粒組件；所述封閉式粉料收集桶的上端開口，并與連接器的下端開口對接；所述刮篩造粒組件包括錐形篩網(wǎng)、三角刮刀和減速電機；所述錐形篩網(wǎng)固定在封閉式粉料收集桶的內(nèi)壁上且尖端朝下，所述三角刮刀裝在減速電機輸出軸上，并位于錐形篩網(wǎng)上方，與錐形篩網(wǎng)的內(nèi)壁貼合；減速機內(nèi)部設(shè)有與氣源連通的導(dǎo)氣管。

6、進一步地，所述捏合輪包括并列設(shè)置的第一捏合輪和第二捏合輪，第一捏合輪的軸為主動軸，其上裝配公型槳葉；第二捏合輪為從動輪，與主動輪之間通過齒輪組傳動，其上轉(zhuǎn)裝配母型槳葉；所述公型槳葉和母型槳葉相對旋轉(zhuǎn)，且公型槳葉、母型槳葉間的最小間隙為0.1-1mm，公型槳葉轉(zhuǎn)速為母型槳葉的1.5-3倍。

7、進一步地，所述公型槳葉截面呈葉片狀，以公型槳葉軸心為坐標(biāo)原點o，原點o與公型槳葉右側(cè)端點連線為x軸，其上半部邊緣線l1為圓弧結(jié)構(gòu)：設(shè)定原點o至右側(cè)端點的距離為s，邊緣線l1的圓弧圓心坐標(biāo)為(a1,b1)，滿足0.5s<a1<0.75s且-0.25s<b1<-0.1s，邊緣線l1的圓弧半徑r1滿足0.4s<r1<0.7s；

8、下半部邊緣線l2為正弦曲線：y2＝a2·sin(b2x-c2)，其中0.2s<a2<0.4s，b2<1，c2>1；

9、公型槳葉中間軸的半徑rg為0.2s<rg<0.5s。

10、進一步地，所述母型槳葉截面呈鐮刀狀，以母型槳葉軸心為坐標(biāo)原點o，原點o與母型槳葉右側(cè)端點連線為x軸，其上半部的邊緣線l3為下凸圓弧狀：設(shè)定原點o至右側(cè)端點的距離為s，邊緣線l3的圓弧圓心坐標(biāo)為(a3,b3)，滿足0.5s<a3<0.8s且0.25s<b3<0.5s，邊緣線l3的半徑r3滿足0.4s<r3<0.7s；

11、下半部的邊緣線由兩段圓弧構(gòu)成：左側(cè)邊緣線l4為上凸圓弧，邊緣線l4的圓心坐標(biāo)為(a4,b4)，滿足0.2s<a4<0.4s且-0.7s<b4<-0.4s，半徑r4滿足0.2s<r4<0.5s；右側(cè)邊緣線l5為下凹圓弧，圓心坐標(biāo)為(a5,b5)，滿足0.4s<a5<0.8s且0.05s<b5<0.2s，半徑r5滿足0.2s<r5<0.5s；

12、母型槳葉中間軸的半徑為rm為0.2s<rm<0.5s。

13、進一步地，所述電動滑板閥包括閥體、滑板和電動執(zhí)行機構(gòu)；所述閥體安裝在可加熱腔室的下端開口處，所述滑板滑動安裝在閥體上，由電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動做往復(fù)運動；所述滑板與閥體之間采用金屬密封面，其ra≤0.8μm，且滑板與閥體之間設(shè)有氟橡膠彈性墊片；

14、所述滑板的上端面呈“ω”型，并與公型槳葉、母型槳葉的旋轉(zhuǎn)軌跡相匹配，公型槳葉、母型槳葉與可加熱腔室、滑板之間的最小間隙為0.1～1mm；所述可加熱腔室的加熱溫度為30℃～200℃；

15、優(yōu)選的，所述連接器的上端為方形，與可加熱腔室的下端開口形狀相同，下端為圓形，與封閉式粉料收集桶的上端開口尺寸相適應(yīng)。

16、進一步地，所述錐形篩網(wǎng)的孔徑為0.1～2mm，三角刮刀與減速電機的轉(zhuǎn)速比為1:(1.2～1.5)。

17、進一步地，所述上料系統(tǒng)包括錐形混料機和氣動式進料閥門，通過氣動式進料閥門控制錐形混料機中的物料向恒壓纖維化捏合機添加。

18、進一步地，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：

19、安裝在捏合機內(nèi)腔中的壓力傳感器，用于實時檢測捏合機內(nèi)腔壓力值；

20、用于檢測捏合輪主動軸驅(qū)動裝置電流或扭矩的檢測裝置，所述檢測裝置為電流表或扭矩傳感器；

21、以及控制器，用于采集捏合機內(nèi)腔壓力值和捏合輪主動軸的工作驅(qū)動力，并控制氣動式進料閥門和電動滑板閥的啟閉，以及活塞式恒壓頂蓋的升降。

22、基于所述高效纖維化機組的物料纖維化的方法，包括捏合纖維化處理和刮篩處理；所述捏合纖維化處理的步驟如下：

23、在開始捏合纖維化處理前，首先確保電動滑板閥處于關(guān)閉狀態(tài)，隨后控制器通過控制活塞式恒壓頂蓋的升降保持捏合機內(nèi)腔的恒壓，接著控制器通過氣動式進料閥門控制錐形混料機中的物料向恒壓纖維化捏合機添加，并啟動捏合輪開始捏合纖維化處理；所述物料包含主粉料及可纖維化聚四氟乙烯(ptfe)粉體，其中主粉料選自電池正/負極材料混合物、聚苯硫醚粉體或固態(tài)電解質(zhì)粉體中至少一種；

24、在捏合纖維化的過程中，檢測裝置實時監(jiān)測檢測捏合輪主動軸驅(qū)動裝置電流或扭矩，并將其發(fā)送給控制器；所述控制器根據(jù)捏合輪主動軸的工作驅(qū)動力來開啟電動滑板閥，將捏合機內(nèi)腔中的粉料倒入下方的錐形篩網(wǎng)中，隨后關(guān)閉電動滑板閥，捏合纖維化處理完畢；

25、所述刮篩處理的步驟如下：

26、在電動滑板閥開啟后，控制器啟動減速電機，驅(qū)動三角刮刀沿著錐形篩網(wǎng)的內(nèi)壁貼合旋轉(zhuǎn)，同時控制器打開氣源，通過導(dǎo)氣管噴射高壓氣體，待落入錐形篩網(wǎng)中的粉料被全部粉碎篩分并落入封閉式粉料收集桶的底部，控制器關(guān)閉減速電機和氣源，刮篩處理完畢。

27、進一步地，所述捏合機內(nèi)腔壓力的調(diào)節(jié)范圍為0.1～3mpa，三角刮刀的轉(zhuǎn)速為2000rmp～3000rmp，高壓氣體的壓力為0.05～0.3mpa。

28、本發(fā)明的有益效果如下：

29、1.本發(fā)明利用活塞式恒壓頂蓋與可加熱腔室、電動滑板閥構(gòu)成密封的捏合機內(nèi)腔，配合活塞式恒壓頂蓋保持捏合機內(nèi)腔的恒壓，有效避免了由于壓力波動導(dǎo)致的纖維斷裂或團聚問題，從而顯著提高了纖維化的均勻度和成品強度。此外，本發(fā)明通過恒溫控制技術(shù)進一步確保纖維化過程穩(wěn)定均勻。

30、2.本發(fā)明采用葉片狀的公型槳葉和鐮刀狀的母型槳葉，兩者以1.5至3倍速差旋轉(zhuǎn)，通過強剪切與拉伸協(xié)同作用加速了纖維解纏，大幅度提升了纖維化效率并降低了能耗。本發(fā)明通過精確設(shè)計的槳葉間隙，結(jié)合尺寸參數(shù)優(yōu)化，實現(xiàn)了粉料的均勻覆蓋和無死角處理，將纖維直徑偏差嚴格控制在5％以內(nèi)。

31、3.本發(fā)明中電動滑板閥的應(yīng)用實現(xiàn)了無縫銜接投料，配合集成的篩分-造粒一體化流程，設(shè)備空轉(zhuǎn)時間減少90％，產(chǎn)能提高30％。并且電動滑板閥采用了金屬硬密封面與氟橡膠彈性墊片的雙重密封機制，結(jié)合封閉式粉料收集桶將粉塵逸散量降至1mg/m3以下，滿足潔凈車間的標(biāo)準(zhǔn)要求。

32、4.本發(fā)明通過采集捏合輪主動軸的工作驅(qū)動力來實時判斷纖維化的終點，從而避免了依賴人工經(jīng)驗可能帶來的誤差，提升了整套裝置的自動化程度。

33、5.本發(fā)明通過在刮篩的同時噴射高壓氣體，不僅能夠有效地防止了粉料滲入減速電機的機械間隙中，保證了設(shè)備運行的順暢性，而且能夠與錐形篩網(wǎng)和三角刮刀配合提高篩分顆粒的均勻度達98％，篩分效率提升至95％以上，使其能夠滿足后續(xù)輥壓成膜的工藝要求。

34、6.本發(fā)明所述高效纖維化機組適用于電池正/負極材料、聚苯硫醚(pps)、聚四氟乙烯(ptfe)及固態(tài)電解質(zhì)等多種高附加值粉體的處理，能夠達到長徑比≥100:1的要求，能夠滿足厚度在5μm以下的超薄電極的輥壓工藝需求，并且恒壓纖維化捏合機與造粒機可獨立運行或串聯(lián)，適配5l腔室的實驗室小試至2000l腔室的工業(yè)量產(chǎn)等多場景需求，展現(xiàn)了強大的適應(yīng)能力。