[0001] 本发明涉及超级电容器件技术领域，尤其涉及一种超级电容器极片材料的干法混合装置及混合方法。

[0002] 超级电容器是一种新型储能装置，相比于传统电容器和锂离子电池，超级电容器因具有快速充放电和储能的特性，现已在众多领域得到了广泛应用。然而，现阶段超级电容器极片的生产效率低，混合工艺复杂且生产极片的均匀性不好。

[0003] 干法制浆的工艺流程是首先将活物质、导电剂等粉末物质在一定速度下进行预混合。混合完了之后加入粘结剂，进行混合搅拌，逐步加入溶剂进行混合、分散，最后加入一定量溶剂进行稀释调节到涂布所需要的粘度。

[0004] 如专利“CN110085452A”公开了一种全自动超级电容器拌浆及检测浆料分散性的装置和方法。所述装置包括：拌浆釜；粘度计；浆料稀释池；搅拌桨，包括第一搅拌桨和第二搅拌桨；测径系统，包括粒径分布待测池，激光发射器，显微物镜，准直镜，傅里叶透镜，光电探测器和放大转换器；以及第一阀门和第一泵；第二阀门和第二泵；第三泵、第四泵、第五泵、第六泵、第七泵、第八泵、第九泵；控制系统。该制造方法，混合效率不高，混合均匀性不够，要制得高质量的极片，其容错率低。

[0045] 以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0046] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0047] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0048] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0049] 另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0050] 实施例一：

[0051] 如图1所示，一种超级电容器极片材料的干法混合装置，包括有：储料筒30、一级混料系统、二级混料系统、真空泵13以及控制终端14。

[0052] 储料筒30，所述储料筒30上设有进料管A和出料管B；其中，所述进料管A上设有一级过滤器17，所述出料管B上设有二级过滤器18，在超级电容器极片材料经过一级混合后，进入储料筒30之前，通过以及过滤器17保证未混合满足要求的超级电容器极片材料无法进入储料筒30，且在将储料筒30中的超级电容器极片材料抽离至二级料筒7中之前，也需要经过二级过滤器18，保证通入二级料筒7中的超级电容器极片材料满足第一次混合后的要求。具体地，一级过滤器17和二级过滤器18的过滤颗粒大小均可设置为15um。

[0053] 一级混料系统，包括有一级料筒1和均设置在所述一级料筒1中的一级搅拌机构2、一级加热机构3和一级粒度检测仪4，所述一级搅拌机构2用于搅拌所述一级料筒1中的物料；所述一级加热机构3用于对所述一级料筒1进行加热；所述一级粒度检测仪4用于检测所述一级料筒1中物料的粒度大小；所述一级料筒1上设有一级进料口5和一级出料口6，所述一级出料口6与所述进料管A通过第一连接管C连通；其中，所述一级搅拌机构2还包括有电机19，通过电机19驱动搅拌件转动，进而进行一级搅拌，电机19采用的为伺服电机。

[0054] 二级混料系统，包括有二级料筒7和均设置在所述二级料筒7中的二级搅拌机构8、二级加热机构9和二级粒度检测仪10，所述二级搅拌机构8用于搅拌所述二级料筒7中的物料；所述二级加热机构9用于对所述二级料筒7进行加热；所述二级粒度检测仪10用于检测所述二级料筒7中物料的粒度大小；所述二级料筒7上设有二级进料口11和二级出料口12，所述二级进料口11与所述出料管B通过第二连接管D连通；其中，混合装置还包括外箱体15，所述二级料筒7的底部还设有用于驱动所述二级料筒7转动的旋转机构16，所述二级料筒7和所述旋转机构16均设置在所述外箱体15中；且所述一级搅拌机构2和所述二级搅拌机构8均可转动，且所述旋转机构16的转动方向与所述二级搅拌机构8的转动方向相反，通过将旋转机构16的转动方向与所述二级搅拌机构8的转动方向设置成相反，进一步提高超级电容器极片材料的混合均匀效率和均匀程度。具体地，所述二级搅拌机构8包括有从上至下依次设置的磁力搅拌控制仪20、磁力传输杆21和搅拌件，通过磁力搅拌控制仪20带动传输杆21，进而驱动搅拌件转动，对二级料筒7中的物料进行充分的搅拌。一级加热机构3和二级加热机构9均可采用加热板，加热板的材质可采用电热合金丝，且加热板的最大功率为2000W；一级粒度检测仪4和二级粒度检测仪10均可采用激光衍射粒径分析仪MS3000。

[0055] 在实际工作过程中，在进行混合之前，通过一级混料系统将超级电容器极片材料的粒度大小控制在第一梯度大小，经过一级过滤器17后进入储料筒30；并经过二级过滤器18后进入二级混料系统中，将超级电容器极片材料的粒度大小控制在第二梯度大小，保证超级电容器极片材料混合均匀，相比于传统混料工艺，其混合均匀程度可提高15％‑25％，且其混合效率可大幅提高20％‑30％，二级混料系统中，通过二级搅拌件的转动和二级料筒
7的转动，且两者的转动方向相反，保证混合效果，提高混合效率。使用该工艺生产的浆料具有更好的性能，浆料黏度、颗粒度和固含量稳定性等均比流体分散工艺得到的浆料要好，制成的膜片电阻率较低，粘接力较高，制成的电芯容量保持率更高且具有更高的混合效率，并可实时检测混合粉末的均匀性，与控制终端14设定的参数进行比对，实时监测混合装置的搅拌情况，可实现连续化生产。

[0056] 真空泵13，用于将所述储料泵和所述二级料筒7抽成低压或真空状态，所述真空泵13上设有第一抽气管E和第二抽气管F，所述第一抽气管E与所述进料管A连通，所述第二抽气管F与所述第二连接管D连通；所述第一连接管C上设有第一阀门31，所述进料管A上设有第二阀门32，所述第一抽气管E上设有第三阀门33，所述出料管B上设有第四阀门34，所述第二连接管D上设有第五阀门35，所述第二抽气管F上设有第六阀门36；其中，真空泵31的流量
3 3
控制范围为100m/h～300m/h，且真空泵可采用碳素钢气泵。

[0057] 在实际使用过程中，本装置通过储料筒30中间过渡，连接一级混料系统和二级混料系统，当某一环节出错时，也能通过多级的搅拌和过滤保证混合效果，对最后的混合效果的影响较小，容错率较高；且通过真空泵13、第一阀门31、第二阀门32、第三阀门33、第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36协同作用，控制其开启和关闭，保证超级电容器极片材料的转移以及保证各个环节的超级电容器极片材料不会相互混合，也不会出现倒流的情况，安全性好，且混合效果好。

[0058] 控制终端14，用于控制所述一级粒度检测仪4、二级粒度检测仪10、一级加热机构3以及二级加热机构9。其中，控制终端14为PC端。且具体地为，所述混合装置还包括速度控制器22，与所述控制终端14信号连接，所述速度控制器22用于控制所述底部旋转机构16、所述二级搅拌机构8和所述二级料筒7的速度。混合装置还包括温度控制仪23、电机控制器24和粒度检测系统25，所述温度控制仪23用于控制所述一级加热机构3和二级加热机构9的温度，所述温度控制仪23与所述控制终端14信号连接；所述电机控制器24用于控制所述电机19，且所述电机控制器24与所述控制终端14信号连接；所述粒度检测系统25用于控制所述一级粒度检测仪4和所述二级粒度检测仪10，且所述粒度检测系统25与所述控制终端14信号连接。

[0059] 在实际使用过程中，在进行一级搅拌和二级搅拌之前，先将一级料筒1和二级料筒7的环境先调节成控制终端14预先控制的干燥环境，保证混合环境的干燥度(温度和湿度)；
并在一级搅拌和二级搅拌之前，先试运行一级搅拌机构2和二级搅拌机构8，当试运行无误后，再进行加料，保证超级电容器极片材料不会因为一级搅拌机构2和二级搅拌机构8的故障而出现需要返工的情况，且当物料混合后，返工并不一定能达到混合的效果。

[0060] 需要解释地是，所述超级电容器极片材料包括活性碳、碳气凝胶、碳纳米管、多孔石墨烯、多孔炭黑、多孔碳复合材料、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等。在进行物料混合是，需要将导电剂、粘结剂一并划入超级电容器极片材料中，且导电剂和粘结剂包括导电炭黑、石墨烯、质量含量为10％‑20％的PTFE水溶液、10％‑30％的聚偏氟乙烯(PVDF)和聚乙烯醇NMP溶液等。

[0061] 实施例二：

[0062] 一种超级电容器极片材料的干法混合方法，应用于上述的超级电容器极片材料的干法混合装置,包括以下步骤：

[0063] 开启一级加热机构3，并获取一级料筒1中实际的环境温度，当一级料筒1中的实际环境温度达到所述控制终端14设定的一级料筒1环境温度时，进行下一步；需要解释地是，所述控制终端14设定的一级料筒1环境温度大于等于40℃，湿度的范围在5％～20％之间，保证一级混合时的环境状态，其温度和湿度均在理想状态下。当各环境参数未达到控制终端14的设定值时，温度控制仪23运行计算加热时间，并控制一级加热机构3的运行(正常时间为2‑5min)，保证一级料筒1的内部环境处于干燥水平。

[0064] 开启一级搅拌机构2，判断一级搅拌机构2运行是否稳定，若是，则进入下一步；此步骤为试运行一级混合系统，一般而言，一级搅拌机构2的运行速度为2000rpm，运行时间设定为30s，观察一级搅拌机构2和一级料筒1的运行是否稳定。

[0065] 试运行一级混合系统无误后，开启一级进料口5，并关闭一级出料口6和第一阀门31，将极片材料(包括了导电剂和粘结剂)加入一级料筒1中；一级搅拌机构2对其进行一级搅拌，一般而言，控制一级搅拌机构的速度区间在2000rpm‑5000rpm之间；所述一级粒度检测仪4多次(一般采集5‑6次)采集一级料筒1中极片材料的粒度数据，当其粒径小于等于所述控制终端14设定的第一预设值时，一级搅拌机构2停止，粒度检测系统25保证一级粒度检测仪4的运行无误。

[0066] 开启第二阀门32和第六阀门36，并运行真空泵13，所述真空泵13将所述一级料筒1抽成第一预设气压状态；具体地，真空泵13将一级料筒1抽取至<‑0.8Mpa(常规设定值为‑1—‑0.8Mpa)。

[0067] 之后开启一级出料口6和第一阀门31，一级搅拌机构2中的极片物料在气压差的作用下，被吸入储料筒30中；之后关闭第二阀门32、第三阀门33和真空泵13；此运行过程中一级过滤器17对粉末进行初步过滤。

[0068] 之后开启二级加热机构9，并获取二级料筒7中实际的环境温度，当二级料筒7中的实际环境温度达到所述控制终端14设定的二级料筒7环境温度时，进行下一步；需要解释地是，所述控制终端14设定的二级料筒7的环境温度大于等于40℃，湿度的范围在5％～20％之间，同理，是为了保证二级混合时的环境状态，其温度和湿度均在理想状态下。并在此步骤后，对所述二级搅拌机构8进行试运行，即：开启二级搅拌机构8，判断一级搅拌机构2运行是否稳定，若是，则将极片物料从储料筒30吸入二级料筒7中。

[0069] 开启第五阀门35和第六阀门36，并运行真空泵13，所述真空泵13将所述二级料筒7抽成第二预设气压状态；同理，将二级料筒7的内部压力抽取至<‑0.8Mpa(常规设定值为‑1—‑0.8Mpa)。

[0070] 之后开启第四阀门34，所述储料筒30中的极片物料在气压差的作用下，被吸入至二级料筒7中；此运行过程中二级过滤器18对粉末进行二次过滤，之后关闭第五阀门35、第六阀门36和真空泵13。

[0071] 二级搅拌机构8对二级料筒7中的极片物料进行二级搅拌，一般的二级搅拌机构的运行速度为0rpm—3000rpm，与此同时，开启底部的旋转机构16转动，通过所述二级粒度检测仪10多次(一般为采集5‑6次)采集二级料筒7中极片材料的粒度数据，当其粒径小于等于所述控制终端14设定的第二预设值时，二级搅拌机构8停止；

[0072] 从所述二级出料口12取出经过二级搅拌后的极片材料，用于制作极片。

[0073] 以下通过具体的不同类别的超级电容器极片材料，对本混合方法进行详述：

[0074] 实施例三：

[0075] S1、打开一级加热机构4，检测现阶段一级料筒1中的相对湿度，与控制终端14设定的参数进行对比(常规设定温度为40℃，湿度范围为20％)，温度控制仪23运行，计算加热时间，并控制一级加热机构3运行4min，保证一级料筒1的内部环境处于干燥水平；

[0076] S2、试运行：打开电机19，带动一级搅拌机构2运行(速度为2000rpm)，运行时间设定为30s，观察一级料筒1和一级搅拌机构2的运行是否稳定；

[0077] S3、在S2运行无误后，打开一级进料口5，关闭一级出料口6和第一阀门31，将8kg活性碳、1kg导电石墨和1kg的10％的聚偏氟乙烯(PVDF)加入一级料筒1中；

[0078] S4、打开电机19，一级搅拌机构2运行，运行速度为3000rpm，运行参数由控制终端14输入，运行过程中一级粒度检测仪4时刻检测一级料筒1中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于15um时，控制电机19停止运行，其中粒度检测系统25保证一级粒度检测仪4的运行无错误；

[0079] S5、打开第二阀门32、第三阀门33，并运行真空泵13，将储料筒30内部压力抽取至‑0.8Mpa，之后打开一级出料口6和第一阀门31，在气压差的作用下一级料筒1中初步搅拌的粉末被吸入储料筒30中，待粉末完全被吸入储料筒30中时，关闭第二阀门32、第三阀门33和真空泵13，此运行过程中一级过滤器17对粉末进行初步过滤；

[0080] S6、步骤S5运行完成后，执行与步骤S1相似的步骤，运行二级加热机构9，保证二级料筒7的内部环境处于干燥水平；

[0081] S7、打开第六阀门36、第五阀门35和真空泵13，将二级料筒7内部压力抽取至‑0.8Mpa，打开第四阀门34，在气压差的作用下储料筒30中初步过滤的粉末被吸入至二级料筒7中，待粉末被完全吸入，关闭第六阀门36、第五阀门35和真空泵13，此运行过程中二级过滤器18对粉末进行二次过滤；

[0082] S8、打开磁力搅拌控制仪20，通过磁力传输杆21带动磁力搅拌件，运行参数为1000rpm，在速度控制器22中打开底部旋转机构16运行开关，运行速度为600rpm，具体运行参数由控制终端14输入，运行过程中二级粒度检测仪10时刻检测二级料筒7中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于5um时，各种材料的比例符合设定标准值8：1：1，磁力搅拌控制仪20、底部旋转机构16停止运行；

[0083] S9、运行结束后将搅拌完成的超级电容极片材料从二级出料口12取出，制作极片。

[0084] 实施例四：

[0085] 当采用的超级电容极片材料为多孔石墨烯、碳纳米管和15％PTF水溶液时，其混合过程为：

[0086] S1、打开一级加热机构4，检测现阶段一级料筒1中的相对湿度，与控制终端14设定的参数进行对比(常规设定温度为45℃，湿度范围为15％)，温度控制仪23运行，计算加热时间，并控制一级加热机构3运行3min，保证一级料筒1的内部环境处于干燥水平；

[0087] S2、与实施例三的该步骤相同；

[0088] S3、在S2运行无误后，打开一级进料口5，关闭一级出料口6和第一阀门31，将8kg多孔石墨烯、200g碳纳米管和1.8L的15％PTFE水溶液加入一级料筒1中；

[0089] S4、打开电机19，一级搅拌机构2运行，运行速度为4000rpm，运行参数由控制终端14输入，运行过程中一级粒度检测仪4时刻检测一级料筒1中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于15um时，控制电机19停止运行，其中粒度检测系统25保证一级粒度检测仪4的运行无错误；

[0090] S5、S6以及S7与实施例三的该步骤相同；

[0091] S8、打开磁力搅拌控制仪20，通过磁力传输杆21带动磁力搅拌件，运行参数为1500rpm，在速度控制器22中打开底部旋转机构16运行开关，运行速度为700rpm，具体运行参数由控制终端14输入，运行过程中二级粒度检测仪10时刻检测二级料筒7中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于4um时，各种材料的比例符合设定标准值80：2：18，磁力搅拌控制仪20、底部旋转机构16停止运行；

[0092] S9、与实施例三的该步骤相同。

[0093] 实施例五：

[0094] 当采用的超级电容极片材料为磷酸铁锂/钴酸锂复合材料、气相生产碳纤维和30％的聚偏氟乙烯(PVDF)时，其混合过程为：

[0095] S1、打开一级加热机构4，检测现阶段一级料筒1中的相对湿度，与控制终端14设定的参数进行对比(常规设定温度为50℃，湿度范围为10％)，温度控制仪23运行，计算加热时间，并控制一级加热机构3运行3min，保证一级料筒1的内部环境处于干燥水平；

[0096] S2、与实施例三的该步骤相同；

[0097] S3、在S2运行无误后，打开一级进料口5，关闭一级出料口6和第一阀门31，将7kg磷酸铁锂/钴酸锂复合材料、300g气相生产碳纤维、和1.9L的30％的聚偏氟乙烯(PVDF)加入一级料筒1中；

[0098] S4、打开电机19，一级搅拌机构2运行，运行速度为4500rpm，运行参数由控制终端14输入，运行过程中一级粒度检测仪4时刻检测一级料筒1中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于16um时，控制电机19停止运行，其中粒度检测系统25保证一级粒度检测仪4的运行无错误；

[0099] S5、S6及S7步骤与实施例三相同，但一级料筒1和二级料筒7的压力均控制在‑0.9Mpa；

[0100] S8、打开磁力搅拌控制仪20，通过磁力传输杆21带动磁力搅拌件，运行参数为1300rpm，在速度控制器22中打开底部旋转机构16运行开关，运行速度为800rpm，具体运行参数由控制终端14输入，运行过程中二级粒度检测仪10时刻检测二级料筒7中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于6um时，各种材料的比例符合设定标准值76：4：20，磁力搅拌控制仪20、底部旋转机构16停止运行；

[0101] S9、与实施例三的该步骤相同。

[0102] 实施例六：

[0103] 当采用的超级电容极片材料为碳气凝胶/锰酸锂复合材料、石墨烯和17％丁苯橡胶水溶液时，其混合过程为：

[0104] S1、打开一级加热机构4，检测现阶段一级料筒1中的相对湿度，与控制终端14设定的参数进行对比(常规设定温度为50℃，湿度范围为15％)，温度控制仪23运行，计算加热时间，并控制一级加热机构3运行5min，保证一级料筒1的内部环境处于干燥水平；

[0105] S2、与实施例三的该步骤相同；

[0106] S3、在S2运行无误后，打开一级进料口5，关闭一级出料口6和第一阀门31，将9kg碳气凝胶/锰酸锂复合材料、400g石墨烯、和2.4L的17％丁苯橡胶水溶液加入一级料筒1中；

[0107] S4、打开电机19，一级搅拌机构2运行，运行速度为4800rpm，运行参数由控制终端14输入，运行过程中一级粒度检测仪4时刻检测一级料筒1中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于17um时，控制电机19停止运行，其中粒度检测系统25保证一级粒度检测仪4的运行无错误；

[0108] S5、S6及S7步骤与实施例三相同，但一级料筒1和二级料筒7的压力均控制在‑0.9Mpa；

[0109] S8、打开磁力搅拌控制仪20，通过磁力传输杆21带动磁力搅拌件，运行参数为1800rpm，在速度控制器22中打开底部旋转机构16运行开关，运行速度为750rpm，具体运行参数由控制终端14输入，运行过程中二级粒度检测仪10时刻检测二级料筒7中粉末粒径大小，反复采集5‑6次粒度数据，当检测的粒径小于等于5um时，各种材料的比例符合设定标准值75：5：20，磁力搅拌控制仪20、底部旋转机构16停止运行；

[0110] S9、与实施例三的该步骤相同。

[0111] 本方案中，本超级电容器极片材料的干法混合装置的混合效率高、混合均匀，混合效果好，可连续化生产。

[0112] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。