Интеллектуальный двойной планетарный смеситель Yushun: инновационная технология приготовления катодной суспензии литиевой батареи

Сегодня, когда индустрия аккумуляторной энергетики ускоряет свой прогресс в эпоху ТВтч, плотность энергии, срок службы и безопасность литиевых батарей уже стали ключевыми показателями основной конкурентоспособности компании. И все эти аспекты производительности основаны на качестве подготовки суспензии положительных электродов литиевой батареи - как «первой линии защиты» при производстве листов положительных электродов литиевой батареи, однородность, стабильность и дисперсия суспензии положительных электродов напрямую определяют эффективность последующего нанесения покрытия, прокатки и других процессов и даже влияют на общие характеристики конечного аккумуляторного продукта. В соответствии с такими требованиями отрасли, интеллектуальный двойной планетарный смеситель Yushun, опираясь на свои технические достижения и инновационные прорывы в области оборудования для литиевых батарей, точно решает основные проблемы приготовления суспензии положительных электродов и становится ключевым оборудованием, которое помогает предприятиям сокращать затраты, повышать эффективность и повышать конкурентоспособность продукции.

Катодная паста для литиевой батареи — это не просто смесь материалов, а сложная коллоидная система, состоящая из множества компонентов в точных пропорциях. Его можно рассматривать как «питательный раствор» литиевых батарей, и он служит основным звеном, соединяющим сырье катода и готовые элементы батареи. Его основные компоненты включают четыре ключевых ингредиента: катодные активные материалы (такие как NCM523, NCM811, фосфат лития-железа и т. д.), проводящие агенты (такие как проводящая сажа, углеродные нанотрубки и т. д.), связующие вещества (такие как полиакрилонитрил, ПВДФ и т. д.) и органические растворители (такие как N,N-диметилацетамид, N-метилпирролидон и т. д.). В некоторые рецептуры также может добавляться небольшое количество неорганических наполнителей и измельчающих веществ для оптимизации производительности.

Каждый из этих четырех компонентов имеет свои собственные функции и незаменим: активные материалы являются основой для хранения и высвобождения энергии, непосредственно определяя плотность энергии и платформу напряжения батареи; Проводящие агенты отвечают за создание эффективной сети передачи электронов, снижение омического сопротивления электрода и предотвращение плохого контакта между частицами активного материала; Связующее действует как «клей», прочно фиксируя активные материалы и токопроводящие вещества на токосъемнике из алюминиевой фольги, сохраняя целостность структуры электрода и обеспечивая прочное сцепление между покрытием и токосъёмником; Органические растворители служат дисперсионной средой, растворяя связующие вещества и смачивая поверхность твердых частиц, обеспечивая гарантию равномерного смешивания всех компонентов.

В идеале катодная суспензия должна достигать эффектов «отсутствия агломерации, отсутствия пузырьков, высокой однородности и высокой стабильности», позволяя проводящему агенту равномерно покрывать поверхность активного материала и связующего, образуя эффективные связи между частицами, не блокируя поры. Равномерное распределение на микроскопическом-уровне является необходимым условием для обеспечения длительного срока службы литиевых батарей, высокой производительности и высокой безопасности, а также основной целью процесса приготовления суспензии. Согласно отраслевой статистике, около 15% сбоев в работе литиевых батарей связаны с дефектами процесса смешивания суспензии, что ясно демонстрирует важность подготовки катодной суспензии.

В настоящее время процесс гомогенизации суспензии катодных паст литиевых батарей в основном состоит из четырех маршрутов: мокрый метод, полу-сухой метод, сухой метод и мокрый метод без связующего вещества (одно-этапный метод). Хотя каждый из этих маршрутов имеет свою направленность, все они сталкиваются с рядом общих и индивидуальных проблем, которые стали ключевыми узкими местами, ограничивающими эффективность производства и качество продукции предприятий. Их можно свести к четырем основным проблемам:

Проблема неравномерной дисперсии и агломерации является актуальной.

Активные материалы и проводящие агенты в катодной суспензии в основном представляют собой наноразмерные порошки с большой удельной поверхностью и высокой поверхностной энергией. Они склонны к агломерации. Традиционное оборудование использует единый метод перемешивания, при котором сложно создать комплексную и высокую- сдвиговую силу, в результате чего частицы порошка не полностью диспергируются, образуя «твердые агломерированные» частицы - эти агломерированные частицы блокируют каналы передачи электронов, уменьшая плотность энергии батареи, а также могут привести к растрескиванию сепаратора и снижению емкости. Особенно в процессе сухого метода однородность смешивания порошка чрезвычайно высока (значение отклонения должно быть<3%), and traditional equipment is difficult to meet this strict standard. At the same time, it also faces the bottleneck of low powder wetting efficiency, and has extremely high requirements for the equipment stirring trajectory and dispersion disc line speed (≥17m/s).

Задержка пузырьков и недостаточная стабильность

Будь то мокрый процесс приготовления раствора геля ПВДФ или «одноэтапный» метод производства без приготовления геля, во время процесса перемешивания может захватываться воздух, что приводит к образованию пузырьков. Возможности вакуумного контроля традиционного оборудования ограничены, и оно неспособно эффективно удалять крошечные пузырьки из суспензии. Эти пузырьки вызывают образование микропор и дефекты из-за нехватки материала во время процесса нанесения покрытия на электрод, что не только влияет на внешний вид электрода, но также может стать причиной внутренних коротких замыканий в батарее, что серьезно угрожает безопасности использования. В то же время традиционному оборудованию трудно точно контролировать температуру и вязкость суспензии, что приводит к расслоению и осаждению суспензии во время хранения и использования, плохой консистенции партии и влиянию на стабильность последующего производства - в мокром процессе. Традиционное оборудование часто сталкивается с такими проблемами, как удержание пузырьков в гелеобразном растворе, недостаточное проникновение материала и плохая стабильность партии; В процессе приготовления влажного не-геля оборудование должно одновременно обеспечивать высокую-скорость диспергирования (1350 об/мин) и точный контроль вакуума (-80 кПа), но традиционное оборудование неспособно сбалансировать эффективность диспергирования и стабильность суспензии.

Плохая совместимость с технологическими процессами и высокое энергопотребление.

Различные катодные материалы (такие как тройные материалы и литий-железо-фосфат) и разные маршруты процесса гомогенизации предъявляют существенно разные требования к таким параметрам, как скорость вращения, крутящий момент, контроль температуры и конструкция лопастей смесительного оборудования. Например, в системе LFP из-за ее более высокой плотности (2,6 г/см³ по сравнению с 2,0 г/см³ NCM) необходима более высокая скорость вращения для преодоления сопротивления седиментации частиц, тогда как в системе NCM чрезмерно высокая скорость вращения приведет к разрыву молекулярных цепей ПВДФ; в полу-сухом процессе двойная стадия «смешивания-диспергирования»- требует, чтобы оборудование имело высокий выходной крутящий момент и возможности интеллектуального контроля температуры. Обычное оборудование подвержено таким проблемам, как застревание материала в валу, высокое энергопотребление и неполное распыление при его использовании. Традиционное оборудование в основном имеет фиксированную структуру и не может гибко адаптироваться к различным технологическим требованиям. При изменении технологического процесса приходится заменять оборудование или вносить существенные коррективы в параметры, что является трудоемким и приводит к низкой загрузке оборудования и высоким энергозатратам, увеличению себестоимости продукции предприятия.

Низкая эффективность производства и плохая стабильность партий.

Цикл перемешивания традиционного оборудования для гомогенизации длительный. Например, обычный производственный цикл мокрого процесса требует более 12 часов. Среди них приготовление геля ПВДФ требует 4-6 часов перемешивания + 12 часов выдержки, основная инфильтрация материала требует 5 часов, а высокоскоростное диспергирование требует непрерывной скорости 1300 об/мин в течение 5 часов. Это серьезно ограничивает эффективность производства. В то же время оборудование не имеет возможностей интеллектуального управления и не может отслеживать и корректировать параметры перемешивания в режиме реального времени, что приводит к большим колебаниям вязкости, степени дисперсности и других показателей суспензии из разных партий (превышение требований национального стандарта ±5%), что влияет на консистенцию аккумуляторной продукции, а также увеличивает объем работы и стоимость последующей сортировки и испытаний.

В ответ на четыре основные проблемы процесса гомогенизации группа исследований и разработок Yushun Intelligent Equipment провела три года, проводя технические исследования и разработки. Объединив механику жидкости, материаловедение и технологию интеллектуального управления, они создали новое поколение интеллектуальной системы смешивания с двумя-планетами. Обладая пятью основными преимуществами, он точно решает проблемы приготовления катодных паст и становится предпочтительным оборудованием для предприятий, производящих литиевые батареи. - Выбор интеллектуального двойного планетарного миксера Yushun по сути означает выбор эффективного, стабильного и энергосберегающего-производственного решения, а также выбор повышения конкурентоспособности продукции.

Двойное-смешение соединений планет, решение проблемы неравномерного рассеивания

В оборудовании применяется система двойного-движения: «вращение планетарной рамы + вращение дисперсионного диска» в сочетании с конструкцией вращающегося скребка для обеспечения смешивания на 360 градусов без-углов и турбулентной конвекции материалов, полностью попрощавшись с мертвыми зонами смешивания и остатками материала. Конструкция нижней скребковой лопасти в сочетании с высокой округлостью (менее 0,2 мм) внутренней части бочки и разумным зазором для материала лопасти- гарантирует, что материалы на стенках и дне бочки могут быть полностью перемешаны. В то же время линейная скорость дисперсионного диска может достигать 25 м/с, что намного превышает общепринятые отраслевые стандарты, что позволяет создавать высокую-силу сдвига, эффективно разрушать агломерацию порошка и контролировать размер частиц пасты на чрезвычайно низком уровне. Фактические данные измерений показывают, что по сравнению с традиционным оборудованием однородность обрабатываемых материалов улучшилась на 40%, консистенция партии достигает 99,3%, что идеально соответствует строгим требованиям сухого процесса к однородности смешивания порошков и значительно улучшает эффективность смачивания порошка, что подходит для диспергирования различных катодных материалов, таких как тройной фосфат железа и лития.

Технология сверхкритического вакуума исключает риск образования остаточных пузырьков.

Yushun Intelligent разработала инновационную много-систему управления градиентом вакуума, которая позволяет достигать сверх-высокого уровня вакуума -98 кПа, что намного превышает уровень вакуума обычного промышленного оборудования. В то же время он использует два комплекта механических уплотнений и конструкцию мягкого-жесткого композитного уплотнения, а также полностью герметичную конструкцию коробки планетарной передачи, гарантирующую, что вакуумное давление остается выше -0,092 в течение 24 часов без каких-либо утечек масла или газа. Эта эффективная вакуумная система может быстро удалять крошечные пузырьки из суспензии, повышая эффективность пеногашения на 60% и снижая содержание остаточных пузырьков до менее 0,01%. Это исключает такие дефекты, как отверстия электродов и нехватку материала в их основе, обеспечивая безопасную работу аккумулятора. Кроме того, вакуумная среда может эффективно предотвращать испарение растворителя и окисление суспензии, дополнительно повышая стабильность суспензии и удовлетворяя строгим требованиям к вакууму, предъявляемым к «одноэтапному методу» влажного процесса без отверждения.