Inteligentny podwójny mieszalnik planetarny Yushun: innowacja w technologii przygotowania zawiesiny katodowej z baterii litowej

Obecnie, gdy branża energii akumulatorowej przyspiesza w kierunku ery TWh, gęstość energii, żywotność baterii litowych i parametry bezpieczeństwa baterii litowych stały się już kluczowymi wskaźnikami podstawowej konkurencyjności firmy. Wszystkie te aspekty wydajności są zakorzenione w jakości przygotowania zawiesiny elektrod dodatnich do baterii litowych - jako „pierwszej linii obrony” w produkcji arkuszy elektrod dodatnich do baterii litowych. Jednorodność, stabilność i rozproszenie zawiesiny elektrod dodatnich bezpośrednio określa skuteczność późniejszego powlekania, walcowania i innych procesów, a nawet wpływa na ogólną wydajność końcowego produktu stanowiącego baterię. Zgodnie z takimi wymaganiami branży inteligentna maszyna do mieszania planetarnego Yushun, opierając się na akumulacji technicznej i innowacyjnych przełomach w dziedzinie sprzętu do akumulatorów litowych, precyzyjnie rozwiązuje podstawowe problemy związane z przygotowaniem zawiesiny elektrody dodatniej i staje się kluczowym sprzętem, który pomaga przedsiębiorstwom obniżyć koszty, zwiększyć wydajność i zwiększyć konkurencyjność produktów.

Pasta katodowa do baterii litowej to nie tylko prosta mieszanina materiałów, ale raczej złożony układ koloidalny składający się z wielu składników w ściśle określonych proporcjach. Można go uważać za „roztwór odżywczy” akumulatorów litowych i służy jako rdzeń łączący surowce katody i gotowe ogniwa akumulatorowe. Jego główne składniki obejmują cztery kluczowe składniki: aktywne materiały katodowe (takie jak NCM523, NCM811, fosforan litowo-żelazowy itp.), środki przewodzące (takie jak przewodząca sadza, nanorurki węglowe itp.), spoiwa (takie jak poliakrylonitryl, PVDF itp.) i rozpuszczalniki organiczne (takie jak N,N-dimetyloacetamid, N-metylopirolidon itp.). Do niektórych preparatów można również dodać niewielką ilość nieorganicznych wypełniaczy i środków rozdrabniających, aby zoptymalizować działanie.

Każdy z tych czterech elementów ma swoje własne funkcje i jest niezbędny: Materiały aktywne stanowią rdzeń magazynowania i uwalniania energii, bezpośrednio określając gęstość energii i platformę napięciową akumulatora; Czynniki przewodzące odpowiadają za budowę wydajnej sieci transmisji elektronów, zmniejszając rezystancję omową elektrody i unikając słabego kontaktu pomiędzy cząsteczkami materiału aktywnego; Spoiwo działa jak „klej”, mocno mocując materiały aktywne i środki przewodzące na kolektorze prądu z folii aluminiowej, utrzymując integralność struktury elektrody i zapewniając mocne przyleganie powłoki do odbieraka prądu; Rozpuszczalniki organiczne pełnią rolę ośrodka dyspersyjnego, rozpuszczając spoiwa i zwilżając powierzchnię cząstek stałych, zapewniając równomierne wymieszanie wszystkich składników.

W idealnym przypadku zawiesina katodowa powinna osiągać efekt „braku aglomeracji, pęcherzyków, wysokiej jednorodności i wysokiej stabilności”, umożliwiając równomierne pokrycie powierzchni materiału aktywnego i spoiwa przez środek przewodzący, tworząc skuteczne połączenia między cząstkami bez blokowania porów. Ten mikroskopijny, równomierny rozkład-jest warunkiem wstępnym, aby akumulatory litowe mogły osiągnąć długą żywotność cykli, wysoką wydajność i wysoki poziom bezpieczeństwa, a także jest głównym celem procesu przygotowania gnojowicy. Według statystyk branżowych, około 15% awarii akumulatorów litowych przypisuje się wadom procesu mieszania zawiesiny, co wyraźnie pokazuje znaczenie przygotowania zawiesiny katodowej.

Obecnie proces homogenizacji zawiesiny past katodowych do baterii litowych składa się głównie z czterech etapów: metody mokrej, metody pół-suchej, metody suchej i metody mokrej bez spoiwa (metoda-jednoetapowa). Chociaż każda z tych ścieżek ma swój własny cel, wszystkie stoją w obliczu szeregu wspólnych i indywidualnych wyzwań, które stały się kluczowymi wąskimi gardłami ograniczającymi wydajność produkcji i jakość produktów przedsiębiorstw. Można je streścić w czterech podstawowych problemach:

Wyraźnie widoczny jest problem nierównomiernego rozproszenia i aglomeracji

Materiały aktywne i środki przewodzące w zawiesinie katodowej to głównie proszki-rozmiaru nano, które mają dużą powierzchnię właściwą i wysoką energię powierzchniową. Są podatne na aglomerację. W tradycyjnym sprzęcie stosowana jest jedna metoda mieszania, przez co trudno jest wytworzyć kompleksową-siłę ścinającą o dużej intensywności, co powoduje, że cząstki proszku nie są w pełni rozproszone, tworząc „twarde aglomerowane” cząstki. - Te aglomerowane cząstki blokują kanały transmisji elektronów, zmniejszając gęstość energii akumulatora, a także mogą powodować pękanie separatora i spadek jego wydajności. Zwłaszcza w procesie metody suchej równomierność mieszania proszku jest niezwykle wysoka (wartość odchylenia musi wynosić<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).

Zatrzymywanie pęcherzyków i niewystarczająca stabilność

Niezależnie od tego, czy chodzi o mokry proces przygotowania roztworu żelu PVDF, czy o „jedno-etapową” metodę produkcji bez przygotowania żelu, podczas mieszania może przedostawać się powietrze, co powoduje powstawanie pęcherzyków. Możliwości kontroli próżni tradycyjnego sprzętu są ograniczone i nie jest on w stanie skutecznie usunąć drobnych pęcherzyków z zawiesiny. Pęcherzyki te powodują powstawanie dziur i braków materiału podczas procesu powlekania elektrody, nie tylko wpływając na jakość wyglądu elektrody, ale także potencjalnie powodując wewnętrzne zwarcia w akumulatorze, poważnie zagrażając bezpieczeństwu użytkowania. Jednocześnie tradycyjny sprzęt ma trudności z precyzyjnym kontrolowaniem temperatury i lepkości zawiesiny, co prowadzi do rozwarstwienia i wytrącania zawiesiny podczas przechowywania i stosowania, złej konsystencji wsadu i wpływa na stabilność późniejszej produkcji - w procesie mokrym. Tradycyjny sprzęt często napotyka problemy, takie jak zatrzymywanie pęcherzyków w roztworze żelu, niewystarczająca penetracja materiału i słaba stabilność wsadu. w procesie przygotowania na mokro, bez-żelu, sprzęt musi jednocześnie osiągać-dużą prędkość dyspersji (1350 obr./min) i precyzyjną kontrolę próżni (-80 kPa), ale tradycyjny sprzęt nie jest w stanie zrównoważyć wydajności dyspersji i stabilności zawiesiny.

Słaba kompatybilność procesu i wysokie zużycie energii

Różne materiały katodowe (takie jak materiały trójskładnikowe i fosforan litowo-żelazowy) i różne ścieżki procesu homogenizacji mają znacząco różne wymagania dotyczące parametrów, takich jak prędkość obrotowa, moment obrotowy, kontrola temperatury i konstrukcja łopatek sprzętu mieszającego. Na przykład w systemie LFP, ze względu na większą gęstość (2,6 g/cm3 w porównaniu do NCM 2,0 g/cm3), do pokonania oporu sedymentacji cząstek potrzebna jest większa prędkość obrotowa, natomiast w systemie NCM zbyt wysoka prędkość obrotowa spowoduje zerwanie łańcuchów molekularnych PVDF; w procesie pół-suchym, podwójny-etap „mieszania-dyspersyjnego” wymaga, aby sprzęt miał wysoki moment obrotowy i inteligentne możliwości kontroli temperatury. Konwencjonalny sprzęt jest podatny na problemy, takie jak zakleszczanie się materiału w wale, wysokie zużycie energii i niepełne rozproszenie podczas jego użytkowania. Tradycyjny sprzęt ma przeważnie stałą konstrukcję i nie jest w stanie elastycznie dostosować się do różnych wymagań procesu. Zmieniając proces, konieczna jest wymiana sprzętu lub dokonanie znacznych korekt parametrów, co jest uciążliwe i skutkuje niskim wykorzystaniem sprzętu i dużym zużyciem energii, zwiększając koszty produkcji przedsiębiorstwa.

Niska wydajność produkcji i słaba konsystencja partii

Cykl mieszania w tradycyjnym sprzęcie do homogenizacji jest długi. Na przykład konwencjonalny cykl produkcyjny w procesie mokrym wymaga ponad 12 godzin. Wśród nich przygotowanie żelu PVDF wymaga 4-6 godzin mieszania + 12 godzin stania, infiltracja głównego materiału wymaga 5 godzin, a szybka dyspersja wymaga ciągłej prędkości 1300 obr/min przez 5 godzin. To poważnie ogranicza wydajność produkcji. Jednocześnie sprzętowi brakuje możliwości inteligentnego sterowania oraz nie jest w stanie monitorować i regulować parametrów mieszania w czasie rzeczywistym, co skutkuje dużymi wahaniami lepkości, stopnia dyspersji i innych wskaźników zawiesiny z różnych partii (przekraczających wymagania normy krajowej ± 5%), wpływając na konsystencję produktów akumulatorowych oraz zwiększając nakład pracy i koszt późniejszego sortowania i testowania.

W odpowiedzi na cztery podstawowe problemy procesu homogenizacji zespół badawczo-rozwojowy Yushun Intelligent Equipment spędził trzy lata na prowadzeniu badań technicznych i rozwoju. Łącząc mechanikę płynów, materiałoznawstwo i inteligentną technologię sterowania, stworzyli nową generację inteligentnego systemu mieszania z dwiema-planetami. Dzięki pięciu podstawowym zaletom precyzyjnie rozwiązuje problemy związane z przygotowaniem past katodowych i staje się preferowanym sprzętem dla przedsiębiorstw produkujących baterie litowe. - Wybór inteligentnego mieszalnika dwuplanetarnego Yushun zasadniczo oznacza wybór wydajnego, stabilnego i-energooszczędnego rozwiązania produkcyjnego, a także decyzję o zwiększeniu konkurencyjności produktu.

Mieszanie mieszanek-planet, rozwiązujące problem nierównomiernej dyspersji

W sprzęcie zastosowano podwójny-system ruchu „obrót ramy planety + obrót dysku dyspersyjnego” w połączeniu z konstrukcją zgarniacza obrotowego, aby uzyskać mieszanie materiałów w zakresie 360 ​​stopni bez-naroży i turbulentną konwekcję materiałów, całkowicie eliminując mieszanie martwych stref i pozostałości materiału. Konstrukcja łopatki mieszającej zgarniającej dno w połączeniu z dużą okrągłością (poniżej 0,2 mm) wnętrza beczki i rozsądną szczeliną- materiału łopatki zapewnia pełne wymieszanie materiałów na ściance i dnie beczki. Jednocześnie prędkość linii dysku dyspersyjnego może osiągnąć 25 m/s, znacznie przekraczając konwencjonalne standardy branżowe, które mogą generować-siłę ścinającą o dużej intensywności, skutecznie rozbijać aglomerację proszku i kontrolować wielkość cząstek pasty na niezwykle niskim poziomie. Rzeczywiste dane pomiarowe pokazują, że w porównaniu z tradycyjnym sprzętem jednorodność przetworzonych materiałów poprawiła się o 40%, konsystencja partii osiąga 99,3%, doskonale spełniając rygorystyczne wymagania procesu suchego w zakresie jednorodności mieszania proszku i znacznie poprawiając skuteczność zwilżania proszku, odpowiednia dla potrzeb dyspersji różnych materiałów katodowych, takich jak trójskładnikowy i fosforan litowo-żelazowy.

Technologia próżni nadkrytycznej eliminuje ryzyko powstawania pęcherzyków resztkowych

Firma Yushun Intelligent opracowała innowacyjnie wielostopniowy-system kontroli gradientu podciśnienia, który może osiągnąć-bardzo wysoki poziom podciśnienia wynoszący -98 kPa, znacznie przekraczający poziom podciśnienia w konwencjonalnym sprzęcie w branży. Jednocześnie zastosowano w nim dwa zestawy uszczelnień mechanicznych oraz uszczelnienie z miękkiego-twardego kompozytu, a także w pełni uszczelnioną konstrukcję skrzyni przekładni planetarnej, dzięki czemu podciśnienie utrzymuje się na poziomie powyżej -0,092 przez 24 godziny bez wycieków oleju lub gazu. Ten wydajny system próżniowy może szybko usunąć drobne pęcherzyki z zawiesiny, zwiększając skuteczność odpieniania o 60%, zmniejszając pozostałą zawartość pęcherzyków do mniej niż 0,01%. Eliminuje to defekty, takie jak dziury w elektrodach i braki materiałowe u ich podstaw, zapewniając bezpieczeństwo pracy akumulatora. Co więcej, środowisko próżniowe może skutecznie zapobiegać odparowaniu rozpuszczalnika i utlenianiu zawiesiny, dodatkowo zwiększając stabilność zawiesiny i spełniając rygorystyczne wymagania próżniowe „metody jednoetapowej” mokrego procesu nieutwardzającego