Inteligentný dvojitý planetárny mixér Yushun: Inovácia technológie prípravy katódovej kaše z lítiových batérií

Dnes, keď odvetvie výroby batérií zrýchľuje svoj pokrok smerom k ére TWh, sa hustota energie, životnosť cyklu a bezpečnostný výkon lítiových batérií už stali kľúčovými ukazovateľmi základnej konkurencieschopnosti spoločnosti. A všetky tieto výkonnostné aspekty sú zakorenené v kvalite prípravy suspenzie kladných elektród lítiovej batérie - ako „prvej obrannej línie“ pri výrobe listov kladných elektród lítiovej batérie, rovnomernosť, stabilita a disperzia suspenzie kladnej elektródy priamo určujú účinnosť následného poťahovania, valcovania a iných procesov a dokonca ovplyvňujú celkový výkon konečného produktu batérie. Pri takýchto priemyselných požiadavkách Yushun Intelligent Double Planetary Mixer Machine, spoliehajúci sa na svoju technickú akumuláciu a inovatívne objavy v oblasti zariadení na lítiové batérie, presne rieši hlavné problémy prípravy kalu z pozitívnych elektród a stáva sa kľúčovým zariadením, ktoré pomáha podnikom znižovať náklady, zvyšovať efektivitu a zvyšovať konkurencieschopnosť produktov.

Katódová pasta na lítiové batérie nie je len jednoduchou zmesou materiálov, ale skôr zložitým koloidným systémom zloženým z viacerých komponentov v presných pomeroch. Možno ho považovať za „živný roztok“ lítiových batérií a slúži ako jadro spájajúce suroviny katódy a hotové články batérie. Jeho hlavné zložky zahŕňajú štyri kľúčové zložky: katódové aktívne materiály (ako NCM523, NCM811, fosforečnan lítno-železitý atď.), vodivé činidlá (ako vodivé sadze, uhlíkové nanorúrky atď.), spojivá (ako je polyakrylonitril, PVDF atď.) a organické rozpúšťadlá (ako N,N-dimetylacetamid}, atď.). Niektoré formulácie môžu tiež pridať malé množstvo anorganických plnív a mlecích činidiel na optimalizáciu výkonu.

Všetky tieto štyri komponenty majú svoje vlastné funkcie a sú nevyhnutné: Aktívne materiály sú jadrom pre ukladanie a uvoľňovanie energie, priamo určujúce hustotu energie a napäťovú platformu batérie; Vodivé činidlá sú zodpovedné za vytvorenie efektívnej siete na prenos elektrónov, zníženie ohmického odporu elektródy a zabránenie zlému kontaktu medzi časticami aktívneho materiálu; Spojivo pôsobí ako "lepidlo", pevne fixuje aktívne materiály a vodivé činidlá na zberač prúdu z hliníkovej fólie, zachováva integritu štruktúry elektródy a zaisťuje pevnú priľnavosť medzi povlakom a zberačom prúdu; Organické rozpúšťadlá slúžia ako disperzné médium, rozpúšťajú spojivá a zmáčajú povrch pevných častíc, čím poskytujú záruku rovnomerného premiešania všetkých zložiek.

V ideálnom prípade by katódová kaša mala dosahovať účinky „žiadna aglomerácia, žiadne bubliny, vysoká rovnomernosť a vysoká stabilita“, čo umožňuje, aby vodivé činidlo rovnomerne pokrylo povrch aktívneho materiálu a spojivo, aby vytvorilo účinné spojenie medzi časticami bez blokovania pórov. Táto mikroskopická-rovnomerná distribúcia je nevyhnutným predpokladom pre lítiové batérie na dosiahnutie vysokej životnosti cyklu, vysokého výkonu a vysokej bezpečnosti a je tiež hlavným cieľom procesu prípravy kalu. Podľa priemyselných štatistík sa približne 15 % zlyhaní výkonu lítiových batérií pripisuje chybám procesu miešania kalu, čo jasne demonštruje dôležitosť prípravy katódového kalu.

Proces homogenizácie kaše pre katódové pasty lítiových batérií v súčasnosti pozostáva najmä zo štyroch ciest: mokrá metóda, polo{0}}suchá metóda, suchá metóda a mokrá metóda bez spojiva (jedno{1}}kroková metóda). Hoci každá z týchto ciest má svoje vlastné zameranie, všetky čelia sérii spoločných a individuálnych výziev, ktoré sa stali kľúčovými prekážkami obmedzujúcimi efektivitu výroby a kvalitu produktov podnikov. Možno ich zhrnúť do štyroch základných problémov:

Problém nerovnomerného rozptylu a aglomerácie je výrazný

Aktívne materiály a vodivé činidlá v katódovej suspenzii sú väčšinou prášky nano{0}}veľkosti, ktoré majú veľký špecifický povrch a vysokú povrchovú energiu. Sú náchylné na aglomeráciu. Tradičné zariadenie má jedinú metódu miešania, pri ktorej je ťažké vytvoriť komplexnú a šmykovú silu s vysokou-intenzitou, čo vedie k tomu, že častice prášku nie sú úplne dispergované a vytvárajú „tvrdo aglomerované“ častice - tieto aglomerované častice zablokujú kanály prenosu elektrónov, čím sa zníži hustota energie batérie a môžu tiež spôsobiť prasknutie separátora a zníženie kapacity. Najmä v procese suchej metódy je rovnomernosť miešania prášku extrémne vysoká (hodnota odchýlky musí byť<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).

Zadržiavanie bublín a nedostatočná stabilita

Či už pri mokrom procese prípravy roztoku PVDF gélu alebo pri „jedno{0}}krokovej“ metóde výroby bez prípravy gélu, vzduch je náchylný na unášanie počas procesu miešania, čo vedie k tvorbe bublín. Kapacita riadenia vákua tradičného zariadenia je obmedzená a nie je schopné účinne odstrániť drobné bublinky v kaši. Tieto bubliny spôsobia dierky a chyby spôsobené nedostatkom materiálu počas procesu poťahovania elektródy, čo nielenže ovplyvní kvalitu vzhľadu elektródy, ale môže tiež spôsobiť vnútorné skraty v batérii, čo vážne ohrozí bezpečnosť používania. Tradičné zariadenia majú zároveň ťažkosti s presnou kontrolou teploty a viskozity kalu, čo vedie k stratifikácii a zrážaniu kalu počas skladovania a používania, zlej konzistencii šarže a ovplyvňovaniu stability následnej výroby - v mokrom procese, tradičné zariadenia často čelia problémom, ako je zadržiavanie bublín v gélovom roztoku, nedostatočné prenikanie materiálu a zlá stabilita šarže; pri mokrom procese prípravy bez{5}}gélu sa vyžaduje, aby zariadenie súčasne dosahovalo vysokú-rýchlosť disperzie (1350 ot./min.) a presné riadenie vákua (-80 kPa), ale tradičné zariadenie nie je schopné vyvážiť účinnosť disperzie a stabilitu kalu.

Zlá kompatibilita procesov a vysoká spotreba energie

Rôzne katódové materiály (ako sú ternárne materiály a fosforečnan lítno-železnatý) a rôzne cesty procesu homogenizácie majú výrazne odlišné požiadavky na parametre, ako je rýchlosť otáčania, krútiaci moment, regulácia teploty a štruktúra lopatky miešacieho zariadenia. Napríklad v systéme LFP je kvôli vyššej hustote (2,6 g/cm³ oproti NCM 2,0 g/cm³) potrebná vyššia rýchlosť otáčania na prekonanie odporu voči sedimentácii častíc, zatiaľ čo v systéme NCM príliš vysoká rýchlosť otáčania spôsobí pretrhnutie molekulárnych reťazcov PVDF; v polo-suchom procese si dvojfázová „miešacia-disperzia“-vyžaduje od zariadenia vysoký krútiaci moment a inteligentné možnosti regulácie teploty. Bežné zariadenia sú náchylné na problémy, ako je zasekávanie materiálu v hriadeli, vysoká spotreba energie a neúplné rozptýlenie pri jeho používaní. Tradičné zariadenia majú väčšinou pevnú štruktúru, nedokážu sa flexibilne prispôsobiť rôznym procesným požiadavkám. Pri zmene procesu je potrebné vymeniť zariadenie alebo vykonať výrazné úpravy parametrov, čo je ťažkopádne a má za následok nízke využitie zariadení a vysokú spotrebu energie, čím sa zvyšujú výrobné náklady podniku.

Nízka efektivita výroby a zlá konzistencia šarží

Cyklus miešania tradičného homogenizačného zariadenia je dlhý. Napríklad konvenčný výrobný cyklus mokrého procesu vyžaduje viac ako 12 hodín. Medzi nimi príprava PVDF gélu vyžaduje 4-6 hodín miešania + 12 hodín státia, infiltrácia hlavného materiálu vyžaduje 5 hodín a vysokorýchlostná disperzia vyžaduje nepretržitú rýchlosť 1300 otáčok za minútu počas 5 hodín. To výrazne obmedzuje efektivitu výroby. Zariadeniu zároveň chýbajú funkcie inteligentného riadenia a nie je možné monitorovať a upravovať parametre miešania v reálnom čase, čo má za následok veľké kolísanie viskozity, stupňa disperzie a iných ukazovateľov suspenzie z rôznych šarží (presahujúce národnú normu ± 5 % požiadavky), čo ovplyvňuje konzistenciu batériových produktov a zvyšuje pracovnú záťaž a náklady na následné triedenie a testovanie.

V reakcii na štyri hlavné bolestivé body procesu homogenizácie strávil tím výskumu a vývoja spoločnosti Yushun Intelligent Equipment tri roky vykonávaním technického výskumu a vývoja. Integráciou mechaniky tekutín, materiálovej vedy a inteligentnej riadiacej technológie vytvorili novú generáciu inteligentného dvojplanétového miešacieho systému. S piatimi základnými výhodami presne rieši problémy pri príprave katódových pást a stáva sa preferovaným zariadením pre podniky s lítiovými batériami - výber inteligentného dvojitého planetárneho mixéra Yushun v podstate znamená výber efektívneho, stabilného a energeticky{4}}úsporného výrobného riešenia a tiež rozhodnutie zvýšiť konkurencieschopnosť produktu.

Miešanie zmesí na dvoch planétach, ktoré rieši problém nerovnomerného rozptylu

Zariadenie využíva duálny{0}}pohybový systém „revolúcia planétového rámu + rotácia disperzného disku“ v kombinácii s dizajnom rotačnej škrabky, aby sa dosiahlo 360-stupňové miešanie bez{3}}roh a turbulentná konvekcia materiálov, čím sa úplne rozlúči s miešaním mŕtvych zón a zvyškov materiálu. Dizajn dna miešacej lopatky v kombinácii s vysokou guľatosťou (menej ako 0,2 mm) vnútrajška valca a primeranou{6}}medzerou materiálu lopatky zaisťuje úplné premiešanie materiálov na stene a dne valca. Zároveň môže rýchlosť linky disperzného disku dosiahnuť 25 m/s, čo ďaleko presahuje bežné štandardy v tomto odvetví, čo môže generovať-vysokú intenzitu šmykovej sily, účinne rozbíjať aglomeráciu prášku a kontrolovať veľkosť častíc pasty na extrémne nízkej úrovni. Skutočné namerané údaje ukazujú, že v porovnaní s tradičným zariadením sa jednotnosť spracovaných materiálov zlepšila o 40%, konzistencia šarže dosahuje 99,3%, dokonale spĺňa prísne požiadavky suchého procesu na rovnomernosť miešania prášku a výrazne zlepšuje účinnosť zmáčania prášku, ktorá je vhodná pre potreby disperzie rôznych katódových materiálov, ako je ternárny a lítium-železnatý fosforečnan.

Technológia podkritického vákua eliminuje riziko zvyškových bublín

Yushun Intelligent inovatívne vyvinul viac{0}}stupňový systém riadenia gradientu vákua, ktorý dokáže dosiahnuť ultra-vysokú úroveň vákua -98 kPa, čo ďaleko prevyšuje úroveň vákua konvenčných zariadení v tomto odvetví. Zároveň využíva dve sady mechanických tesnení a dizajn mäkkého{12}}tvrdého kompozitného tesnenia, ako aj plne utesnenú štruktúru planétovej prevodovky, ktorá zaisťuje, že vákuový tlak zostane nad -0,092 počas 24 hodín bez akéhokoľvek úniku oleja alebo plynu. Tento účinný vákuový systém dokáže rýchlo odstrániť drobné bublinky z kalu, čím sa zvýši účinnosť odpeňovania o 60%, čím sa zníži zvyškový obsah bublín na menej ako 0,01%. To eliminuje chyby, ako sú otvory elektród a nedostatok materiálu v ich koreni, čím sa zaisťuje bezpečný výkon batérie. Okrem toho môže vákuové prostredie účinne zabrániť odparovaniu rozpúšťadla a oxidácii kalu, čo ďalej zvyšuje stabilitu kalu a spĺňa prísne požiadavky na vákuum pri mokrom nevytvrdzovacom procese „jednostupňovej metódy“