Yushun Intelligent Double Planetary Mixer: Nyskapande av beredningstekniken för katodslurry med litiumbatteri

Idag, när batteriindustrin accelererar sina framsteg mot TWh-eran, har litiumbatteriers energitäthet, cykellivslängd och säkerhetsprestanda redan blivit nyckelindikatorerna för ett företags kärnkonkurrenskraft. Och alla dessa prestandaaspekter har sina rötter i kvaliteten på beredningen av litiumbatteriets positiva elektroduppslamning - som den "första försvarslinjen" i produktionen av positiva elektrodskivor av litiumbatterier, likformigheten, stabiliteten och spridningen av den positiva elektroduppslamningen bestämmer direkt effektiviteten av efterföljande beläggning, valsning och andra processer, och påverkar till och med den slutliga produktens prestanda för batteriet. Under sådana industrikrav löser Yushun Intelligent Double Planetary Mixer Machine, som förlitar sig på sin tekniska ackumulering och innovativa genombrott inom området för litiumbatteriutrustning, exakt kärnproblemen med beredning av positiv elektrodslurry och blir en nyckelutrustning som hjälper företag att minska kostnaderna, öka effektiviteten och förbättra produktens konkurrenskraft.

Litiumbatteri katodpasta är inte bara en enkel blandning av material, utan snarare ett komplext kolloidalt system som består av flera komponenter i exakta proportioner. Det kan betraktas som "näringslösningen" av litiumbatterier och fungerar som kärnlänken som förbinder katodens råmaterial och de färdiga battericellerna. Dess huvudkomponenter inkluderar fyra nyckelingredienser: katodaktiva material (såsom NCM523, NCM811, litiumjärnfosfat, etc.), ledande ämnen (såsom ledande kimrök, kolnanorör, etc.), bindemedel (såsom polyakrylnitril, PVDF, etc.) och organiska lösningsmedel (såsom{7}}metyldiamid N,N,N,N N-metylpyrrolidon, etc.). Vissa formuleringar kan också lägga till en liten mängd oorganiska fyllmedel och slipmedel för att optimera prestandan.

Dessa fyra komponenter har var och en sina egna funktioner och är oumbärliga: De aktiva materialen är kärnan för energilagring och frigöring, som direkt bestämmer batteriets energitäthet och spänningsplattform; De ledande medlen är ansvariga för att konstruera ett effektivt elektronöverföringsnätverk, reducera det ohmska motståndet hos elektroden och undvika dålig kontakt mellan aktiva materialpartiklar; Bindemedlet fungerar som "lim" och fixerar de aktiva materialen och ledande medlen på aluminiumfolieströmavtagaren, bibehåller integriteten hos elektrodstrukturen och säkerställer en fast vidhäftning mellan beläggningen och strömavtagaren; De organiska lösningsmedlen tjänar som dispersionsmedium, löser upp bindemedlen och väter ytan på de fasta partiklarna, vilket ger en garanti för likformig blandning av alla komponenter.

Idealiskt bör katoduppslamningen uppnå effekterna av "ingen agglomeration, inga bubblor, hög likformighet och hög stabilitet", vilket tillåter det ledande medlet att likformigt täcka ytan av det aktiva materialet och bindemedlet för att bilda effektiva förbindelser mellan partiklarna utan att blockera porerna. Denna mikroskopiska-jämna fördelning på nivåer är förutsättningen för att litiumbatterier ska uppnå hög livslängd, hög prestanda och hög säkerhet, och det är också huvudmålet med beredningsprocessen för slurry. Enligt industristatistik tillskrivs ungefär 15 % av litiumbatteriets prestandafel till blandningsprocessdefekter, vilket tydligt visar vikten av katodslurryberedning.

För närvarande består slurryhomogeniseringsprocessen för katodpastor från litiumbatterier huvudsakligen av fyra vägar: våt metod, semi-torr metod, torr metod och våt metod utan bindemedel (en-metod). Även om var och en av dessa vägar har sitt eget fokus står de alla inför en rad gemensamma och individuella utmaningar, som har blivit de viktigaste flaskhalsarna som begränsar företagens produktionseffektivitet och produktkvalitet. Dessa kan sammanfattas i fyra kärnproblem:

Problemet med ojämn spridning och agglomeration är framträdande

De aktiva materialen och ledande medlen i katoduppslamningen är oftast pulver i nano-storlek, som har en stor specifik yta och hög ytenergi. De är benägna att agglomerera. Den traditionella utrustningen har en enda omrörningsmetod, vilket är svårt att bilda en omfattande och hög-skjuvkraft, vilket resulterar i att pulverpartiklarna inte är helt dispergerade, bildar "hårda agglomererade" partiklar - dessa agglomererade partiklar kommer att blockera elektronöverföringskanalerna, vilket minskar batteriledningens energitäthet och kan även orsaka att separatorns energitäthet spricker. Speciellt i torrmetoden är likformigheten i pulverblandning extremt hög (avvikelsen måste vara<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).

Bubbelretention och otillräcklig stabilitet

Oavsett om det är i den våta processen för beredning av PVDF-gellösning eller i "en--produktionsmetoden utan gelberedning, är luft benägen att dras med under omrörningsprocessen, vilket resulterar i bildandet av bubblor. Vakuumkontrollkapaciteten hos traditionell utrustning är begränsad och den kan inte effektivt avlägsna de små bubblorna i slammet. Dessa bubblor kommer att orsaka hål och materialbrist under elektrodbeläggningsprocessen, vilket inte bara påverkar elektrodens utseende utan även potentiellt orsaka interna kortslutningar i batteriet, vilket allvarligt hotar säkerheten vid användning. Samtidigt har traditionell utrustning svårt att exakt kontrollera slurryns temperatur och viskositet, vilket leder till stratifiering och utfällning av slurryn under lagring och användning, dålig satskonsistens och påverkar stabiliteten för efterföljande produktion - i den våta processen, traditionell utrustning möter ofta problem såsom bubbelretention i gellösningen, otillräcklig stabilitet i satsen, otillräcklig satsstabilitet; i den våta icke-gelberedningsprocessen krävs att utrustningen samtidigt uppnår hög-hastighetsspridning (1350 r/min) och exakt vakuumkontroll (-80 kPa), men traditionell utrustning kan inte balansera dispersionseffektivitet och slurrystabilitet.

Dålig processkompatibilitet och hög energiförbrukning

Olika katodmaterial (såsom ternära material och litiumjärnfosfat) och olika homogeniseringsprocessvägar har väsentligt olika krav på parametrar såsom rotationshastighet, vridmoment, temperaturkontroll och bladstruktur hos blandningsutrustningen. Till exempel, i LFP-systemet, på grund av dess högre densitet (2,6g/cm³ vs NCM 2,0g/cm³), behövs en högre rotationshastighet för att övervinna partikelsedimentationsmotståndet, medan i NCM-systemet kommer en alltför hög rotationshastighet att göra att PVDF-molekylkedjorna bryter; i den halv-torra processen kräver "blandnings-dispersion" dubbla-steget att utrustningen har ett starkt vridmoment och intelligent temperaturkontroll. Konventionell utrustning är utsatt för problem som att material fastnar i axeln, hög energiförbrukning och ofullständig spridning när den används. Traditionell utrustning har mestadels en fast struktur, oförmögen att flexibelt anpassa sig till olika processkrav. När du ändrar processen är det nödvändigt att byta ut utrustningen eller göra betydande justeringar av parametrarna, vilket är besvärligt och resulterar i lågt utrustningsutnyttjande och hög energiförbrukning, vilket ökar företagets produktionskostnad.

Låg produktionseffektivitet och dålig batchkonsistens

Omrörningscykeln för traditionell homogeniseringsutrustning är lång. Till exempel kräver den konventionella produktionscykeln för den våta processen mer än 12 timmar. Bland dem kräver beredningen av PVDF-gel 4-6 timmars omrörning + 12 timmars stående, huvudmaterialets infiltration kräver 5 timmar, och höghastighetsdispergeringen kräver en kontinuerlig hastighet på 1300 r/min under 5 timmar. Detta begränsar produktionseffektiviteten kraftigt. Samtidigt saknar utrustningen intelligenta kontrollmöjligheter och kan inte övervaka och justera omrörningsparametrarna i realtid, vilket resulterar i stora fluktuationer i viskositet, spridningsgrad och andra indikatorer för slurryn från olika partier (överstigande nationell standard ±5% krav), vilket påverkar konsistensen av batteriprodukter, och ökar arbetsbelastningen och kostnaden för efterföljande sortering.

Som svar på de fyra kärnpunkterna i homogeniseringsprocessen tillbringade FoU-teamet av Yushun Intelligent Equipment tre år med att bedriva teknisk forskning och utveckling. Genom att integrera vätskemekanik, materialvetenskap och intelligent styrteknik har de skapat en ny generation av intelligenta dubbla-planetblandningssystem. Med fem centrala fördelar löser den exakt problemen vid framställningen av katodpastor och blir den föredragna utrustningen för litiumbatteriföretag - att välja Yushun intelligent dubbel planetarisk mixer innebär i huvudsak att välja en effektiv, stabil och energibesparande produktionslösning-, och även välja att förbättra produktens konkurrenskraft.

Dubbel-planetblandning, löser problemet med ojämn spridning

Utrustningen använder ett system med dubbla-rörelser med "planetframe-rotation + spridningsskivans rotation", kombinerat med en roterande skrapardesign, för att uppnå 360 graders ingen-hörnblandning och turbulent konvektion av materialen, vilket helt säger adjö till att blanda döda zoner och materialrester. Blandarpaddelns bottenskrapningsdesign, kombinerat med den höga rundheten (mindre än 0,2 mm) på trummans inre och det rimliga paddel-materialgapet, säkerställer att materialen på trumväggen och botten kan blandas helt. Samtidigt kan dispersionsskivans linjehastighet nå 25 m/s, vilket vida överstiger industrins konventionella standarder, vilket kan generera hög-intensiv skjuvkraft, effektivt bryta pulveragglomerationen och kontrollera partikelstorleken på pastan på en extremt låg nivå. De faktiska mätdata visar att jämfört med traditionell utrustning har enhetligheten hos de bearbetade materialen förbättrats med 40%, satsens konsistens når 99,3%, vilket perfekt uppfyller de strikta kraven för torrprocessen för enhetlighet i pulverblandning och avsevärt förbättrar pulvervätningseffektiviteten, lämplig för dispersionsbehoven för olika katodmaterial som ternärt och litium järn.

Upperkritisk vakuumteknik eliminerar risken för kvarvarande bubblor

Yushun Intelligent har innovativt utvecklat ett flerstegs vakuumgradientkontrollsystem, som kan uppnå en ultra-hög vakuumnivå på -98 kPa, vilket vida överstiger vakuumnivån för konventionell utrustning i branschen. Samtidigt använder den två uppsättningar av mekaniska tätningar och en mjuk-hård sammansatt tätningsdesign, samt en helt förseglad struktur för planetväxellådan, vilket säkerställer att vakuumtrycket förblir över -0,092 i 24 timmar utan något oljeläckage eller gasläckage. Detta effektiva vakuumsystem kan snabbt ta bort små bubblor från slammet, vilket ökar skumdämpningseffektiviteten med 60 %, vilket minskar kvarvarande bubblainnehåll till mindre än 0,01 %. Detta eliminerar defekter som elektrodhål och materialbrist vid roten, vilket säkerställer batteriets säkerhetsprestanda. Dessutom kan vakuummiljön effektivt förhindra lösningsmedelsavdunstning och slurryoxidation, vilket ytterligare förbättrar slurryns stabilitet och uppfyller de strikta vakuumkraven för den våta icke-härdande processen "enstegsmetoden"