Intelligenter Doppelplanetenmischer von Yushun: Innovation der Aufbereitungstechnologie für Lithiumbatterie-Kathodenschlamm

Heute, da die Batteriestromindustrie ihren Fortschritt in Richtung TWh-Ära beschleunigt, sind die Energiedichte, die Lebensdauer und die Sicherheitsleistung von Lithiumbatterien bereits zu Schlüsselindikatoren für die zentrale Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens geworden. Und alle diese Leistungsaspekte haben ihre Wurzeln in der Qualität der Herstellung der positiven Elektrodenaufschlämmung für Lithiumbatterien -. Als „erste Verteidigungslinie“ bei der Herstellung von positiven Elektrodenblättern für Lithiumbatterien bestimmen die Gleichmäßigkeit, Stabilität und Dispersion der positiven Elektrodenaufschlämmung direkt die Wirksamkeit nachfolgender Beschichtungs-, Walz- und anderer Prozesse und beeinflussen sogar die Gesamtleistung des endgültigen Batterieprodukts. Angesichts dieser Branchenanforderungen löst die intelligente Doppelplanetenmischermaschine von Yushun, die sich auf ihre technische Leistungsfähigkeit und innovativen Durchbrüche im Bereich der Lithiumbatterieausrüstung stützt, präzise die Kernprobleme der Aufschlämmungsvorbereitung für positive Elektroden und wird zu einer Schlüsselausrüstung, die Unternehmen dabei hilft, Kosten zu senken, die Effizienz zu steigern und die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte zu verbessern.

Kathodenpaste für Lithiumbatterien ist nicht nur eine einfache Materialmischung, sondern vielmehr ein komplexes kolloidales System, das aus mehreren Komponenten in präzisen Proportionen besteht. Es kann als „Nährlösung“ von Lithiumbatterien betrachtet werden und dient als zentrales Bindeglied zwischen den Rohstoffen der Kathode und den fertigen Batteriezellen. Zu seinen Hauptbestandteilen gehören vier Hauptbestandteile: aktive Kathodenmaterialien (wie NCM523, NCM811, Lithiumeisenphosphat usw.), leitfähige Mittel (wie leitfähiger Ruß, Kohlenstoffnanoröhren usw.), Bindemittel (wie Polyacrylnitril, PVDF usw.) und organische Lösungsmittel (wie N,N-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon usw.). Einigen Formulierungen kann auch eine kleine Menge anorganischer Füllstoffe und Schleifmittel zugesetzt werden, um die Leistung zu optimieren.

Diese vier Komponenten haben jeweils ihre eigenen Funktionen und sind unverzichtbar: Die aktiven Materialien sind der Kern für die Energiespeicherung und -abgabe und bestimmen direkt die Energiedichte und Spannungsplattform der Batterie; Die leitfähigen Wirkstoffe sind für den Aufbau eines effizienten Elektronenübertragungsnetzwerks, die Verringerung des ohmschen Widerstands der Elektrode und die Vermeidung eines schlechten Kontakts zwischen aktiven Materialpartikeln verantwortlich. Das Bindemittel wirkt wie ein „Kleber“, der die aktiven Materialien und leitfähigen Mittel fest auf dem Stromkollektor aus Aluminiumfolie fixiert, die Integrität der Elektrodenstruktur aufrechterhält und eine feste Haftung zwischen der Beschichtung und dem Stromkollektor gewährleistet; Die organischen Lösungsmittel dienen als Dispergiermedium, lösen die Bindemittel und benetzen die Oberfläche der Feststoffpartikel und gewährleisten so eine gleichmäßige Durchmischung aller Komponenten.

Idealerweise sollte die Kathodenaufschlämmung die Wirkung „keine Agglomeration, keine Blasen, hohe Gleichmäßigkeit und hohe Stabilität“ erzielen, sodass das leitfähige Mittel die Oberfläche des aktiven Materials und des Bindemittels gleichmäßig bedecken kann, um wirksame Verbindungen zwischen den Partikeln zu bilden, ohne die Poren zu verstopfen. Diese gleichmäßige Verteilung auf mikroskopischer -Ebene ist die Voraussetzung dafür, dass Lithiumbatterien eine hohe Zyklenlebensdauer, eine hohe Geschwindigkeitsleistung und eine hohe Sicherheit erreichen, und sie ist auch das Hauptziel des Schlammaufbereitungsprozesses. Branchenstatistiken zufolge sind etwa 15 % der Leistungsausfälle von Lithiumbatterien auf Fehler im Slurry-Mischprozess zurückzuführen, was die Bedeutung der Kathoden-Slurry-Vorbereitung deutlich zeigt.

Derzeit besteht der Schlammhomogenisierungsprozess für Lithiumbatterie-Kathodenpasten hauptsächlich aus vier Routen: Nassverfahren, Halbtrockenverfahren, Trockenverfahren und Nassverfahren ohne Bindemittel (Ein-{1}}Schrittverfahren). Obwohl jede dieser Routen ihren eigenen Schwerpunkt hat, stehen sie alle vor einer Reihe gemeinsamer und individueller Herausforderungen, die zu den größten Engpässen geworden sind, die die Produktionseffizienz und Produktqualität von Unternehmen einschränken. Diese lassen sich in vier Kernprobleme zusammenfassen:

Das Problem der ungleichmäßigen Verteilung und Agglomeration ist im Vordergrund

Bei den aktiven Materialien und leitfähigen Mitteln in der Kathodenaufschlämmung handelt es sich meist um Pulver in Nanogröße, die eine große spezifische Oberfläche und eine hohe Oberflächenenergie aufweisen. Sie neigen zur Agglomeration. Die herkömmliche Ausrüstung verfügt über eine einzige Rührmethode, die es schwierig macht, eine umfassende und hochintensive Scherkraft zu erzeugen. Dies führt dazu, dass die Pulverpartikel nicht vollständig dispergiert werden und „harte agglomerierte“ Partikel entstehen. - Diese agglomerierten Partikel blockieren die Elektronenübertragungskanäle, verringern die Energiedichte der Batterie und können auch dazu führen, dass der Separator reißt und die Kapazität abnimmt. Besonders beim Trockenverfahren ist die Gleichmäßigkeit der Pulvermischung extrem hoch (der Abweichungswert muss sein).<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).

Blasenbildung und unzureichende Stabilität

Ob beim Nassverfahren zur Herstellung der PVDF-Gellösung oder bei der „einstufigen“ Herstellungsmethode ohne Gelvorbereitung: Während des Rührvorgangs kann es leicht zu Lufteinschlüssen kommen, was zur Blasenbildung führt. Die Vakuumkontrollkapazität herkömmlicher Geräte ist begrenzt und sie sind nicht in der Lage, die winzigen Blasen in der Aufschlämmung effektiv zu entfernen. Diese Blasen verursachen während des Elektrodenbeschichtungsprozesses Nadellöcher und Materialmangelfehler, die nicht nur das Erscheinungsbild der Elektrode beeinträchtigen, sondern möglicherweise auch interne Kurzschlüsse in der Batterie verursachen, die die Sicherheit der Verwendung ernsthaft gefährden. Gleichzeitig haben herkömmliche Geräte Schwierigkeiten, die Temperatur und Viskosität der Aufschlämmung genau zu steuern, was zu einer Schichtung und Ausfällung der Aufschlämmung während der Lagerung und Verwendung, einer schlechten Chargenkonsistenz und einer Beeinträchtigung der Stabilität der nachfolgenden Produktion führt. - Im Nassverfahren sind herkömmliche Geräte häufig mit Problemen wie Blasenretention in der Gellösung, unzureichender Materialpenetration und schlechter Chargenstabilität konfrontiert. Beim nassen Nicht-Gel-Zubereitungsprozess muss die Ausrüstung gleichzeitig eine Hochgeschwindigkeitsdispergierung (1350 U/min) und eine präzise Vakuumsteuerung (-80 kPa) erreichen, herkömmliche Geräte sind jedoch nicht in der Lage, Dispersionseffizienz und Aufschlämmungsstabilität in Einklang zu bringen.

Schlechte Prozesskompatibilität und hoher Energieverbrauch

Unterschiedliche Kathodenmaterialien (z. B. ternäre Materialien und Lithiumeisenphosphat) und unterschiedliche Homogenisierungsprozessrouten stellen deutlich unterschiedliche Anforderungen an Parameter wie Drehzahl, Drehmoment, Temperaturregelung und Schaufelstruktur der Mischausrüstung. Beispielsweise ist im LFP-System aufgrund seiner höheren Dichte (2,6 g/cm³ gegenüber 2,0 g/cm³ NCM) eine höhere Rotationsgeschwindigkeit erforderlich, um den Partikelsedimentationswiderstand zu überwinden, während im NCM-System eine übermäßig hohe Rotationsgeschwindigkeit zum Bruch der PVDF-Molekülketten führt; Im halbtrockenen Prozess erfordert die zweistufige „Misch--Dispersion“ eine starke Drehmomentabgabe und intelligente Temperaturregelungsfunktionen der Ausrüstung. Herkömmliche Geräte sind bei der Verwendung anfällig für Probleme wie Materialstau im Schacht, hohen Energieverbrauch und unvollständige Verteilung. Herkömmliche Anlagen weisen meist eine feste Struktur auf und sind nicht in der Lage, sich flexibel an unterschiedliche Prozessanforderungen anzupassen. Bei einer Änderung des Prozesses ist es erforderlich, die Ausrüstung auszutauschen oder erhebliche Anpassungen der Parameter vorzunehmen, was umständlich ist und zu einer geringen Auslastung der Ausrüstung und einem hohen Energieverbrauch führt, was die Produktionskosten des Unternehmens erhöht.

Geringe Produktionseffizienz und schlechte Chargenkonsistenz

Der Rührzyklus herkömmlicher Homogenisierungsgeräte ist lang. Beispielsweise dauert der herkömmliche Produktionszyklus des Nassverfahrens mehr als 12 Stunden. Unter anderem erfordert die Herstellung des PVDF-Gels 4-6 Stunden Rühren + 12 Stunden Stehenlassen, die Hauptmaterialinfiltration erfordert 5 Stunden und die Hochgeschwindigkeitsdispersion erfordert eine kontinuierliche Geschwindigkeit von 1300 U/min für 5 Stunden. Dies schränkt die Produktionseffizienz stark ein. Gleichzeitig mangelt es der Ausrüstung an intelligenten Steuerungsmöglichkeiten und sie kann die Rührparameter nicht in Echtzeit überwachen und anpassen, was zu großen Schwankungen der Viskosität, des Dispersionsgrads und anderer Indikatoren der Aufschlämmung aus verschiedenen Chargen führt (die über die nationale Standardanforderung von ±5 % hinausgehen), sich auf die Konsistenz von Batterieprodukten auswirkt und den Arbeitsaufwand und die Kosten für die anschließende Sortierung und Prüfung erhöht.

Als Reaktion auf die vier Kernprobleme des Homogenisierungsprozesses hat das Forschungs- und Entwicklungsteam von Yushun Intelligent Equipment drei Jahre lang technische Forschung und Entwicklung durchgeführt. Durch die Integration von Strömungsmechanik, Materialwissenschaft und intelligenter Steuerungstechnologie haben sie eine neue Generation intelligenter Dual-Planeten-Mischsysteme geschaffen. Mit fünf Hauptvorteilen löst es präzise die Probleme bei der Herstellung von Kathodenpasten und wird zur bevorzugten Ausrüstung für Lithiumbatterieunternehmen. - Wenn Sie sich für den intelligenten Doppelplanetenmischer von Yushun entscheiden, entscheiden Sie sich im Wesentlichen für eine effiziente, stabile und energiesparende Produktionslösung und entscheiden sich auch für die Verbesserung der Produktwettbewerbsfähigkeit.

Mischen von Dual-Planeten-Verbindungen, wodurch das Problem der ungleichmäßigen Dispersion gelöst wird

Die Ausrüstung verwendet ein duales{0}Bewegungssystem aus „Planetenrahmenumdrehung + Dispersionsscheibenrotation“, kombiniert mit einem rotierenden Schaberdesign, um eine eckenfreie 360-Grad-Mischung und turbulente Konvektion der Materialien zu erreichen, wodurch tote Mischzonen und Materialrückstände vollständig vermieden werden. Das bodenabstreifende Design des Mischpaddels sorgt in Kombination mit der hohen Rundheit (weniger als 0,2 mm) des Fassinneren und dem angemessenen Materialspalt des Paddels dafür, dass die Materialien an der Fasswand und am Boden vollständig gemischt werden können. Gleichzeitig kann die Liniengeschwindigkeit der Dispergierscheibe 25 m/s erreichen und damit weit über den herkömmlichen Industriestandards liegen. Dadurch kann eine hochintensive Scherkraft erzeugt, die Pulveragglomeration effektiv aufgebrochen und die Partikelgröße der Paste auf einem extrem niedrigen Niveau kontrolliert werden. Die tatsächlichen Messdaten zeigen, dass sich die Gleichmäßigkeit der verarbeiteten Materialien im Vergleich zu herkömmlichen Geräten um 40 % verbessert hat, die Chargenkonsistenz 99,3 % erreicht, was die strengen Anforderungen des Trockenprozesses an die Gleichmäßigkeit der Pulvermischung perfekt erfüllt und die Pulverbenetzungseffizienz deutlich verbessert, geeignet für die Dispersionsanforderungen verschiedener Kathodenmaterialien wie ternäres und Lithiumeisenphosphat.

Die überkritische Vakuumtechnologie eliminiert das Risiko von Restblasen

Yushun Intelligent hat auf innovative Weise ein mehrstufiges Vakuumgradienten-Steuerungssystem entwickelt, mit dem ein ultrahohes Vakuumniveau von -98 kPa erreicht werden kann, das weit über dem Vakuumniveau herkömmlicher Geräte in der Branche liegt. Gleichzeitig verfügt es über zwei Sätze mechanischer Dichtungen und eine weiche -harte Verbunddichtungskonstruktion sowie eine vollständig abgedichtete Struktur für das Planetengetriebe, wodurch sichergestellt wird, dass der Vakuumdruck 24 Stunden lang über -0,092 bleibt, ohne dass es zu Öl- oder Gaslecks kommt. Dieses effiziente Vakuumsystem kann winzige Blasen schnell aus der Aufschlämmung entfernen, wodurch die Entschäumungseffizienz um 60 % erhöht und der Restblasengehalt auf weniger als 0,01 % reduziert wird. Dadurch werden Defekte wie Elektrodenlöcher und Materialmangel an der Wurzel eliminiert und die Sicherheitsleistung der Batterie gewährleistet. Darüber hinaus kann die Vakuumumgebung die Verdunstung des Lösungsmittels und die Oxidation der Aufschlämmung wirksam verhindern, was die Stabilität der Aufschlämmung weiter verbessert und die strengen Vakuumanforderungen des nassen, nicht aushärtenden Prozesses „Ein-Schritt-Methode“ erfüllt.