Yushun Intelligent Double Planetary Mixer: นวัตกรรมเทคโนโลยีการเตรียมสารละลายแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียม

ปัจจุบัน ในขณะที่อุตสาหกรรมพลังงานแบตเตอรี่กำลังเร่งความก้าวหน้าไปสู่ยุค TWh ความหนาแน่นของพลังงาน อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ และประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมได้กลายเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของความสามารถในการแข่งขันหลักของบริษัทแล้ว และด้านประสิทธิภาพทั้งหมดเหล่านี้มีรากฐานมาจากคุณภาพของการเตรียมสารละลายอิเล็กโทรดขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียม - ในฐานะ "แนวป้องกันแรก" ในการผลิตแผ่นอิเล็กโทรดขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียม ความสม่ำเสมอ ความเสถียร และการกระจายตัวของสารละลายอิเล็กโทรดขั้วบวกจะกำหนดประสิทธิภาพของการเคลือบ การรีด และกระบวนการอื่น ๆ ที่ตามมา และยังมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ขั้นสุดท้าย ภายใต้ความต้องการของอุตสาหกรรมดังกล่าว Yushun Intelligent Double Planetary Mixer Machine อาศัยการสะสมทางเทคนิคและความก้าวหน้าทางนวัตกรรมในด้านอุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียม ช่วยแก้ปัญหาหลักในการเตรียมสารละลายอิเล็กโทรดเชิงบวกได้อย่างแม่นยำ และกลายเป็นอุปกรณ์สำคัญที่ช่วยให้องค์กรต่างๆ ลดต้นทุน เพิ่มประสิทธิภาพ และเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์

แคโทดเพสต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไม่ได้เป็นเพียงส่วนผสมง่ายๆ ของวัสดุเท่านั้น แต่ยังเป็นระบบคอลลอยด์ที่ซับซ้อนที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่างในสัดส่วนที่แม่นยำอีกด้วย ถือได้ว่าเป็น "สารละลายธาตุอาหาร" ของแบตเตอรี่ลิเธียม และทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมหลักที่เชื่อมต่อวัตถุดิบของแคโทดและเซลล์แบตเตอรี่สำเร็จรูป ส่วนประกอบหลักประกอบด้วยส่วนผสมหลักสี่ประการ: วัสดุออกฤทธิ์ที่เป็นแคโทด (เช่น NCM523, NCM811, ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ฯลฯ), สารนำไฟฟ้า (เช่น คาร์บอนแบล็คที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า, ท่อนาโนคาร์บอน เป็นต้น), สารยึดเกาะ (เช่น พอลิอะคริโลไนไตรล์, PVDF เป็นต้น) และตัวทำละลายอินทรีย์ (เช่น N,N-ไดเมทิลอะเซทาไมด์, N-เมทิลไพโรลิโดน เป็นต้น) สูตรบางสูตรอาจเติมสารตัวเติมอนินทรีย์และสารบดเล็กน้อยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ

ส่วนประกอบทั้งสี่นี้แต่ละส่วนมีหน้าที่ของตัวเองและขาดไม่ได้: วัสดุออกฤทธิ์เป็นแกนหลักสำหรับการเก็บและปล่อยพลังงาน ซึ่งกำหนดความหนาแน่นของพลังงานและแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่โดยตรง สารนำไฟฟ้ามีหน้าที่สร้างเครือข่ายการส่งผ่านอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพ ลดความต้านทานโอห์มมิกของอิเล็กโทรด และหลีกเลี่ยงการสัมผัสที่ไม่ดีระหว่างอนุภาคของวัสดุที่ทำงานอยู่ สารยึดเกาะทำหน้าที่เหมือน "กาว" โดยยึดวัสดุออกฤทธิ์และสารนำไฟฟ้าไว้อย่างแน่นหนาบนตัวสะสมกระแสอลูมิเนียมฟอยล์ รักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างอิเล็กโทรด และรับประกันการยึดเกาะที่มั่นคงระหว่างสารเคลือบและตัวสะสมกระแส ตัวทำละลายอินทรีย์ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการกระจายตัว ละลายสารยึดเกาะและทำให้พื้นผิวของอนุภาคของแข็งเปียก รับประกันว่าส่วนประกอบทั้งหมดจะผสมกันสม่ำเสมอ

ตามหลักการแล้ว สารละลายแคโทดควรบรรลุผลของ "ไม่มีการรวมตัวกัน ไม่มีฟองอากาศ ความสม่ำเสมอสูง และความเสถียรสูง" ช่วยให้สารนำไฟฟ้าสามารถครอบคลุมพื้นผิวของวัสดุออกฤทธิ์และสารยึดเกาะได้อย่างสม่ำเสมอเพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพระหว่างอนุภาคโดยไม่ปิดกั้นรูขุมขน การกระจายตัวในระดับจุลทรรศน์-นี้เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมเพื่อให้มีอายุการใช้งานวงจรสูง ประสิทธิภาพที่อัตราสูง และมีความปลอดภัยสูง และยังเป็นเป้าหมายหลักของกระบวนการเตรียมสารละลายอีกด้วย ตามสถิติอุตสาหกรรม ประมาณ 15% ของความล้มเหลวด้านประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมมีสาเหตุมาจากข้อบกพร่องของกระบวนการผสมสารละลาย ซึ่งแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสำคัญของการเตรียมสารละลายแคโทด

ปัจจุบัน กระบวนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของสารละลายสำหรับแคโทดเพสต์แบตเตอรี่ลิเธียมส่วนใหญ่ประกอบด้วยสี่เส้นทาง: วิธีเปียก วิธีกึ่ง{0}}แห้ง วิธีแห้ง และวิธีเปียกโดยไม่มีสารยึดเกาะ (วิธี-ขั้นตอนเดียว) แม้ว่าแต่ละเส้นทางเหล่านี้จะมีจุดมุ่งเน้นเป็นของตัวเอง แต่เส้นทางเหล่านี้ล้วนเผชิญกับความท้าทายทั่วไปและความท้าทายส่วนบุคคล ซึ่งกลายเป็นปัญหาคอขวดสำคัญที่จำกัดประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพผลิตภัณฑ์ขององค์กร ปัญหาเหล่านี้สามารถสรุปได้เป็นสี่ปัญหาหลัก:

ปัญหาการกระจายตัวและการรวมตัวกันที่ไม่สม่ำเสมอเป็นปัญหาสำคัญ

วัสดุออกฤทธิ์และสารนำไฟฟ้าในสารละลายแคโทดส่วนใหญ่เป็นผงขนาดนาโน- ซึ่งมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และมีพลังงานพื้นผิวสูง พวกเขามีแนวโน้มที่จะรวมตัวกัน อุปกรณ์แบบดั้งเดิมมีวิธีกวนเพียงครั้งเดียว ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะสร้างแรงเฉือนที่มีความเข้มข้นสูง-อย่างครอบคลุม ส่งผลให้อนุภาคผงไม่กระจายตัวจนหมด กลายเป็นอนุภาค "เกาะกลุ่มกันแข็ง" - อนุภาคที่เกาะกลุ่มเหล่านี้จะปิดกั้นช่องส่งผ่านอิเล็กตรอน ส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ลดลง และยังอาจทำให้ตัวแยกแตกและความสามารถลดลงอีกด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการแบบแห้ง ความสม่ำเสมอของการผสมผงจะสูงมาก (ค่าเบี่ยงเบนจะต้องเป็น<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).

การกักเก็บฟองและความเสถียรไม่เพียงพอ

ไม่ว่าจะอยู่ในกระบวนการเปียกเพื่อเตรียมสารละลายเจล PVDF หรือในวิธีการผลิต "ขั้นตอนเดียว-" โดยไม่ต้องเตรียมเจล ก็มีแนวโน้มที่จะกักเก็บอากาศไว้ในระหว่างกระบวนการกวน ซึ่งส่งผลให้เกิดฟองอากาศ ความสามารถในการควบคุมสุญญากาศของอุปกรณ์แบบดั้งเดิมนั้นมีจำกัด และไม่สามารถกำจัดฟองอากาศเล็กๆ ในสารละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ฟองอากาศเหล่านี้จะทำให้เกิดรูเข็มและข้อบกพร่องในการขาดแคลนวัสดุในระหว่างกระบวนการเคลือบอิเล็กโทรด ไม่เพียงส่งผลต่อคุณภาพรูปลักษณ์ของอิเล็กโทรดเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดการลัดวงจรภายในแบตเตอรี่อีกด้วย ซึ่งคุกคามความปลอดภัยในการใช้งานอย่างร้ายแรง ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์แบบดั้งเดิมมีปัญหาในการควบคุมอุณหภูมิและความหนืดของสารละลายอย่างแม่นยำ ซึ่งนำไปสู่การแบ่งชั้นและการตกตะกอนของสารละลายในระหว่างการเก็บรักษาและการใช้งาน ความสม่ำเสมอของแบทช์ต่ำ และส่งผลกระทบต่อความเสถียรของการผลิตในภายหลัง - ในกระบวนการเปียก อุปกรณ์แบบดั้งเดิมมักจะประสบปัญหา เช่น การกักเก็บฟองอากาศในสารละลายเจล การเจาะวัสดุไม่เพียงพอ และความเสถียรของแบทช์ที่ไม่ดี ในกระบวนการเตรียมของเหลวที่ไม่ใช่เจล- อุปกรณ์จำเป็นต้องได้รับการกระจายความเร็วสูง- (1350 รอบ/นาที) และการควบคุมสุญญากาศที่แม่นยำ (-80 kPa) ไปพร้อมๆ กัน แต่อุปกรณ์แบบเดิมไม่สามารถรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการกระจายตัวและความคงตัวของสารละลายได้

ความเข้ากันได้ของกระบวนการไม่ดีและการใช้พลังงานสูง

วัสดุแคโทดที่แตกต่างกัน (เช่น วัสดุแบบไตรภาคและลิเธียมเหล็กฟอสเฟต) และเส้นทางกระบวนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญสำหรับพารามิเตอร์ เช่น ความเร็วในการหมุน แรงบิด การควบคุมอุณหภูมิ และโครงสร้างใบมีดของอุปกรณ์ผสม ตัวอย่างเช่น ในระบบ LFP เนื่องจากมีความหนาแน่นสูงกว่า (2.6g/cm³ เทียบกับ NCM 2.0g/cm³) จำเป็นต้องใช้ความเร็วในการหมุนที่สูงขึ้นเพื่อเอาชนะความต้านทานการตกตะกอนของอนุภาค ในขณะที่ในระบบ NCM ความเร็วในการหมุนที่สูงเกินไปจะทำให้สายโซ่โมเลกุล PVDF แตกหัก ในกระบวนการกึ่ง-แห้ง เวที "ผสม-การกระจาย" สอง- ต้องใช้อุปกรณ์ที่มีเอาต์พุตแรงบิดที่แข็งแกร่งและความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิที่ชาญฉลาด อุปกรณ์ทั่วไปมีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหา เช่น การติดขัดของวัสดุในเพลา การใช้พลังงานสูง และการกระจายตัวที่ไม่สมบูรณ์เมื่อใช้งาน อุปกรณ์แบบดั้งเดิมส่วนใหญ่มีโครงสร้างตายตัว จึงไม่สามารถปรับให้เข้ากับข้อกำหนดของกระบวนการที่แตกต่างกันได้อย่างยืดหยุ่น เมื่อเปลี่ยนกระบวนการ จำเป็นต้องเปลี่ยนอุปกรณ์หรือทำการปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ที่สำคัญ ซึ่งยุ่งยากและส่งผลให้มีการใช้อุปกรณ์ต่ำและสิ้นเปลืองพลังงานสูง ทำให้ต้นทุนการผลิตขององค์กรเพิ่มขึ้น

ประสิทธิภาพการผลิตต่ำและความสม่ำเสมอของแบทช์ไม่ดี

วงจรการกวนของอุปกรณ์ทำให้เป็นเนื้อเดียวกันแบบดั้งเดิมนั้นยาวนาน ตัวอย่างเช่น วงจรการผลิตแบบทั่วไปของกระบวนการแบบเปียกต้องใช้เวลามากกว่า 12 ชั่วโมง ในบรรดานั้น การเตรียมเจล PVDF ต้องใช้เวลายืนกวน + 12 ชั่วโมง 4-6 ชั่วโมง การแทรกซึมของวัสดุหลักต้องใช้เวลา 5 ชั่วโมง และการกระจายตัวด้วยความเร็วสูงต้องใช้ความเร็วต่อเนื่อง 1300 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 5 ชั่วโมง สิ่งนี้เป็นการจำกัดประสิทธิภาพการผลิตอย่างรุนแรง ในเวลาเดียวกัน อุปกรณ์ขาดความสามารถในการควบคุมอัจฉริยะ และไม่สามารถตรวจสอบและปรับพารามิเตอร์การกวนแบบเรียลไทม์ ส่งผลให้เกิดความผันผวนอย่างมากในความหนืด ระดับการกระจายตัว และตัวบ่งชี้อื่น ๆ ของสารละลายจากชุดที่แตกต่างกัน (เกินข้อกำหนดมาตรฐานแห่งชาติ ± 5%) ส่งผลกระทบต่อความสอดคล้องของผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ และเพิ่มภาระงานและต้นทุนในการคัดแยกและการทดสอบในภายหลัง

เพื่อตอบสนองต่อปัญหาหลักสี่ประการของกระบวนการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน ทีม R&D ของ Yushun Intelligent Equipment ใช้เวลาสามปีในการวิจัยและพัฒนาทางเทคนิค ด้วยการบูรณาการกลศาสตร์ของไหล วัสดุศาสตร์ และเทคโนโลยีการควบคุมอัจฉริยะ พวกเขาได้สร้างระบบผสมดาวเคราะห์คู่-อัจฉริยะรุ่นใหม่ ด้วยข้อได้เปรียบหลัก 5 ประการ จึงสามารถแก้ปัญหาในการเตรียมแคโทดเพสต์ได้อย่างแม่นยำ และกลายเป็นอุปกรณ์ที่ต้องการสำหรับองค์กรแบตเตอรี่ลิเธียม - การเลือกเครื่องผสมดาวเคราะห์คู่อัจฉริยะ Yushun โดยพื้นฐานแล้วหมายถึงการเลือกโซลูชันการผลิตที่มีประสิทธิภาพ มีเสถียรภาพ และประหยัดพลังงาน- และยังเลือกเพื่อเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของผลิตภัณฑ์ด้วย

การผสมสารประกอบดาวเคราะห์คู่- แก้ปัญหาการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอ

อุปกรณ์นี้ใช้ระบบการเคลื่อนที่คู่-ของ "การหมุนของเฟรมดาวเคราะห์ + การหมุนของจานกระจาย" ผสมผสานกับการออกแบบเครื่องขูดแบบหมุน เพื่อให้ได้การผสมมุมแบบไม่มี-แบบ 360 องศาและการพาวัสดุแบบหมุนเวียนแบบปั่นป่วน เป็นการบอกลาโดยสิ้นเชิงกับการผสมโซนตายและเศษวัสดุ การออกแบบการขูดด้านล่างของไม้พายผสม ผสมผสานกับความกลมสูง (น้อยกว่า 0.2 มม.) ของภายในถังและช่องว่างของวัสดุในไม้พาย-ที่สมเหตุสมผล ทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุที่อยู่บนผนังถังและก้นถังสามารถผสมกันได้อย่างสมบูรณ์ ในเวลาเดียวกัน ความเร็วของเส้นของจานกระจายสามารถสูงถึง 25 เมตร/วินาที ซึ่งสูงกว่ามาตรฐานทั่วไปของอุตสาหกรรมอย่างมาก ซึ่งสามารถสร้างแรงเฉือนที่มีความเข้มข้นสูง- ทำลายการรวมตัวของผงได้อย่างมีประสิทธิภาพ และควบคุมขนาดอนุภาคของส่วนผสมที่ระดับต่ำมาก ข้อมูลการวัดจริงแสดงให้เห็นว่าเมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์แบบดั้งเดิม ความสม่ำเสมอของวัสดุแปรรูปได้รับการปรับปรุงขึ้น 40% ความสม่ำเสมอของแบทช์ถึง 99.3% เป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของกระบวนการแห้งเพื่อความสม่ำเสมอของการผสมผง และปรับปรุงประสิทธิภาพการเปียกของผงอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเหมาะสำหรับความต้องการการกระจายตัวของวัสดุแคโทดต่างๆ เช่น ternary และลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

เทคโนโลยีสุญญากาศเหนือวิกฤตช่วยลดความเสี่ยงของฟองอากาศที่ตกค้าง

Yushun Intelligent ได้พัฒนาระบบควบคุมการไล่ระดับสุญญากาศแบบหลาย-อย่างสร้างสรรค์ ซึ่งสามารถบรรลุระดับสุญญากาศสูงพิเศษ-ที่ -98 kPa ซึ่งสูงกว่าระดับสุญญากาศของอุปกรณ์ทั่วไปในอุตสาหกรรมมาก ในเวลาเดียวกัน ใช้ชุดซีลเชิงกลสองชุดและการออกแบบซีลคอมโพสิตแข็งแบบอ่อน- เช่นเดียวกับโครงสร้างที่ปิดผนึกอย่างสมบูรณ์สำหรับกล่องส่งกำลังของดาวเคราะห์ เพื่อให้มั่นใจว่าแรงดันสุญญากาศคงอยู่เหนือ -0.092 เป็นเวลา 24 ชั่วโมงโดยไม่มีการรั่วไหลของน้ำมันหรือก๊าซ ระบบสูญญากาศที่มีประสิทธิภาพนี้สามารถขจัดฟองอากาศขนาดเล็กออกจากสารละลายได้อย่างรวดเร็ว เพิ่มประสิทธิภาพในการละลายฟองได้ถึง 60% และลดปริมาณฟองอากาศที่ตกค้างให้เหลือน้อยกว่า 0.01% ซึ่งจะช่วยขจัดข้อบกพร่อง เช่น รูอิเล็กโทรดและการขาดแคลนวัสดุที่ราก ทำให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ นอกจากนี้ สภาพแวดล้อมสุญญากาศสามารถป้องกันการระเหยของตัวทำละลายและการเกิดออกซิเดชันของสารละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพิ่มความเสถียรของสารละลาย และตอบสนองข้อกำหนดด้านสุญญากาศที่เข้มงวดของกระบวนการไม่บ่มแบบเปียก "วิธีการขั้นตอนเดียว"