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派勒在線式勻漿分散系統InNovaZ TRL不僅僅是節能

2021-12-09 派勒智能 1351


自1991年鋰離子電池問世以來,鋰離子電池被廣泛的應用到手機、筆記本電腦和手持電動工具等中。近年來,鋰離子電池作為全電動汽車取代燃料汽車最適合的動力源,在應對人為氣候變化方面發揮了重要作用,得到了廣泛的認可。因此,優化鋰離子電池技術的動機大大增強。美國能源部計劃在十年內將鋰離子電池的成本降至$80/KWh。有效降低電池的制造成本對于它的大規模生產至關重要。改善電極制備主要在于顯著提高活性材料在鋰離子電池中的體積比,從而提高電池的能量密度和降低成本。

如何降低整套配料及勻漿系統能耗?如何縮短整個勻漿工藝時間?如何降低鋰電池制備設備的設備投入成本及運營成本?如何根據不同的客戶提供不同的工藝解決方案?這些問題是目前鋰電池配料及勻漿行業所面臨的幾個困境。能耗?效率?成本?是一直以來鋰電池廠家的核心競爭力的關鍵。降低能耗、提高效率以及降低成本成為鋰電池廠家的最終目標,派勒智能致力于提高鋰電池廠家的核心競爭力!


鋰電池漿料掃描電鏡


鋰電池的勻漿最關鍵的幾大技術主要為:全自動配料、粉液混合、團聚體解團聚分散。從而使最終的成品的漿料嚴格按照配方要求,得到批次漿料一致性高、粒徑分布穩定、質量高的成品漿料。而這些均需要相關的生產配套設備與生產工藝有更好的匹配性,同時提高產業化效率,因此設備廠家的系統性服務,整體性解決方案將成為方向發展。
其中,派勒智能在該領域重點投入研發,因為我們有一個夢想:匠心智造,成為混合、分散、研磨行業領導品牌。多年來,投入了大量的人力和物力,重點攻克了配料、混合、分散、研磨幾大行業難題,致力于為不同材料領域的客戶提供針對性的解決方案。派勒智能在鋰電池正負極材料制備、鋰電池導電劑漿料制備、鋰電池陶瓷涂覆漿料制備、鋰電池極片涂覆漿料制備、鋰電池正負極漿料勻漿、固態電池行業等鋰電池領域以及陶瓷噴墨、油漆、農藥制劑、石墨烯、碳化硅、農藥懸浮劑等領域,派勒智能都有針對性的整體工藝解決方案和智能裝備,其目標就是了解客戶的需求,解決客戶的痛點,為新能源、新材料事業添磚加瓦!
InNovaZ TRL-H在線高速預混機采用了全新的分散概念,是固料在大面積液面上濕潤,無泄漏,無灰塵的分散。真空分散與剪切及壓力濕潤的結合可以均勻完美地分散。整個過程高效,重復性和可控性好。由于該設備用于從低到高粘度范圍的液體,所以適用范圍十分廣泛。由于混合帶設計巧妙,可用于對溫度敏感或粘稠狀物料。



相比傳統的轉子定子乳化技術系統,該設備能耗低,且易于結合到全自動的生產線中,尤其適用于生產量大,無泄露及防爆的工藝過程。
 
、InNovaZ TRL-H在線高速預混機單機優勢
1、節能
與傳統的單軸或多軸攪拌機、乳化機相比InNovaZ TRL-H系統的能量需求減少了30%以上。
2、產品質量穩定
顆粒的有效潤濕提高了分散質量與分散效率,并可顯著提高后續研磨過程的生產效率。系統的節能、工藝溫和,使產品質量更好、更穩定。 
3、工藝放大技術
InNovaZ TRL-H專為產品測試和小批量生產而設計??刂葡到y為后序的規?;a,存儲了必要的工藝參數,保證了高度的安全性和靈活性。
4、符合人體工程學設計
為了在不過多增加成本的情況下,適應快速的產品變更,派勒對旋轉結構的人機工程設計進行了重點研究,使用起來更方便。

二、InNovaZ TRL-H組合生產線整體解決方案的工程項目
在線高速預混機是適用于自動化工廠集成和大批量加工的機型,特別是在環?;蚍辣I域。InNovaZ TRL-H能在工程項目中靈活使用,常用的設計是將固定粉料喂料系統與InNovaZ TRL-H一起組成中央分散單元。也可以是幾個可單獨調節的物料罐,通過環形管線、平臺等自動化控制連接。
2.1、InNovaZ TRL勻漿分散系統關鍵核心技術:
1)全自動投料及配方管理系統;
2)高速勻漿系統;
3)鋰電池漿料氣氛保護系統;
4)鋰電池制漿產線自動控溫系統。
2.2、目前常見的鋰電池正負極漿料制備主要使用的設備:
1)雙動力行星攪拌機剪切力混合;
2)雙螺桿連續擠出機;
3)第四代在線式鋰電池漿料(LIB)精確配料勻漿分散系統。

其中最為常見的行星式攪拌機、渦輪式攪拌器為相對傳統的制漿工藝,目前市面上比較新穎的制漿工藝均采用第四代在線式鋰電池漿料(LIB)精確配料勻漿分散系統。除了使用的設備外,原料的添加順序也很重要?;钚圆牧虾蛯щ娞砑觿┑母煞ɑ旌虾腿軇┗蚬腆w的順序摻入都被證明可改善活性材料和導電添加劑之間的接觸,從而有助于電化學性能。

2.3、InNovaZ TRL勻漿分散系統工藝:
1) 多種粉體有一種粉體干混的工序。
2) 膠液、液體導電劑、溶劑在循環罐中進行液體的混合工序。
3) 先把液體類原材料全部加入到循環罐,再逐步加入粉體原材料,通過粉體原材料的逐步加入,逐步提供漿料的固含量,直到粉體原材料全部加完,達到設計的固含量要求。例如正極的導電劑、負極的SBR、正極的溶劑NMP、負極的溶劑去離子水、正極的PVDF膠液、負極的CMC膠液先全部加入到循環罐中,再逐步加入干混混合好的活性物質和導電劑粉體。
4) 粉體全部加入完畢后,高速勻漿機跟循環A和循環罐B進行雙缸的循環切換勻漿。直至達到工藝設計要求。



通過上述粉體干混、液體預混、逐步提高固含量和雙缸循環切換勻漿。通常90-120min內可以加工完成一批漿料。


顯示混合順序和活性顆粒形狀(立方體、球形和多面體)對導電界面區域影響的3D相位圖

其中漿料的特性對于后續的電極生產、電池性能都有顯著的影響,因此如何獲得性能良好的漿料就對于鋰離子電池的生產至關重要。


三、漿料形貌和制備工藝對電極形貌特征的影響
鋰離子電池極片擁有復雜的多孔結構,包含活性物質和導電劑顆粒,它們通過粘結劑連結在一起,并粘附在金屬集流體上。電極性能取決于各組分的性能和電極形貌,導電劑通常是各種各樣的碳導電材料顆粒,它還可以與活性物質顆粒形成互鎖,強化與集流體的粘結。理想的電極顆粒涂層形貌如圖所示:


 LIB電極的示意圖:a)具有良好形貌的電極 b)電極制備不良


SEM圖像顯示pvdf(a和b)和eb固化丙烯酸聚氨酯(c和d)陰極的微觀結構極其相似


四、第四代鋰離子電池制漿關鍵工序-電極漿料的制備
鋰離子電池(LIB)電極漿料的傳統生產方法是基于批處理的雙行星攪拌機工藝。然而,由于雙行星攪拌機本身產能低、占地大、投資大、能耗高的缺點,加上電動汽車和儲能系統需求的快速增長,將無法滿足行業產能提升的要求。只能通過增加機器數量及相對應的生產場地、投資和運行費用以實現更大的生產能力。派勒智能全新高效的新型鋰離子電池電極漿料的生產工藝剛好滿足大規模電池生產的要求,為客戶提供各種優勢。

五、核心設備之InNovaZ TRL勻漿分散系統與行星攪拌機比較分析
派勒智能開發的第四代在線式鋰電池漿料(LIB)精確配料勻漿分散系統(右上所示)實現了在線式連續粉、液混料的新工藝。該工藝具有粉液混合和漿料分散的功能,生產一批合格漿料可以在90min內完成,一臺在線高速預混機的產能相當于3臺雙行星攪拌機。







參考文獻

Electrodemanufacturing for lithium-ion batteries—Analysis of current and next generationprocessing, Journal of Energy Storage 25(2019) 100862, W. Blake Hawley,Jianlin Li.



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