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派勒在线式匀浆分散系统InNovaZ TRL不仅仅是节能

2021-12-09 派勒智能 1341


自1991年锂离子电池问世以来,锂离子电池被广泛的应用到手机、笔记本电脑和手持电动工具等中。近年来,锂离子电池作为全电动汽车取代燃料汽车最适合的动力源,在应对人为气候变化方面发挥了重要作用,得到了广泛的认可。因此,优化锂离子电池技术的动机大大增强。美国能源部计划在十年内将锂离子电池的成本降至$80/KWh。有效降低电池的制造成本对于它的大规模生产至关重要。改善电极制备主要在于显著提高活性材料在锂离子电池中的体积比,从而提高电池的能量密度和降低成本。

如何降低整套配料及匀浆系统能耗?如何缩短整个匀浆工艺时间?如何降低锂电池制备设备的设备投入成本及运营成本?如何根据不同的客户提供不同的工艺解决方案?这些问题是目前锂电池配料及匀浆行业所面临的几个困境。能耗?效率?成本?是一直以来锂电池厂家的核心竞争力的关键。降低能耗、提高效率以及降低成本成为锂电池厂家的最终目标,派勒智能致力于提高锂电池厂家的核心竞争力!


锂电池浆料扫描电镜


锂电池的匀浆最关键的几大技术主要为:全自动配料、粉液混合、团聚体解团聚分散。从而使最终的成品的浆料严格按照配方要求,得到批次浆料一致性高、粒径分布稳定、质量高的成品浆料。而这些均需要相关的生产配套设备与生产工艺有更好的匹配性,同时提高产业化效率,因此设备厂家的系统性服务,整体性解决方案将成为方向发展。
其中,派勒智能在该领域重点投入研发,因为我们有一个梦想:匠心智造,成为混合、分散、研磨行业领导品牌。多年来,投入了大量的人力和物力,重点攻克了配料、混合、分散、研磨几大行业难题,致力于为不同材料领域的客户提供针对性的解决方案。派勒智能在锂电池正负极材料制备、锂电池导电剂浆料制备、锂电池陶瓷涂覆浆料制备、锂电池极片涂覆浆料制备、锂电池正负极浆料匀浆、固态电池行业等锂电池领域以及陶瓷喷墨、油漆、农药制剂、石墨烯、碳化硅、农药悬浮剂等领域,派勒智能都有针对性的整体工艺解决方案和智能装备,其目标就是了解客户的需求,解决客户的痛点,为新能源、新材料事业添砖加瓦!
InNovaZ TRL-H在线高速预混机采用了全新的分散概念,是固料在大面积液面上湿润,无泄漏,无灰尘的分散。真空分散与剪切及压力湿润的结合可以均匀完美地分散。整个过程高效,重复性和可控性好。由于该设备用于从低到高粘度范围的液体,所以适用范围十分广泛。由于混合带设计巧妙,可用于对温度敏感或粘稠状物料。



相比传统的转子定子乳化技术系统,该设备能耗低,且易于结合到全自动的生产线中,尤其适用于生产量大,无泄露及防爆的工艺过程。
 
InNovaZ TRL-H在线高速预混机单机优势
1、节能
与传统的单轴或多轴搅拌机、乳化机相比InNovaZ TRL-H系统的能量需求减少了30%以上。
2、产品质量稳定
颗粒的有效润湿提高了分散质量与分散效率,并可显著提高后续研磨过程的生产效率。系统的节能、工艺温和,使产品质量更好、更稳定。 
3、工艺放大技术
InNovaZ TRL-H专为产品测试和小批量生产而设计。控制系统为后序的规模化生产,存储了必要的工艺参数,保证了高度的安全性和灵活性。
4、符合人体工程学设计
为了在不过多增加成本的情况下,适应快速的产品变更,派勒对旋转结构的人机工程设计进行了重点研究,使用起来更方便。

二、InNovaZ TRL-H组合生产线整体解决方案的工程项目
在线高速预混机是适用于自动化工厂集成和大批量加工的机型,特别是在环保或防爆领域。InNovaZ TRL-H能在工程项目中灵活使用,常用的设计是将固定粉料喂料系统与InNovaZ TRL-H一起组成中央分散单元。也可以是几个可单独调节的物料罐,通过环形管线、平台等自动化控制连接。
2.1、InNovaZ TRL匀浆分散系统关键核心技术:
1)全自动投料及配方管理系统;
2)高速匀浆系统;
3)锂电池浆料气氛保护系统;
4)锂电池制浆产线自动控温系统。
2.2、目前常见的锂电池正负极浆料制备主要使用的设备:
1)双动力行星搅拌机剪切力混合;
2)双螺杆连续挤出机;
3)第四代在线式锂电池浆料(LIB)精确配料匀浆分散系统。

其中最为常见的行星式搅拌机、涡轮式搅拌器为相对传统的制浆工艺,目前市面上比较新颖的制浆工艺均采用第四代在线式锂电池浆料(LIB)精确配料匀浆分散系统。除了使用的设备外,原料的添加顺序也很重要。活性材料和导电添加剂的干法混合和溶剂或固体的顺序掺入都被证明可改善活性材料和导电添加剂之间的接触,从而有助于电化学性能。

2.3、InNovaZ TRL匀浆分散系统工艺:
1) 多种粉体有一种粉体干混的工序。
2) 胶液、液体导电剂、溶剂在循环罐中进行液体的混合工序。
3) 先把液体类原材料全部加入到循环罐,再逐步加入粉体原材料,通过粉体原材料的逐步加入,逐步提供浆料的固含量,直到粉体原材料全部加完,达到设计的固含量要求。例如正极的导电剂、负极的SBR、正极的溶剂NMP、负极的溶剂去离子水、正极的PVDF胶液、负极的CMC胶液先全部加入到循环罐中,再逐步加入干混混合好的活性物质和导电剂粉体。
4) 粉体全部加入完毕后,高速匀浆机跟循环A和循环罐B进行双缸的循环切换匀浆。直至达到工艺设计要求。



通过上述粉体干混、液体预混、逐步提高固含量和双缸循环切换匀浆。通常90-120min内可以加工完成一批浆料。


显示混合顺序和活性颗粒形状(立方体、球形和多面体)对导电界面区域影响的3D相位图

其中浆料的特性对于后续的电极生产、电池性能都有显著的影响,因此如何获得性能良好的浆料就对于锂离子电池的生产至关重要。


三、浆料形貌和制备工艺对电极形貌特征的影响
锂离子电池极片拥有复杂的多孔结构,包含活性物质和导电剂颗粒,它们通过粘结剂连结在一起,并粘附在金属集流体上。电极性能取决于各组分的性能和电极形貌,导电剂通常是各种各样的碳导电材料颗粒,它还可以与活性物质颗粒形成互锁,强化与集流体的粘结。理想的电极颗粒涂层形貌如图所示:


 LIB电极的示意图:a)具有良好形貌的电极 b)电极制备不良


SEM图像显示pvdf(a和b)和eb固化丙烯酸聚氨酯(c和d)阴极的微观结构极其相似


四、第四代锂离子电池制浆关键工序-电极浆料的制备
锂离子电池(LIB)电极浆料的传统生产方法是基于批处理的双行星搅拌机工艺。然而,由于双行星搅拌机本身产能低、占地大、投资大、能耗高的缺点,加上电动汽车和储能系统需求的快速增长,将无法满足行业产能提升的要求。只能通过增加机器数量及相对应的生产场地、投资和运行费用以实现更大的生产能力。派勒智能全新高效的新型锂离子电池电极浆料的生产工艺刚好满足大规模电池生产的要求,为客户提供各种优势。

五、核心设备之InNovaZ TRL匀浆分散系统与行星搅拌机比较分析
派勒智能开发的第四代在线式锂电池浆料(LIB)精确配料匀浆分散系统(右上所示)实现了在线式连续粉、液混料的新工艺。该工艺具有粉液混合和浆料分散的功能,生产一批合格浆料可以在90min内完成,一台在线高速预混机的产能相当于3台双行星搅拌机。







参考文献

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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