میکسر دو سیاره ای هوشمند یوشون: نوآوری در فناوری آماده سازی دوغاب کاتد باتری لیتیومی

امروزه، از آنجایی که صنعت انرژی باتری در حال تسریع پیشرفت خود به سمت عصر TWh است، چگالی انرژی، عمر چرخه و عملکرد ایمنی باتری‌های لیتیومی به شاخص‌های کلیدی رقابت اصلی یک شرکت تبدیل شده است. و همه این جنبه های عملکردی ریشه در کیفیت آماده سازی دوغاب الکترود مثبت باتری لیتیومی - به عنوان "خط اول دفاع" در تولید ورق های الکترود مثبت باتری لیتیومی دارد، یکنواختی، پایداری و پراکندگی دوغاب الکترود مثبت مستقیماً اثربخشی پوشش بعدی، نورد و سایر فرآیندهای باتری را تعیین می کند و حتی بر عملکرد کلی باتری تأثیر می گذارد. تحت چنین تقاضاهای صنعتی، دستگاه میکسر دو سیاره ای هوشمند یوشون، با تکیه بر انباشت فنی و پیشرفت های نوآورانه خود در زمینه تجهیزات باتری لیتیومی، دقیقاً مشکلات اصلی آماده سازی دوغاب الکترود مثبت را حل می کند و به یک تجهیزات کلیدی تبدیل می شود که به شرکت ها در کاهش هزینه ها، افزایش کارایی و افزایش رقابت محصول کمک می کند.

خمیر کاتد باتری لیتیومی صرفاً مخلوط ساده ای از مواد نیست، بلکه یک سیستم کلوئیدی پیچیده است که از اجزای متعدد در نسبت های دقیق تشکیل شده است. می توان آن را به عنوان "محلول مغذی" باتری های لیتیومی در نظر گرفت و به عنوان حلقه اصلی اتصال مواد خام کاتد و سلول های باتری نهایی عمل می کند. اجزای اصلی آن شامل چهار عنصر کلیدی است: مواد فعال کاتدی (مانند NCM523، NCM811، فسفات آهن لیتیوم و غیره)، عوامل رسانا (مانند کربن سیاه رسانا، نانولوله های کربنی و غیره)، چسب ها (مانند پلی اکریلونیتریل، PVDF، و غیره) و حلال های آلی. N، N-دی متیل استامید، N-متیل پیرولیدون، و غیره). برخی از فرمول ها همچنین ممکن است مقدار کمی پرکننده های معدنی و عوامل آسیاب را برای بهینه سازی عملکرد اضافه کنند.

این چهار جزء هر کدام عملکردهای خاص خود را دارند و ضروری هستند: مواد فعال هسته ذخیره و رهاسازی انرژی هستند که مستقیماً چگالی انرژی و پلت فرم ولتاژ باتری را تعیین می کنند. عوامل رسانا مسئول ایجاد یک شبکه انتقال الکترون کارآمد، کاهش مقاومت اهمی الکترود، و جلوگیری از تماس ضعیف بین ذرات ماده فعال هستند. بایندر مانند "چسب" عمل می کند، مواد فعال و عوامل رسانا را محکم روی کلکتور جریان فویل آلومینیومی ثابت می کند، یکپارچگی ساختار الکترود را حفظ می کند و از چسبندگی محکم بین پوشش و کلکتور جریان اطمینان می دهد. حلال های آلی به عنوان محیط پراکندگی عمل می کنند، بایندرها را حل می کنند و سطح ذرات جامد را خیس می کنند و تضمینی برای اختلاط یکنواخت همه اجزاء هستند.

در حالت ایده‌آل، دوغاب کاتد باید به اثرات «عدم تجمع، بدون حباب، یکنواختی بالا و پایداری بالا» دست یابد، که به عامل رسانا اجازه می‌دهد تا سطح ماده فعال را به طور یکنواخت پوشش دهد و بایندر اتصالات مؤثری بین ذرات بدون مسدود کردن منافذ ایجاد کند. این توزیع یکنواخت میکروسکوپی{1}}پیش‌نیاز برای باتری‌های لیتیومی برای دستیابی به عمر چرخه بالا، عملکرد با سرعت بالا و ایمنی بالا است، و همچنین هدف اصلی فرآیند آماده‌سازی دوغاب است. طبق آمار صنعت، تقریباً 15٪ از خرابی های عملکرد باتری لیتیومی به نقص فرآیند اختلاط دوغاب نسبت داده می شود که به وضوح اهمیت آماده سازی دوغاب کاتدی را نشان می دهد.

در حال حاضر، فرآیند همگن سازی دوغاب برای خمیرهای کاتد باتری لیتیومی عمدتاً از چهار مسیر تشکیل شده است: روش مرطوب، روش نیمه خشک، روش خشک، و روش مرطوب بدون بایندر (روش یک مرحله‌ای). اگرچه هر یک از این مسیرها تمرکز خاص خود را دارد، اما همه آنها با یک سری چالش‌های مشترک و فردی مواجه هستند که به گلوگاه‌های کلیدی محدودکننده کارایی تولید و کیفیت محصول شرکت‌ها تبدیل شده‌اند. اینها را می توان در چهار مشکل اصلی خلاصه کرد:

مشکل پراکندگی و تراکم ناهموار برجسته است

مواد فعال و عوامل رسانا در دوغاب کاتد عمدتاً پودرهایی با اندازه{0} نانو هستند که دارای سطح ویژه بزرگ و انرژی سطح بالایی هستند. آنها مستعد تجمع هستند. تجهیزات سنتی یک روش تکان دهنده دارند که ایجاد یک نیروی برشی جامع و با شدت بالا دشوار است، در نتیجه ذرات پودر به طور کامل پراکنده نمی شوند، ذرات "آگلومره سخت" را تشکیل می دهند - این ذرات متراکم کانال های انتقال الکترون را مسدود می کنند، و ظرفیت باتری را کاهش می دهند و همچنین ممکن است باعث جدا شدن ظرفیت باتری شود. به خصوص در روش خشک، یکنواختی اختلاط پودر بسیار زیاد است (مقدار انحراف باید<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).

حفظ حباب و پایداری ناکافی

چه در فرآیند مرطوب برای تهیه محلول ژل PVDF و چه در روش تولید "یک مرحله‌ای" بدون آماده‌سازی ژل، هوا در طول فرآیند هم زدن مستعد حباب می‌شود و در نتیجه حباب‌هایی تشکیل می‌شود. ظرفیت کنترل خلاء تجهیزات سنتی محدود است و قادر به حذف موثر حباب های ریز در دوغاب نیست. این حباب‌ها باعث ایجاد سوراخ‌ها و نقص‌های کمبود مواد در طول فرآیند پوشش الکترود می‌شوند که نه تنها بر کیفیت ظاهری الکترود تأثیر می‌گذارد، بلکه به طور بالقوه باعث ایجاد اتصال کوتاه داخلی در باتری می‌شود که ایمنی استفاده را به طور جدی تهدید می‌کند. در عین حال، تجهیزات سنتی در کنترل دقیق دما و ویسکوزیته دوغاب مشکل دارند، که منجر به لایه‌بندی و رسوب دوغاب در طول ذخیره‌سازی و استفاده، قوام دسته‌ای ضعیف و تأثیر بر پایداری تولید بعدی - در فرآیند مرطوب می‌شود، تجهیزات سنتی اغلب با مشکلاتی مانند احتباس حباب در محلول ژل و نفوذپذیری مواد ژل مواجه می‌شوند. در فرآیند آماده سازی غیر ژل مرطوب، تجهیزات لازم است به طور همزمان به پراکندگی با سرعت بالا (1350 r/min) و کنترل خلاء دقیق (-80 کیلو پاسکال) دست یابد، اما تجهیزات سنتی قادر به متعادل کردن کارایی پراکندگی و پایداری دوغاب نیستند.

سازگاری ضعیف با فرآیند و مصرف انرژی بالا

مواد کاتدی مختلف (مانند مواد سه تایی و فسفات آهن لیتیوم) و مسیرهای مختلف فرآیند همگن سازی به طور قابل توجهی نیازهای متفاوتی برای پارامترهایی مانند سرعت چرخش، گشتاور، کنترل دما و ساختار تیغه تجهیزات اختلاط دارند. به عنوان مثال، در سیستم LFP، به دلیل چگالی بالاتر آن (2.6g/cm³ در مقابل NCM 2.0g/cm³)، سرعت چرخشی بالاتری برای غلبه بر مقاومت ته نشینی ذرات مورد نیاز است، در حالی که در سیستم NCM، سرعت چرخش بیش از حد بالا باعث شکستن زنجیره های مولکولی PVDF می شود. در فرآیند نیمه خشک، مرحله دوگانه "اختلاط-پراکندگی"-نیازمند است که تجهیزات دارای گشتاور خروجی قوی و قابلیت کنترل هوشمند دما باشند. تجهیزات معمولی در هنگام استفاده از آنها مستعد مشکلاتی مانند گیر کردن مواد در شفت، مصرف انرژی بالا و پراکندگی ناقص هستند. تجهیزات سنتی عمدتاً از یک ساختار ثابت هستند و قادر به انطباق انعطاف‌پذیر با الزامات مختلف فرآیند نیستند. هنگام تغییر فرآیند، لازم است تجهیزات را جایگزین کنید یا تنظیمات قابل توجهی در پارامترها انجام دهید، که دست و پا گیر است و منجر به استفاده کم از تجهیزات و مصرف انرژی بالا و افزایش هزینه تولید شرکت می شود.

راندمان تولید پایین و قوام دسته ای ضعیف

چرخه هم زدن تجهیزات همگن سازی سنتی طولانی است. به عنوان مثال، چرخه تولید معمولی فرآیند مرطوب به بیش از 12 ساعت نیاز دارد. در این میان، تهیه ژل PVDF به 4-6 ساعت هم زدن + 12 ساعت ایستادن، نفوذ مواد اصلی به 5 ساعت و پراکندگی با سرعت بالا به سرعت پیوسته 1300 دور در دقیقه به مدت 5 ساعت نیاز دارد. این امر راندمان تولید را به شدت محدود می کند. در عین حال، تجهیزات فاقد قابلیت کنترل هوشمند بوده و نمی توانند پارامترهای همزن را در زمان واقعی نظارت و تنظیم کنند، در نتیجه نوسانات زیادی در ویسکوزیته، درجه پراکندگی و سایر شاخص های دوغاب از دسته های مختلف (بیشتر از استاندارد ملی ± 5٪ مورد نیاز)، بر ثبات بار باتری و افزایش هزینه های آزمایش اثر می گذارد.

در پاسخ به چهار نقطه درد اصلی فرآیند همگن سازی، تیم تحقیق و توسعه تجهیزات هوشمند یوشون سه سال را صرف انجام تحقیق و توسعه فنی کرد. آنها با ادغام مکانیک سیالات، علم مواد و فناوری کنترل هوشمند، نسل جدیدی از سیستم اختلاط سیاره‌ای دوگانه- هوشمند را ایجاد کرده‌اند. با پنج مزیت اصلی، دقیقاً مشکلات در تهیه خمیرهای کاتدی را حل می کند و به تجهیزات ترجیحی برای شرکت های باتری لیتیوم تبدیل می شود - انتخاب مخلوط کن سیاره ای دوگانه هوشمند Yushun اساساً به معنای انتخاب راه حل تولید کارآمد، پایدار و صرفه جویی در انرژی-و همچنین انتخاب برای افزایش رقابت محصول است.

اختلاط ترکیبی دوگانه-سیاره، حل مشکل پراکندگی ناهموار

این تجهیزات از یک سیستم حرکت دوگانه-"چرخش قاب سیاره + چرخش دیسک پراکندگی"، همراه با طراحی اسکراپر چرخشی استفاده می کند تا به اختلاط 360 درجه بدون گوشه و همرفت آشفته مواد دست یابد، و کاملاً با مخلوط کردن مناطق مرده و باقیمانده مواد خداحافظی کند. طراحی خراش دادن پایینی پد اختلاط، همراه با گردی زیاد (کمتر از 0.2 میلی‌متر) داخل بشکه و شکاف مواد معقول{6}}، تضمین می‌کند که مواد روی دیواره و کف بشکه می‌توانند کاملاً مخلوط شوند. در همان زمان، سرعت خط دیسک پراکندگی می‌تواند به 25 متر بر ثانیه برسد، که بسیار فراتر از استانداردهای معمول صنعت است، که می‌تواند نیروی برشی با شدت بالا ایجاد کند، به طور موثر تجمع پودر را بشکند و اندازه ذرات خمیر را در سطح بسیار پایین کنترل کند. داده های اندازه گیری واقعی نشان می دهد که در مقایسه با تجهیزات سنتی، یکنواختی مواد فرآوری شده تا 40٪ بهبود یافته است، قوام دسته ای به 99.3٪ می رسد، کاملاً الزامات سخت فرآیند خشک را برای یکنواختی اختلاط پودر برآورده می کند، و به طور قابل توجهی راندمان مرطوب شدن پودر را بهبود می بخشد، مناسب برای نیازهای پراکندگی مواد کاتدی مختلف مانند ایرونی و لیتیوم.

فناوری خلاء فوق بحرانی خطر باقیمانده حباب ها را از بین می برد

Yushun Intelligent به طور ابتکاری یک سیستم کنترل گرادیان خلاء چند مرحله‌ای توسعه داده است که می‌تواند به سطح خلاء فوق‌العاده-۹۸ کیلو پاسکال دست یابد که بسیار فراتر از سطح خلاء تجهیزات معمولی در صنعت است. در همان زمان، دو مجموعه آب‌بندی مکانیکی و یک طراحی مهر و موم کامپوزیتی نرم{12}}و همچنین ساختاری کاملاً مهر و موم شده برای جعبه انتقال سیاره‌ای اتخاذ می‌کند، که اطمینان می‌دهد فشار خلاء به مدت 24 ساعت بدون هیچ گونه نشت روغن یا نشت گاز، بالای 0.092 - باقی می‌ماند. این سیستم خلاء کارآمد می تواند به سرعت حباب های ریز را از دوغاب حذف کند و راندمان کف زدایی را تا 60 درصد افزایش دهد و محتوای حباب باقیمانده را به کمتر از 0.01 درصد کاهش دهد. این عیوب مانند سوراخ های الکترود و کمبود مواد در ریشه آنها را از بین می برد و عملکرد ایمنی باتری را تضمین می کند. علاوه بر این، محیط خلاء می تواند به طور موثری از تبخیر حلال و اکسیداسیون دوغاب جلوگیری کند، پایداری دوغاب را بیشتر افزایش دهد، و الزامات خلاء سختگیرانه فرآیند خشک نشدن مرطوب "روش یک مرحله ای" را برآورده کند.