Mezclador planetario doble inteligente Yushun: innovación en la tecnología de preparación de lodo de cátodo de batería de litio

Hoy en día, a medida que la industria de la energía de baterías acelera su progreso hacia la era del TWh, la densidad energética, el ciclo de vida y el rendimiento de seguridad de las baterías de litio ya se han convertido en los indicadores clave de la competitividad central de una empresa. Y todos estos aspectos de rendimiento tienen su origen en la calidad de la preparación de la suspensión del electrodo positivo de la batería de litio - como "primera línea de defensa" en la producción de láminas de electrodo positivo de la batería de litio, la uniformidad, estabilidad y dispersión de la suspensión del electrodo positivo determinan directamente la eficacia del recubrimiento, laminado y otros procesos posteriores, e incluso influyen en el rendimiento general del producto final de la batería. Bajo tales demandas de la industria, la máquina mezcladora planetaria doble inteligente Yushun, basándose en su acumulación técnica y avances innovadores en el campo de los equipos de baterías de litio, resuelve con precisión los problemas centrales de la preparación de lodos de electrodos positivos y se convierte en un equipo clave que ayuda a las empresas a reducir costos, aumentar la eficiencia y mejorar la competitividad del producto.

La pasta catódica de baterías de litio no es simplemente una simple mezcla de materiales, sino más bien un complejo sistema coloidal compuesto de múltiples componentes en proporciones precisas. Puede considerarse como la "solución nutritiva" de las baterías de litio y sirve como enlace central que conecta las materias primas del cátodo y las celdas de la batería terminadas. Sus componentes principales incluyen cuatro ingredientes clave: materiales activos catódicos (como NCM523, NCM811, fosfato de hierro y litio, etc.), agentes conductores (como negro de humo conductor, nanotubos de carbono, etc.), aglutinantes (como poliacrilonitrilo, PVDF, etc.) y disolventes orgánicos (como N,N-dimetilacetamida, N-metilpirrolidona, etc.). Algunas formulaciones también pueden agregar una pequeña cantidad de rellenos inorgánicos y agentes de molienda para optimizar el rendimiento.

Cada uno de estos cuatro componentes tiene sus propias funciones y son indispensables: los materiales activos son el núcleo para el almacenamiento y liberación de energía, determinando directamente la densidad de energía y la plataforma de voltaje de la batería; Los agentes conductores son responsables de construir una red eficiente de transmisión de electrones, reducir la resistencia óhmica del electrodo y evitar un mal contacto entre las partículas de material activo; El aglutinante actúa como "pegamento", fijando firmemente los materiales activos y agentes conductores en el colector de corriente de papel de aluminio, manteniendo la integridad de la estructura del electrodo y asegurando una adhesión firme entre el recubrimiento y el colector de corriente; Los disolventes orgánicos sirven como medio de dispersión, disolviendo los aglutinantes y humedeciendo la superficie de las partículas sólidas, garantizando la mezcla uniforme de todos los componentes.

Idealmente, la suspensión catódica debería lograr los efectos de "sin aglomeración, sin burbujas, alta uniformidad y alta estabilidad", permitiendo que el agente conductor cubra uniformemente la superficie del material activo y el aglutinante para formar conexiones efectivas entre las partículas sin bloquear los poros. Esta distribución uniforme de nivel microscópico-es el requisito previo para que las baterías de litio logren un ciclo de vida alto, un rendimiento de alta velocidad y una alta seguridad, y también es el objetivo principal del proceso de preparación de la suspensión. Según las estadísticas de la industria, aproximadamente el 15 % de las fallas de rendimiento de las baterías de litio se atribuyen a defectos en el proceso de mezcla de la lechada, lo que demuestra claramente la importancia de la preparación de la lechada catódica.

En la actualidad, el proceso de homogeneización de lodos para pastas de cátodos de baterías de litio consta principalmente de cuatro rutas: método húmedo, método semiseco, método seco y método húmedo sin aglutinante (método de un-paso). Aunque cada una de estas rutas tiene su propio enfoque, todas enfrentan una serie de desafíos comunes e individuales, que se han convertido en los principales obstáculos que restringen la eficiencia de la producción y la calidad de los productos de las empresas. Estos se pueden resumir en cuatro problemas centrales:

El problema de la dispersión desigual y la aglomeración es destacado

Los materiales activos y agentes conductores de la suspensión catódica son en su mayoría polvos de tamaño nano-, que tienen una gran superficie específica y una alta energía superficial. Son propensos a la aglomeración. El equipo tradicional tiene un método de agitación único, que es difícil de formar una fuerza de corte integral y de alta-intensidad, lo que da como resultado que las partículas de polvo no se dispersen completamente, formando partículas "duramente aglomeradas" - estas partículas aglomeradas bloquearán los canales de transmisión de electrones, reduciendo la densidad de energía de la batería y también pueden causar que el separador se agriete y la capacidad disminuya. Especialmente en el proceso del método seco, la uniformidad de la mezcla del polvo es extremadamente alta (el valor de desviación debe ser<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).

Retención de burbujas y estabilidad insuficiente.

Ya sea en el proceso húmedo para preparar la solución de gel de PVDF o en el método de producción de "un-paso" sin preparación de gel, es probable que se arrastre aire durante el proceso de agitación, lo que da como resultado la formación de burbujas. La capacidad de control de vacío de los equipos tradicionales es limitada y no puede eliminar eficazmente las pequeñas burbujas de la suspensión. Estas burbujas causarán poros y defectos de escasez de material durante el proceso de recubrimiento del electrodo, lo que no solo afectará la calidad de la apariencia del electrodo sino que también provocará potencialmente cortocircuitos internos en la batería, amenazando seriamente la seguridad de uso. Al mismo tiempo, los equipos tradicionales tienen dificultades para controlar con precisión la temperatura y la viscosidad de la lechada, lo que provoca la estratificación y precipitación de la lechada durante el almacenamiento y el uso, una mala consistencia del lote y afecta la estabilidad de la producción posterior - en el proceso húmedo. Los equipos tradicionales a menudo enfrentan problemas como retención de burbujas en la solución de gel, penetración insuficiente del material y mala estabilidad del lote; En el proceso de preparación húmeda sin gel, se requiere que el equipo alcance simultáneamente una alta velocidad de dispersión (1350 r/min) y un control preciso del vacío (-80 kPa), pero el equipo tradicional no puede equilibrar la eficiencia de la dispersión y la estabilidad de la suspensión.

Mala compatibilidad de procesos y alto consumo de energía.

Los diferentes materiales catódicos (como materiales ternarios y fosfato de hierro y litio) y las diferentes rutas del proceso de homogeneización tienen requisitos significativamente diferentes para parámetros como la velocidad de rotación, el par, el control de temperatura y la estructura de las paletas del equipo de mezcla. Por ejemplo, en el sistema LFP, debido a su mayor densidad (2,6 g/cm³ frente a NCM 2,0 g/cm³), se necesita una velocidad de rotación más alta para superar la resistencia a la sedimentación de partículas, mientras que en el sistema NCM, una velocidad de rotación excesivamente alta provocará que las cadenas moleculares de PVDF se rompan; En el proceso semiseco-, la etapa dual-de "mezcla-dispersión" requiere que el equipo tenga una fuerte salida de torque y capacidades inteligentes de control de temperatura. Los equipos convencionales son propensos a sufrir problemas como atasco de material en el eje, alto consumo de energía y dispersión incompleta al utilizarlos. Los equipos tradicionales tienen en su mayoría una estructura fija, incapaces de adaptarse de manera flexible a los diferentes requisitos del proceso. Al cambiar el proceso, es necesario reemplazar el equipo o realizar ajustes importantes en los parámetros, lo cual es engorroso y resulta en una baja utilización del equipo y un alto consumo de energía, aumentando el costo de producción de la empresa.

Baja eficiencia de producción y mala consistencia de los lotes.

El ciclo de agitación de los equipos de homogeneización tradicionales es largo. Por ejemplo, el ciclo de producción convencional del proceso húmedo requiere más de 12 horas. Entre ellos, la preparación del gel de PVDF requiere 4-6 horas de agitación + 12 horas de reposo, la infiltración del material principal requiere 5 horas y la dispersión de alta velocidad requiere una velocidad continua de 1300 r/min durante 5 horas. Esto restringe severamente la eficiencia de la producción. Al mismo tiempo, el equipo carece de capacidades de control inteligente y no puede monitorear ni ajustar los parámetros de agitación en tiempo real, lo que genera grandes fluctuaciones en la viscosidad, el grado de dispersión y otros indicadores de la suspensión de diferentes lotes (que exceden el requisito del estándar nacional ±5%), afectando la consistencia de los productos de la batería y aumentando la carga de trabajo y el costo de clasificación y prueba posteriores.

En respuesta a los cuatro puntos débiles del proceso de homogeneización, el equipo de I+D de Yushun Intelligent Equipment pasó tres años realizando investigación y desarrollo técnicos. Al integrar mecánica de fluidos, ciencia de materiales y tecnología de control inteligente, han creado una nueva generación de sistema inteligente de mezcla de planetas duales-. Con cinco ventajas principales, resuelve con precisión los problemas en la preparación de pastas catódicas y se convierte en el equipo preferido para las empresas de baterías de litio - elegir el mezclador planetario doble inteligente Yushun significa esencialmente elegir una solución de producción eficiente, estable y que ahorra energía-y también elegir mejorar la competitividad del producto.

Mezcla de compuestos de doble-planeta, que resuelve el problema de la dispersión desigual

El equipo adopta un sistema de movimiento dual-de "revolución del marco planetario + rotación del disco de dispersión", combinado con un diseño de raspador giratorio, para lograr una mezcla sin-esquinas de 360 ​​grados y una convección turbulenta de los materiales, eliminando por completo la mezcla de zonas muertas y residuos de materiales. El diseño de raspado del fondo de la paleta mezcladora, combinado con la gran redondez (menos de 0,2 mm) del interior del barril y el espacio razonable entre el material de la paleta-, garantiza que los materiales en la pared y el fondo del barril se puedan mezclar completamente. Al mismo tiempo, la velocidad de la línea del disco de dispersión puede alcanzar los 25 m/s, superando con creces los estándares convencionales de la industria, lo que puede generar una fuerza de corte de alta-intensidad, romper eficazmente la aglomeración de polvo y controlar el tamaño de las partículas de la pasta a un nivel extremadamente bajo. Los datos de medición reales muestran que, en comparación con los equipos tradicionales, la uniformidad de los materiales procesados ​​ha mejorado en un 40%, la consistencia del lote alcanza el 99,3%, cumpliendo perfectamente con los estrictos requisitos del proceso seco para la uniformidad de la mezcla de polvo y mejorando significativamente la eficiencia de humectación del polvo, adecuado para las necesidades de dispersión de diversos materiales catódicos como el fosfato ternario y de litio y hierro.

La tecnología de vacío supercrítico elimina el riesgo de burbujas residuales

Yushun Intelligent ha desarrollado de forma innovadora un sistema de control de gradiente de vacío de múltiples-etapas, que puede alcanzar un nivel de vacío ultra-alto de -98 kPa, superando con creces el nivel de vacío de los equipos convencionales de la industria. Al mismo tiempo, adopta dos juegos de sellos mecánicos y un diseño de sello compuesto blando-duro, así como una estructura completamente sellada para la caja de transmisión planetaria, lo que garantiza que la presión de vacío permanezca por encima de -0,092 durante 24 horas sin fugas de aceite o gas. Este eficiente sistema de vacío puede eliminar rápidamente pequeñas burbujas de la lechada, aumentando la eficiencia antiespumante en un 60% y reduciendo el contenido de burbujas residuales a menos del 0,01%. Esto elimina defectos como agujeros de electrodos y escasez de material desde su raíz, garantizando el rendimiento seguro de la batería. Además, el ambiente de vacío puede prevenir eficazmente la evaporación del solvente y la oxidación de la lechada, mejorando aún más la estabilidad de la lechada y cumpliendo con los estrictos requisitos de vacío del proceso húmedo sin curado "método de un solo paso".