Аккумуляторное оборудование для переработки и смешивания порошков: практическое руководство по выбору

Когда опытный образец батареи поступает в производство, первая партия обычно выходит из строя не из-за химии, а из-за смешивания. Жидкость, которая выглядела гладкой в ​​20-литровом лабораторном контейнере, выходит из резервуара емкостью 1000 литров с агломератами, захваченным воздухом и вязкостью, которая меняется от партии к партии. Основной причиной почти всегда является несоответствие оборудования: порошок обрабатывается на оборудовании, не рассчитанном на его размер частиц, вязкость или чувствительность к сдвигу. В этой статье объясняется, как в промышленной практике выбирается аккумуляторное оборудование для обработки и смешивания порошков, что происходит на каждом этапе процесса и какие характеристики имеют наибольшее значение, прежде чем вы вложите капитал в производственную линию.

Что включает в себя обработка и смешивание порошка аккумуляторной батареи

Производство аккумуляторов разделено на две принципиально разные операции: переработку сухого порошка и смешивание влажной суспензии. Сухая обработка включает получение, хранение, транспортировку и смешивание активного материала (NCM, LFP, графита, кремний-углеродных композитов), проводящего углерода и связующих порошков. Мокрое смешивание начинается при добавлении растворителя (NMP или воды) и продолжается посредством смачивания, диспергирования, замешивания и деаэрации до тех пор, пока суспензия не будет готова к нанесению покрытия.

Вывод, который справедлив для каждой успешной линии, прост: сухое смешивание определяет начальное распределение компонентов, а мокрое смешивание определяет конечное качество диспергирования. Ни один из этапов не может полностью компенсировать плохую работу на другом.

• Сухое смешивание: гомогенизируйте компоненты порошка перед добавлением растворителя; Общей целью является среднее стандартное отклонение ниже 5% для распределения проводящего углерода и связующего.
• Смачивание: введите растворитель так, чтобы жидкость заменила воздух на поверхности частиц; Качество смачивания определяет, насколько быстро разрушатся агломераты.
• Дисперсия: примените сдвиг, чтобы уменьшить агломераты до первичных частиц; окончательную крупность обычно проверяют калибром Хегмана.
• Деаэрация: удаление пузырьков под вакуумом; Захваченный воздух приводит к появлению микропор и пористости после нанесения покрытия.
• Окончательная корректировка: добавьте растворитель или раствор связующего для достижения вязкости покрытия и содержания твердых веществ.

Эти операции редко выполняются на одной машине, если только оборудование не спроектировано специально как комбинированная технологическая установка.

Подбор оборудования для каждого этапа процесса

Прежде чем выбирать машину, определите обязанности. Вязкость, требования к сдвигу, уровень вакуума и размер партии указывают на отдельный класс оборудования для обработки и смешивания аккумуляторных порошков.

Смешивание сухих порошков: ленточные и конические смесители.

Для предварительного смешивания активного материала с проводящим углеродом и сухим связующим практическим стандартом является ленточный блендер или конический смеситель, поскольку он подвергает большую поверхность порошка легкому перемешиванию без разрушения формы частиц. Вакуумный ленточный смеситель V-образного типа создает вакуум, который ограничивает поглощение влаги гигроскопичными порошками. Производственная практика показывает, что обычно достаточно 15–30 минут смешивания, чтобы достичь RSD ниже 5% для хорошо дозированных добавок. При покупке важны конструкция разгрузки, степень наполнения и то, насколько легко можно очистить машину между партиями.

TOPH2031 Вакуумный ленточный смеситель V-типа серии Этот смеситель сочетает в себе вакуумное смешивание V-образного типа с ленточной конструкцией, обеспечивая плавное перемешивание порошка, низкий уровень поглощения влаги и эффективную выгрузку, что делает его надежным решением для предварительного смешивания гигроскопичных аккумуляторных материалов. Посмотреть продукт →

Перемешивание высоковязких суспензий: вакуумные двойные планетарные смесители.

Катодные суспензии в NMP обычно достигают 5000–50 000 мПа·с, а составы с высокой нагрузкой превышают 100 000 мПа·с. При такой консистенции обычная мешалка с верхним входом создает движущийся канал вокруг вала, в то время как мертвые зоны остаются у стенки. Двойной планетарный смеситель вращает две мешалки вокруг резервуара, при этом они также вращаются вокруг своих осей, непрерывно переориентируя поток и проталкивая каждую порцию суспензии через лопасти. В сочетании с вакуумной крышкой и скребком для стенок эту конфигурацию используют большинство производственных линий для окончательного диспергирования суспензий NCM и LFP.

TOPH2014 Серия LGXJ Промышленный двойной планетарный миксер Этот промышленный двойной планетарный смеситель, предназначенный для суспензий с высокой вязкостью до 3 000 000 сП, оснащен двойными мешалками и высокоскоростным диспергирующим валом, что делает его идеальным выбором для окончательного диспергирования аккумуляторных суспензий NCM и LFP. Посмотреть продукт →

Контроль дисперсности и крупности: высокоскоростные диспергаторы

Не каждая суспензия нуждается в планетарном замесе. Анодные суспензии на водной основе при давлении от 2000 до 5000 мПа·с часто успешно диспергируются с помощью высокоскоростного диспергатора, в котором зубчатая лопасть создает высокий сдвиг на краю. Диспергатор также полезен в качестве этапа предварительного смешивания перед планетарным циклом, быстро смачивая порошок. Практическое правило: если материал чувствителен к сдвигу и заданная крупность достигается за считанные минуты, используйте диспергатор; если материал более вязкий и требует более длительного пребывания в вакууме, используйте планетарную машину.

Кривые дисперсии сравнивают вакуумный двойной планетарный смеситель с обычной одновальной мешалкой для того же состава NCM; значения представляют собой типичный размер агломерата D50 во время смешивания.

Высокоскоростной диспергатор серии TOPH51 FL Этот высокоскоростной диспергатор обрабатывает жидкие и твердо-жидкие материалы с минимальным поглощением воздуха, обеспечивая быстрое растворение и диспергирование мелких частиц в покрытиях, красителях, пигментах и клеях, дополняя планетарные смесители для приготовления премиксов с низкой вязкостью. Посмотреть продукт →

Типичные окна вязкости с первого взгляда

В приведенной ниже таблице типичные семейства аккумуляторных суспензий представлены в логарифмическом масштабе, поскольку вязкость варьируется в несколько порядков.

Значения вязкости являются типичными производственными диапазонами для аккумуляторных суспензионных систем, измеренными в эталонных условиях с низким сдвигом.

Технические характеристики, которые решают покупку

На практике бюджет редко является решающим фактором; спецификации, которые во время переговоров кажутся незначительными, становятся серьезными сбоями во время ввода в эксплуатацию. Четыре контрольных пункта заслуживают внимания в каждом запросе предложений.

Для линий, которые масштабируются от пилотных до производственных, согласование поля потока так же важно, как и соответствие объема резервуара. Многие поставщики используют анализ вычислительной гидродинамики (CFD) прогнозировать профили скорости, мертвые зоны и распределение сдвига перед изготовлением; тот же инструмент поддерживает масштабирование, когда производственное судно в несколько раз больше пилотного.

При оценке поставщиков для нового завода по производству аккумуляторных материалов попросите рекомендации от предприятий, использующих аналогичные рецептуры. Полезной отправной точкой является изучение того, как работает смесительное оборудование в документированных документах. Линии проектов в области производства литиевых батарей , потому что рецепты суспензий существенно различаются у разных производителей аккумуляторов.

Анатомия вакуумного планетарного миксера

На схеме ниже показан типичный вакуумный двойной планетарный смеситель для высоковязких аккумуляторных суспензий. Сравнение компоновки компонентов облегчает чтение предложений, поскольку поставщики различаются в основном расположением привода, конструкцией скребков и качеством вакуумного уплотнения.

1. Вакуумная крышка
2. Порт для вакуума и загрузки порошка
3. Двойные планетарные приводные валы
4. Весла рамного типа
5. Скребок для стен
6. Корпус сосуда с рубашкой
7. Нижний выпускной клапан

Два вала вращаются как вокруг центра сосуда, так и вокруг своих осей. Это двойное движение позволяет суспензии со скоростью 100 000 мПа·с двигаться, а не вращаться как единая масса.

Практический контрольный список выбора

Используйте этот список при проверке оборудования для переработки и смешивания аккумуляторных порошков; это экономит время как покупателя, так и поставщика.

• Определите исходный порошок: насыпную плотность, размер частиц D50, чувствительность к влаге и угол естественного откоса.
• Определите конечную точку суспензии: целевую вязкость, содержание твердых веществ, крупность и предел температуры.
• Подтвердите режим работы при пике вязкости во время смачивания, а не при средней вязкости конечного раствора.
• Проверьте возможность создания вакуума и наличие в конструкции уплотнения паров растворителя.
• Обеспечьте доступ для очистки для быстрой смены продукта, особенно при переключении химического состава катода.
• Запросите данные о масштабировании от пилотной машины, если объем производства является новым для вашего завода.

Часто задаваемые вопросы

Краткие ответы на вопросы, которые чаще всего возникают в проектах по производству аккумуляторных суспензий.