Mélangeur planétaire double intelligent Yushun : innovation dans la technologie de préparation du lisier cathodique de batterie au lithium

Aujourd'hui, alors que l'industrie de l'énergie par batterie accélère sa progression vers l'ère du TWh, la densité énergétique, la durée de vie et les performances de sécurité des batteries au lithium sont déjà devenues les indicateurs clés de la compétitivité de base d'une entreprise. Et tous ces aspects de performance sont enracinés dans la qualité de la préparation de la suspension d'électrode positive de batterie au lithium - en tant que « première ligne de défense » dans la production de feuilles d'électrode positive de batterie au lithium, l'uniformité, la stabilité et la dispersion de la suspension d'électrode positive déterminent directement l'efficacité des processus ultérieurs de revêtement, de laminage et autres, et influencent même les performances globales du produit final de la batterie. Face à de telles demandes de l'industrie, le mélangeur planétaire double intelligent Yushun, s'appuyant sur son accumulation technique et ses percées innovantes dans le domaine des équipements de batteries au lithium, résout avec précision les problèmes fondamentaux de la préparation des boues d'électrodes positives et devient un équipement clé qui aide les entreprises à réduire les coûts, à augmenter l'efficacité et à améliorer la compétitivité des produits.

La pâte cathodique pour batteries au lithium n’est pas simplement un simple mélange de matériaux, mais plutôt un système colloïdal complexe composé de multiples composants dans des proportions précises. Il peut être considéré comme la « solution nutritive » des batteries au lithium et sert de lien central reliant les matières premières de la cathode et les cellules de batterie finies. Ses principaux composants comprennent quatre ingrédients clés : des matériaux actifs de cathode (tels que le NCM523, le NCM811, le phosphate de fer et de lithium, etc.), des agents conducteurs (tels que le noir de carbone conducteur, les nanotubes de carbone, etc.), des liants (tels que le polyacrylonitrile, le PVDF, etc.) et des solvants organiques (tels que le N,N-diméthylacétamide, N-méthylpyrrolidone, etc.). Certaines formulations peuvent également ajouter une petite quantité de charges inorganiques et d'agents de broyage pour optimiser les performances.

Ces quatre composants ont chacun leurs propres fonctions et sont indispensables : les matériaux actifs sont au cœur du stockage et de la libération de l'énergie, déterminant directement la densité énergétique et la plate-forme de tension de la batterie ; Les agents conducteurs sont chargés de construire un réseau de transmission d'électrons efficace, de réduire la résistance ohmique de l'électrode et d'éviter un mauvais contact entre les particules de matériau actif ; Le liant agit comme une « colle », fixant fermement les matériaux actifs et les agents conducteurs sur le collecteur de courant en feuille d'aluminium, maintenant l'intégrité de la structure de l'électrode et assurant une adhérence ferme entre le revêtement et le collecteur de courant ; Les solvants organiques servent de milieu de dispersion, dissolvant les liants et mouillant la surface des particules solides, garantissant ainsi le mélange uniforme de tous les composants.

Idéalement, la suspension cathodique devrait obtenir les effets « pas d'agglomération, pas de bulles, une grande uniformité et une grande stabilité », permettant à l'agent conducteur de recouvrir uniformément la surface du matériau actif et au liant de former des connexions efficaces entre les particules sans bloquer les pores. Cette distribution uniforme au niveau microscopique-est la condition préalable pour que les batteries au lithium atteignent une durée de vie élevée, des performances élevées et une sécurité élevée, et c'est également l'objectif principal du processus de préparation du lisier. Selon les statistiques de l'industrie, environ 15 % des pannes de performance des batteries au lithium sont attribuées à des défauts du processus de mélange des boues, ce qui démontre clairement l'importance de la préparation des boues cathodiques.

À l'heure actuelle, le processus d'homogénéisation des pâtes cathodiques pour batteries au lithium comprend principalement quatre voies : méthode humide, méthode semi-sèche, méthode sèche et méthode humide sans liant (méthode en une-étape). Bien que chacune de ces voies ait son propre objectif, elles sont toutes confrontées à une série de défis communs et individuels, qui sont devenus les principaux goulots d'étranglement limitant l'efficacité de la production et la qualité des produits des entreprises. Ceux-ci peuvent être résumés en quatre problèmes fondamentaux :

Le problème de la dispersion inégale et de l’agglomération est prédominant

Les matériaux actifs et les agents conducteurs contenus dans la suspension cathodique sont pour la plupart des poudres de taille nano-, qui ont une grande surface spécifique et une énergie de surface élevée. Ils sont sujets à l'agglomération. L'équipement traditionnel dispose d'une seule méthode d'agitation, qui est difficile à former une force de cisaillement complète et de haute intensité -, ce qui fait que les particules de poudre ne sont pas complètement dispersées, formant des particules « agglomérées dures » - ces particules agglomérées bloqueront les canaux de transmission des électrons, réduisant la densité d'énergie de la batterie, et peuvent également provoquer la fissuration du séparateur et une diminution de sa capacité. Surtout dans le procédé par voie sèche, l'uniformité du mélange de poudre est extrêmement élevée (la valeur d'écart doit être<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).

Rétention de bulles et stabilité insuffisante

Que ce soit dans le processus humide de préparation d'une solution de gel de PVDF ou dans la méthode de production « en une -étape » sans préparation de gel, l'air a tendance à être entraîné pendant le processus d'agitation, entraînant la formation de bulles. La capacité de contrôle du vide des équipements traditionnels est limitée et ils sont incapables d’éliminer efficacement les minuscules bulles présentes dans le lisier. Ces bulles provoqueront des trous d'épingle et des défauts de manque de matériau pendant le processus de revêtement de l'électrode, affectant non seulement la qualité de l'apparence de l'électrode, mais pouvant également provoquer des courts-circuits internes dans la batterie, menaçant sérieusement la sécurité d'utilisation. Dans le même temps, les équipements traditionnels ont des difficultés à contrôler avec précision la température et la viscosité de la boue, ce qui entraîne une stratification et une précipitation de la boue pendant le stockage et l'utilisation, une mauvaise cohérence des lots et affecte la stabilité de la production ultérieure - dans le procédé humide, les équipements traditionnels sont souvent confrontés à des problèmes tels que la rétention de bulles dans la solution de gel, une pénétration insuffisante du matériau et une mauvaise stabilité des lots ; dans le processus de préparation de gel humide sans -, l'équipement doit atteindre simultanément une dispersion à haute vitesse - (1 350 tr/min) et un contrôle précis du vide (-80 kPa), mais l'équipement traditionnel est incapable d'équilibrer l'efficacité de la dispersion et la stabilité de la boue.

Mauvaise compatibilité des processus et consommation d’énergie élevée

Différents matériaux cathodiques (tels que les matériaux ternaires et le phosphate de fer et de lithium) et différents itinéraires de processus d'homogénéisation ont des exigences très différentes pour des paramètres tels que la vitesse de rotation, le couple, le contrôle de la température et la structure des pales de l'équipement de mélange. Par exemple, dans le système LFP, en raison de sa densité plus élevée (2,6 g/cm³ contre NCM 2,0 g/cm³), une vitesse de rotation plus élevée est nécessaire pour vaincre la résistance à la sédimentation des particules, tandis que dans le système NCM, une vitesse de rotation trop élevée entraînera la rupture des chaînes moléculaires du PVDF ; dans le processus semi--sec, la double étape de "mélange-dispersion"-exige que l'équipement ait un couple de sortie élevé et des capacités de contrôle intelligentes de la température. Les équipements conventionnels sont sujets à des problèmes tels que le bourrage de matériaux dans l'arbre, une consommation d'énergie élevée et une dispersion incomplète lors de leur utilisation. Les équipements traditionnels sont pour la plupart constitués d'une structure fixe, incapable de s'adapter de manière flexible aux différentes exigences du processus. Lors du changement de processus, il est nécessaire de remplacer l'équipement ou de procéder à des ajustements importants des paramètres, ce qui est fastidieux et entraîne une faible utilisation de l'équipement et une consommation d'énergie élevée, augmentant ainsi le coût de production de l'entreprise.

Faible efficacité de production et mauvaise cohérence des lots

Le cycle d’agitation des équipements d’homogénéisation traditionnels est long. Par exemple, le cycle de production conventionnel du procédé humide nécessite plus de 12 heures. Parmi eux, la préparation du gel PVDF nécessite 4-6 heures d'agitation + 12 heures de repos, l'infiltration du matériau principal nécessite 5 heures et la dispersion à grande vitesse nécessite une vitesse continue de 1 300 tr/min pendant 5 heures. Cela limite considérablement l’efficacité de la production. Dans le même temps, l'équipement manque de capacités de contrôle intelligentes et ne peut pas surveiller et ajuster les paramètres d'agitation en temps réel, ce qui entraîne de grandes fluctuations de la viscosité, du degré de dispersion et d'autres indicateurs de la boue provenant de différents lots (dépassant les exigences de la norme nationale de ± 5 %), affectant la cohérence des produits de batterie et augmentant la charge de travail et le coût du tri et des tests ultérieurs.

En réponse aux quatre principaux problèmes du processus d'homogénéisation, l'équipe R&D de Yushun Intelligent Equipment a passé trois ans à mener des recherches et développements techniques. En intégrant la mécanique des fluides, la science des matériaux et la technologie de contrôle intelligent, ils ont créé une nouvelle génération de système de mélange intelligent à double planète-. Avec cinq avantages fondamentaux, il résout précisément les problèmes de préparation des pâtes cathodiques et devient l'équipement préféré des entreprises de batteries au lithium - choisir le mélangeur planétaire double intelligent de Yushun signifie essentiellement choisir une solution de production efficace, stable et économe en énergie-, et également choisir d'améliorer la compétitivité des produits.

Mélange de composés à deux-planètes, résolvant le problème de dispersion inégale

L'équipement adopte un système à double mouvement : "révolution du cadre planétaire + rotation du disque de dispersion", combiné à une conception de grattoir rotatif, pour obtenir un mélange sans-coin à 360 degrés et une convection turbulente des matériaux, disant complètement adieu au mélange des zones mortes et des résidus de matériaux. La conception de raclage du fond de la palette de mélange, combinée à la grande rondeur (moins de 0,2 mm) de l'intérieur du fût et à l'espace raisonnable entre les matériaux de la palette -, garantit que les matériaux sur la paroi et le fond du fût peuvent être entièrement mélangés. Dans le même temps, la vitesse de ligne du disque de dispersion peut atteindre 25 m/s, dépassant de loin les normes conventionnelles de l'industrie, ce qui peut générer une force de cisaillement de haute -intensité, briser efficacement l'agglomération de poudre et contrôler la taille des particules de la pâte à un niveau extrêmement faible. Les données de mesure réelles montrent que par rapport aux équipements traditionnels, l'uniformité des matériaux traités s'est améliorée de 40 %, la cohérence du lot atteint 99,3 %, répondant parfaitement aux exigences strictes du processus sec pour l'uniformité du mélange de poudre et améliorant considérablement l'efficacité de mouillage de la poudre, adaptée aux besoins de dispersion de divers matériaux cathodiques tels que le phosphate de fer ternaire et de lithium.

La technologie du vide surcritique élimine le risque de bulles résiduelles

Yushun Intelligent a développé de manière innovante un système de contrôle du gradient de vide à plusieurs -étages, qui peut atteindre un niveau de vide ultra-élevé de -98 kPa, dépassant de loin le niveau de vide des équipements conventionnels de l'industrie. Dans le même temps, il adopte deux jeux de joints mécaniques et une conception de joint composite souple-dur, ainsi qu'une structure entièrement scellée pour la boîte de transmission planétaire, garantissant que la pression de vide reste supérieure à -0,092 pendant 24 heures sans aucune fuite d'huile ou de gaz. Ce système de vide efficace peut éliminer rapidement les minuscules bulles du lisier, augmentant l'efficacité antimousse de 60 %, réduisant la teneur en bulles résiduelles à moins de 0,01 %. Cela élimine les défauts tels que les trous d'électrodes et les manques de matériaux à leur racine, garantissant ainsi les performances de sécurité de la batterie. De plus, l'environnement sous vide peut empêcher efficacement l'évaporation du solvant et l'oxydation de la boue, améliorant encore la stabilité de la boue et répondant aux exigences strictes de vide du processus humide sans durcissement « méthode en une étape ».