Yushun Akıllı Çift Planet Mikser: Lityum Pil Katot Bulamacının Hazırlama Teknolojisinde Yenilik

Bugün, pil gücü endüstrisi TWh çağına doğru ilerlemesini hızlandırırken, lityum pillerin enerji yoğunluğu, çevrim ömrü ve güvenlik performansı halihazırda bir şirketin temel rekabet gücünün temel göstergeleri haline geldi. Ve tüm bu performans hususları, lityum pil pozitif elektrot levhalarının üretiminde "ilk savunma hattı" olarak lityum pil pozitif elektrot bulamacı hazırlamanın - kalitesinden kaynaklanmaktadır; pozitif elektrot bulamacının tekdüzeliği, stabilitesi ve dağılımı doğrudan sonraki kaplama, yuvarlama ve diğer işlemlerin etkinliğini belirler ve hatta nihai pil ürününün genel performansını etkiler. Bu tür endüstri talepleri altında, Yushun Akıllı Çift Planet Mikser Makinesi, lityum pil ekipmanı alanındaki teknik birikimine ve yenilikçi atılımlarına dayanarak, pozitif elektrot bulamacı hazırlamanın temel sorunlarını kesin olarak çözer ve işletmelerin maliyetleri düşürmesine, verimliliği artırmasına ve ürün rekabet gücünü artırmasına yardımcı olan önemli bir ekipman haline gelir.

Lityum pil katot macunu yalnızca malzemelerin basit bir karışımı değil, aynı zamanda hassas oranlarda birden fazla bileşenden oluşan karmaşık bir koloidal sistemdir. Lityum pillerin "besin çözeltisi" olarak kabul edilebilir ve katodun ham maddeleri ile bitmiş pil hücrelerini birbirine bağlayan çekirdek bağlantı görevi görür. Ana bileşenleri dört temel bileşeni içerir: katot aktif malzemeleri (NCM523, NCM811, lityum demir fosfat vb. gibi), iletken maddeler (iletken karbon siyahı, karbon nanotüpler vb. gibi), bağlayıcılar (poliakrilonitril, PVDF vb. gibi) ve organik çözücüler (N,N-dimetilasetamid, N-metilpirolidon vb. gibi). Bazı formülasyonlar, performansı optimize etmek için az miktarda inorganik dolgu maddeleri ve öğütme maddeleri de ekleyebilir.

Bu dört bileşenin her birinin kendi işlevleri vardır ve vazgeçilmezdir: Aktif malzemeler, enerji depolama ve salınımının çekirdeğini oluşturur ve pilin enerji yoğunluğunu ve voltaj platformunu doğrudan belirler; İletken maddeler, verimli bir elektron iletim ağı oluşturmaktan, elektrotun omik direncini azaltmaktan ve aktif malzeme parçacıkları arasındaki zayıf teması önlemekten sorumludur; Bağlayıcı, aktif malzemeleri ve iletken maddeleri alüminyum folyo akım toplayıcıya sıkıca sabitleyerek, elektrot yapısının bütünlüğünü koruyarak ve kaplama ile akım toplayıcı arasında sıkı bir yapışma sağlayarak "yapıştırıcı" görevi görür; Organik çözücüler, bağlayıcıları çözerek ve katı parçacıkların yüzeyini ıslatarak, tüm bileşenlerin eşit şekilde karışmasını garanti ederek dağılım ortamı görevi görür.

İdeal olarak, katot bulamacı "topaklanma yok, kabarcık yok, yüksek tekdüzelik ve yüksek stabilite" etkilerini elde etmeli, iletken maddenin aktif malzemenin yüzeyini eşit bir şekilde kaplamasına ve bağlayıcının gözenekleri tıkamadan parçacıklar arasında etkili bağlantılar oluşturmasına olanak sağlamalıdır. Bu mikroskobik-seviyedeki tekdüze dağılım, lityum pillerin yüksek çevrim ömrü, yüksek oranlı performans ve yüksek güvenlik elde etmesinin ön koşuludur ve aynı zamanda bulamaç hazırlama sürecinin temel takip hedefidir. Endüstri istatistiklerine göre, lityum pil performansındaki başarısızlıkların yaklaşık %15'i, bulamaç karıştırma işlemi kusurlarına atfedilmektedir; bu, katot bulamacının hazırlanmasının önemini açıkça ortaya koymaktadır.

Şu anda, lityum pil katot macunları için bulamaç homojenleştirme işlemi temel olarak dört yoldan oluşur: ıslak yöntem, yarı-kuru yöntem, kuru yöntem ve bağlayıcısız ıslak yöntem (tek-adım yöntemi). Bu yolların her birinin kendi odak noktası olmasına rağmen hepsi, işletmelerin üretim verimliliğini ve ürün kalitesini kısıtlayan temel darboğazlar haline gelen bir dizi ortak ve bireysel zorlukla karşı karşıyadır. Bunlar dört temel sorun halinde özetlenebilir:

Düzensiz dağılım ve topaklanma sorunu ön plana çıkıyor

Katot bulamacındaki aktif malzemeler ve iletken maddeler çoğunlukla geniş bir spesifik yüzey alanına ve yüksek yüzey enerjisine sahip olan nano-boyutlu tozlardır. Aglomerasyona eğilimlidirler. Geleneksel ekipmanın tek bir karıştırma yöntemi vardır; bu, kapsamlı ve yüksek-yoğunlukta bir kesme kuvveti oluşturmak zordur, bu da toz parçacıklarının tam olarak dağılmamasına, "sert toplanmış" parçacıklar oluşturmasına neden olur - bu toplanmış parçacıklar elektron iletim kanallarını tıkar, pilin enerji yoğunluğunu azaltır ve ayrıca ayırıcının çatlamasına ve kapasitesinin düşmesine neden olabilir. Özellikle kuru yöntem prosesinde, toz karışımının homojenliği son derece yüksektir (sapma değerinin ayarlanması gerekir)<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).

Kabarcık tutma ve yetersiz stabilite

PVDF jel çözeltisinin hazırlanmasına yönelik ıslak işlemde veya jel hazırlığı yapılmayan "tek-adımlı" üretim yönteminde olsun, karıştırma işlemi sırasında havanın sürüklenme eğilimi vardır ve bu da kabarcıkların oluşmasına neden olur. Geleneksel ekipmanın vakum kontrol kapasitesi sınırlıdır ve bulamaçtaki küçük kabarcıkları etkili bir şekilde giderememektedir. Bu kabarcıklar, elektrot kaplama işlemi sırasında iğne deliklerine ve malzeme eksikliği kusurlarına neden olacak, yalnızca elektrotun görünüm kalitesini etkilemekle kalmayacak, aynı zamanda potansiyel olarak pilde dahili kısa devrelere neden olarak kullanım güvenliğini ciddi şekilde tehdit edecektir. Aynı zamanda, geleneksel ekipmanlar bulamaç sıcaklığını ve viskozitesini hassas bir şekilde kontrol etmekte zorluk çeker, bu da depolama ve kullanım sırasında bulamacın katmanlaşmasına ve çökelmesine, zayıf parti tutarlılığına ve ıslak süreçte sonraki üretimin ({4}} stabilitesini etkilemesine yol açar; geleneksel ekipman sıklıkla jel çözeltisinde kabarcık tutulması, yetersiz malzeme penetrasyonu ve zayıf parti stabilitesi gibi sorunlarla karşı karşıyadır; ıslak olmayan-jel hazırlama sürecinde, ekipmanın eş zamanlı olarak yüksek hızlı dağılım (1350 dev/dak) ve hassas vakum kontrolü (-80 kPa) elde etmesi gerekir, ancak geleneksel ekipmanlar dağılım verimliliğini ve bulamaç stabilitesini dengeleyemez.

Zayıf proses uyumluluğu ve yüksek enerji tüketimi

Farklı katot malzemeleri (üçlü malzemeler ve lityum demir fosfat gibi) ve farklı homojenleştirme işlemi rotaları, karıştırma ekipmanının dönme hızı, torku, sıcaklık kontrolü ve bıçak yapısı gibi parametreler için önemli ölçüde farklı gereksinimlere sahiptir. Örneğin, LFP sisteminde, daha yüksek yoğunluğu nedeniyle (2,6g/cm³ - NCM 2,0g/cm³), parçacık sedimantasyon direncinin üstesinden gelmek için daha yüksek bir dönüş hızına ihtiyaç duyulurken, NCM sisteminde aşırı yüksek bir dönüş hızı, PVDF moleküler zincirlerinin kırılmasına neden olur; yarı-kuru süreçte, "karıştırma-dağılım" ikili-aşaması, ekipmanın güçlü tork çıkışına ve akıllı sıcaklık kontrol özelliklerine sahip olmasını gerektirir. Konvansiyonel ekipmanlar kullanıldığında şaft içerisinde malzeme sıkışması, yüksek enerji tüketimi, tam dağılmaması gibi sorunlar yaşanabilmektedir. Geleneksel ekipmanlar çoğunlukla sabit bir yapıya sahiptir ve farklı proses gereksinimlerine esnek bir şekilde uyum sağlayamamaktadır. Proses değiştirilirken ekipmanın değiştirilmesi veya parametrelerde önemli ayarlamalar yapılması gerekir; bu da zahmetlidir ve düşük ekipman kullanımına ve yüksek enerji tüketimine neden olarak işletmenin üretim maliyetini artırır.

Düşük üretim verimliliği ve zayıf parti tutarlılığı

Geleneksel homojenizasyon ekipmanının karıştırma döngüsü uzundur. Örneğin, ıslak prosesin geleneksel üretim döngüsü 12 saatten fazla zaman gerektirir. Bunlar arasında, PVDF jelinin hazırlanması 4-6 saat karıştırma + 12 saat beklemeyi gerektirir, ana malzeme infiltrasyonu 5 saat gerektirir ve yüksek hızlı dağılım, 5 saat boyunca 1300 dev/dak'lık sürekli bir hız gerektirir. Bu durum üretim verimliliğini ciddi şekilde kısıtlıyor. Aynı zamanda, ekipman akıllı kontrol yeteneklerinden yoksundur ve karıştırma parametrelerini gerçek zamanlı olarak izleyemiyor ve ayarlayamıyor; bu da viskozitede, dağılım derecesinde ve farklı partilerden bulamacın diğer göstergelerinde büyük dalgalanmalara neden oluyor (ulusal standart ±%5 gerekliliğini aşıyor), pilli ürünlerin tutarlılığını etkiliyor ve daha sonraki ayırma ve testlerin iş yükünü ve maliyetini artırıyor.

Homojenleştirme sürecinin dört temel sorununa yanıt olarak Yushun Intelligent Equipment'ın Ar-Ge ekibi, teknik araştırma ve geliştirmeyi yürütmek için üç yıl harcadı. Akışkanlar mekaniğini, malzeme bilimini ve akıllı kontrol teknolojisini entegre ederek yeni nesil akıllı ikili-gezegenli karıştırma sistemi yarattılar. Beş temel avantajıyla, katot macunlarının hazırlanmasındaki sorunları tam olarak çözer ve lityum pil işletmeleri için tercih edilen ekipman haline gelir - Yushun akıllı çift gezegenli mikseri seçmek esasen verimli, istikrarlı ve enerji-tasarrufu sağlayan bir üretim çözümü seçmek ve aynı zamanda ürün rekabet gücünü artırmayı seçmek anlamına gelir.

Düzensiz dağılım sorununu çözen çift-gezegenli bileşik karışımı

Ekipman, 360 derecelik köşe karıştırması ve malzemelerin türbülanslı konveksiyonunu elde etmek için döner kazıyıcı tasarımıyla birleştirilmiş "gezegen çerçeve devrimi + dağılım diski dönüşü" şeklindeki çift-hareket sistemini benimser ve ölü bölgelere ve malzeme kalıntılarının karıştırılmasına tamamen elveda der. Karıştırma küreğinin alttan kazıma tasarımı, varil iç kısmının yüksek yuvarlaklığı (0,2 mm'den az) ve makul kürek-malzeme boşluğu ile birleştiğinde, varil duvarı ve tabanındaki malzemelerin tamamen karıştırılabilmesini sağlar. Aynı zamanda, dispersiyon diskinin hat hızı, endüstrinin geleneksel standartlarını çok aşan 25 m/s'ye ulaşabilir; bu, yüksek-yoğunlukta kesme kuvveti üretebilir, toz topaklanmasını etkili bir şekilde kırabilir ve macunun parçacık boyutunu son derece düşük bir seviyede kontrol edebilir. Gerçek ölçüm verileri, geleneksel ekipmanlarla karşılaştırıldığında, işlenmiş malzemelerin tekdüzeliğinin %40 oranında arttığını, parti tutarlılığının %99,3'e ulaştığını, toz karıştırmanın tekdüzeliği için kuru işlemin katı gereksinimlerini mükemmel şekilde karşıladığını ve üçlü ve lityum demir fosfat gibi çeşitli katot malzemelerinin dağılım ihtiyaçlarına uygun toz ıslatma verimliliğini önemli ölçüde arttırdığını göstermektedir.

Kritik üstü vakum teknolojisi, kalan kabarcık riskini ortadan kaldırır

Yushun Intelligent, sektördeki geleneksel ekipmanların vakum seviyesini çok aşan, -98 kPa'lık ultra-yüksek vakum seviyesine ulaşabilen çok-aşamalı bir vakum gradyan kontrol sistemini yenilikçi bir şekilde geliştirdi. Aynı zamanda, iki set mekanik salmastra ve yumuşak-sert kompozit salmastra tasarımının yanı sıra planeter şanzıman kutusu için tamamen sızdırmaz bir yapıya sahip olup, herhangi bir yağ sızıntısı veya gaz sızıntısı olmadan vakum basıncının 24 saat boyunca -0,092'nin üzerinde kalmasını sağlar. Bu verimli vakum sistemi, küçük kabarcıkları bulamaçtan hızlı bir şekilde uzaklaştırabilir, köpük giderme verimliliğini %60 oranında artırabilir ve kalan kabarcık içeriğini %0,01'in altına düşürebilir. Bu, elektrot delikleri ve kökündeki malzeme eksikliği gibi kusurları ortadan kaldırarak akünün güvenlik performansını sağlar. Ayrıca, vakum ortamı solventin buharlaşmasını ve çamurun oksidasyonunu etkili bir şekilde önleyebilir, bulamacın stabilitesini daha da artırabilir ve ıslak sertleşmeyen proses "tek adımlı yöntem"in katı vakum gereksinimlerini karşılayabilir.