Máy trộn hành tinh đôi thông minh Yushun: Đổi mới công nghệ chuẩn bị bùn cực âm pin lithium

Ngày nay, khi ngành công nghiệp pin đang đẩy nhanh tiến trình hướng tới kỷ nguyên TWh, mật độ năng lượng, vòng đời và hiệu suất an toàn của pin lithium đã trở thành chỉ số chính cho khả năng cạnh tranh cốt lõi của công ty. Và tất cả các khía cạnh hiệu suất này đều bắt nguồn từ chất lượng của quá trình chuẩn bị bùn điện cực dương pin lithium - là "tuyến phòng thủ đầu tiên" trong quá trình sản xuất các tấm điện cực dương của pin lithium, tính đồng nhất, độ ổn định và độ phân tán của bùn điện cực dương xác định trực tiếp hiệu quả của quá trình phủ, lăn và các quy trình khác tiếp theo, thậm chí ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của sản phẩm pin cuối cùng. Theo nhu cầu như vậy của ngành, Máy trộn hành tinh đôi thông minh Yushun, dựa vào sự tích lũy kỹ thuật và những đột phá đổi mới trong lĩnh vực thiết bị pin lithium, giải quyết chính xác các vấn đề cốt lõi của việc chuẩn bị bùn điện cực dương và trở thành thiết bị quan trọng giúp doanh nghiệp giảm chi phí, tăng hiệu quả và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm.

Miếng dán cực âm của pin lithium không chỉ đơn thuần là một hỗn hợp vật liệu đơn giản mà là một hệ keo phức tạp bao gồm nhiều thành phần theo tỷ lệ chính xác. Nó có thể được coi là "dung dịch dinh dưỡng" của pin lithium và đóng vai trò là mắt xích cốt lõi kết nối nguyên liệu thô của cực âm và pin thành phẩm. Các thành phần chính của nó bao gồm bốn thành phần chính: vật liệu hoạt tính catốt (như NCM523, NCM811, lithium sắt photphat, v.v.), chất dẫn điện (như muội than dẫn điện, ống nano cacbon, v.v.), chất kết dính (như polyacrylonitrile, PVDF, v.v.) và dung môi hữu cơ (như N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, v.v.). Một số công thức cũng có thể thêm một lượng nhỏ chất độn vô cơ và chất nghiền để tối ưu hóa hiệu suất.

Bốn thành phần này đều có chức năng riêng và không thể thiếu: Vật liệu hoạt động là lõi lưu trữ và giải phóng năng lượng, trực tiếp quyết định mật độ năng lượng và nền điện áp của pin; Các chất dẫn điện có nhiệm vụ xây dựng mạng lưới truyền điện tử hiệu quả, giảm điện trở ohmic của điện cực và tránh tiếp xúc kém giữa các hạt vật liệu hoạt động; Chất kết dính hoạt động giống như "keo", cố định chắc chắn các vật liệu hoạt tính và chất dẫn điện trên bộ thu dòng lá nhôm, duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc điện cực và đảm bảo độ bám dính chắc chắn giữa lớp phủ và bộ thu dòng; Các dung môi hữu cơ đóng vai trò là môi trường phân tán, hòa tan chất kết dính và làm ướt bề mặt của các hạt rắn, đảm bảo sự trộn đều của tất cả các thành phần.

Lý tưởng nhất là bùn catốt phải đạt được hiệu quả "không kết tụ, không bong bóng, độ đồng đều cao và độ ổn định cao", cho phép chất dẫn điện bao phủ đồng đều bề mặt vật liệu hoạt động và chất kết dính để tạo thành kết nối hiệu quả giữa các hạt mà không chặn các lỗ chân lông. Sự phân bố đồng đều ở cấp độ vi mô-này là điều kiện tiên quyết để pin lithium đạt được tuổi thọ cao, hiệu suất cao và độ an toàn cao, đồng thời cũng là mục tiêu theo đuổi cốt lõi của quy trình chuẩn bị bùn. Theo thống kê của ngành, khoảng 15% lỗi về hiệu suất của pin lithium là do lỗi trong quá trình trộn bùn, điều này chứng tỏ rõ ràng tầm quan trọng của việc chuẩn bị bùn cathode.

Hiện tại, quy trình đồng nhất bùn cho bột nhão cực âm của pin lithium chủ yếu bao gồm bốn lộ trình: phương pháp ướt, phương pháp bán khô, phương pháp khô và phương pháp ướt không có chất kết dính (phương pháp một{1}}bước). Mặc dù mỗi tuyến đường này đều có trọng tâm riêng nhưng chúng đều phải đối mặt với hàng loạt thách thức chung và riêng, trở thành nút thắt chính hạn chế hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm của doanh nghiệp. Những vấn đề này có thể được tóm tắt thành bốn vấn đề cốt lõi:

Vấn đề phân tán và kết tụ không đồng đều là nổi bật

Các vật liệu hoạt tính và chất dẫn điện trong hỗn hợp đặc cực âm hầu hết là các loại bột có kích thước nano{0}}, có diện tích bề mặt riêng lớn và năng lượng bề mặt cao. Chúng có xu hướng tích tụ. Thiết bị truyền thống có một phương pháp khuấy duy nhất, khó tạo thành lực cắt cường độ cao- toàn diện, dẫn đến các hạt bột không được phân tán hoàn toàn, tạo thành các hạt "kết tụ cứng" - những hạt kết tụ này sẽ chặn các kênh truyền điện tử, làm giảm mật độ năng lượng của pin và cũng có thể khiến thiết bị phân tách bị nứt và công suất giảm. Đặc biệt trong quy trình phương pháp khô, độ đồng đều của quá trình trộn bột cực kỳ cao (giá trị sai lệch cần được<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).

Giữ bong bóng và không đủ ổn định

Cho dù trong quy trình ướt để chuẩn bị dung dịch gel PVDF hay trong phương pháp sản xuất "một{0}}bước" không chuẩn bị gel, không khí đều dễ bị cuốn vào trong quá trình khuấy, dẫn đến hình thành bong bóng. Khả năng kiểm soát chân không của thiết bị truyền thống còn hạn chế và không thể loại bỏ hiệu quả các bong bóng nhỏ trong bùn. Những bong bóng này sẽ gây ra các lỗ kim và khuyết tật thiếu vật liệu trong quá trình phủ điện cực, không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng bề ngoài của điện cực mà còn có khả năng gây đoản mạch bên trong pin, đe dọa nghiêm trọng đến sự an toàn khi sử dụng. Đồng thời, thiết bị truyền thống gặp khó khăn trong việc kiểm soát chính xác nhiệt độ và độ nhớt của bùn, dẫn đến sự phân tầng và kết tủa của bùn trong quá trình bảo quản và sử dụng, độ đồng nhất của mẻ kém và ảnh hưởng đến sự ổn định của quá trình sản xuất tiếp theo - trong quy trình ướt, thiết bị truyền thống thường gặp phải các vấn đề như giữ bong bóng trong dung dịch gel, độ xuyên thấu của vật liệu không đủ và độ ổn định của mẻ kém; trong quy trình chuẩn bị không{5}gel ướt, thiết bị cần phải đồng thời đạt được-tốc độ phân tán cao (1350 vòng/phút) và điều khiển chân không chính xác (-80 kPa), nhưng thiết bị truyền thống không thể cân bằng giữa hiệu quả phân tán và độ ổn định của bùn.

Khả năng tương thích quy trình kém và tiêu thụ năng lượng cao

Các vật liệu cực âm khác nhau (chẳng hạn như vật liệu ba cực và lithium sắt photphat) và các lộ trình quy trình đồng nhất khác nhau có các yêu cầu khác nhau đáng kể về các thông số như tốc độ quay, mô-men xoắn, kiểm soát nhiệt độ và cấu trúc lưỡi dao của thiết bị trộn. Ví dụ, trong hệ thống LFP, do mật độ cao hơn (2,6g/cm³ so với NCM 2,0g/cm³), nên cần có tốc độ quay cao hơn để vượt qua lực cản lắng của hạt, trong khi ở hệ thống NCM, tốc độ quay quá cao sẽ khiến chuỗi phân tử PVDF bị đứt; trong quy trình bán khô, giai đoạn kép "trộn"{4}}phân tán"-yêu cầu thiết bị phải có mô-men xoắn đầu ra mạnh và khả năng kiểm soát nhiệt độ thông minh. Thiết bị thông thường dễ gặp các vấn đề như kẹt vật liệu trong trục, tiêu thụ năng lượng cao và phân tán không hoàn toàn khi sử dụng. Thiết bị truyền thống hầu hết có cấu trúc cố định, không thể thích ứng linh hoạt với các yêu cầu quy trình khác nhau. Khi thay đổi quy trình, cần phải thay thế thiết bị hoặc điều chỉnh đáng kể các thông số, điều này gây cồng kềnh, dẫn đến hiệu suất sử dụng thiết bị thấp và tiêu hao năng lượng cao, làm tăng chi phí sản xuất của doanh nghiệp.

Hiệu quả sản xuất thấp và tính nhất quán của lô kém

Chu kỳ khuấy của thiết bị đồng nhất truyền thống kéo dài. Ví dụ, chu trình sản xuất thông thường của quy trình ướt cần hơn 12 giờ. Trong số đó, việc chuẩn bị gel PVDF cần 4-6 giờ khuấy + 12 giờ đứng, quá trình thẩm thấu vật liệu chính cần 5 giờ và quá trình phân tán tốc độ cao cần tốc độ liên tục 1300 vòng/phút trong 5 giờ. Điều này hạn chế nghiêm trọng hiệu quả sản xuất. Đồng thời, thiết bị thiếu khả năng điều khiển thông minh, không thể theo dõi và điều chỉnh các thông số khuấy theo thời gian thực, dẫn đến biến động lớn về độ nhớt, độ phân tán và các chỉ số khác của bùn từ các lô khác nhau (vượt tiêu chuẩn quốc gia ± 5% yêu cầu), ảnh hưởng đến tính nhất quán của sản phẩm pin, tăng khối lượng công việc và chi phí cho việc phân loại và thử nghiệm tiếp theo.

Để giải quyết bốn điểm yếu cốt lõi của quá trình đồng nhất hóa, nhóm R&D của Thiết bị thông minh Yushun đã dành ba năm để tiến hành nghiên cứu và phát triển kỹ thuật. Bằng cách tích hợp cơ học chất lỏng, khoa học vật liệu và công nghệ điều khiển thông minh, họ đã tạo ra một thế hệ hệ thống trộn{{1} hành tinh kép thông minh mới. Với năm ưu điểm cốt lõi, nó giải quyết chính xác các vấn đề trong quá trình chuẩn bị bột cathode và trở thành thiết bị ưa thích của các doanh nghiệp sản xuất pin lithium - việc chọn máy trộn hành tinh kép thông minh Yushun về cơ bản có nghĩa là chọn một giải pháp sản xuất hiệu quả, ổn định và tiết kiệm năng lượng-, đồng thời chọn nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm.

Trộn hợp chất hành tinh kép-, giải quyết vấn đề phân tán không đồng đều

Thiết bị sử dụng hệ thống chuyển động-kép gồm "cuộc cách mạng khung hành tinh + vòng quay đĩa phân tán", kết hợp với thiết kế máy cạo quay, để đạt được sự trộn-không góc 360 độ và sự đối lưu hỗn loạn của vật liệu, hoàn toàn nói lời tạm biệt với việc trộn các vùng chết và cặn vật liệu. Thiết kế cạo đáy của cánh trộn, kết hợp với độ tròn cao (dưới 0,2 mm) của bên trong thùng và khoảng cách vật liệu-của cánh khuấy hợp lý, đảm bảo rằng các vật liệu trên thành và đáy thùng có thể được trộn hoàn toàn. Đồng thời, tốc độ đường truyền của đĩa phân tán có thể đạt tới 25m/s, vượt xa các tiêu chuẩn thông thường của ngành, có thể tạo ra lực cắt cường độ-cao, phá vỡ sự kết tụ bột một cách hiệu quả và kiểm soát kích thước hạt của bột nhão ở mức cực thấp. Dữ liệu đo thực tế cho thấy so với thiết bị truyền thống, độ đồng đều của vật liệu được xử lý đã được cải thiện 40%, độ đồng nhất của mẻ đạt 99,3%, đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu nghiêm ngặt của quy trình khô về tính đồng nhất của trộn bột và cải thiện đáng kể hiệu quả làm ướt bột, phù hợp với nhu cầu phân tán của các vật liệu catốt khác nhau như ternary và lithium iron phosphate.

Công nghệ chân không tới hạn giúp loại bỏ nguy cơ bong bóng còn sót lại

Yushun Intelligence đã phát triển một cách sáng tạo hệ thống điều khiển độ dốc chân không nhiều{0}}giai đoạn, có thể đạt được mức chân không cực cao -98 kPa, vượt xa mức chân không của thiết bị thông thường trong ngành. Đồng thời, nó sử dụng hai bộ phốt cơ khí và thiết kế phốt tổng hợp cứng mềm, cũng như cấu trúc kín hoàn toàn cho hộp truyền hành tinh, đảm bảo áp suất chân không duy trì trên -0,092 trong 24 giờ mà không bị rò rỉ dầu hoặc rò rỉ khí. Hệ thống chân không hiệu quả này có thể nhanh chóng loại bỏ các bong bóng nhỏ khỏi bùn, tăng hiệu suất khử bọt lên 60%, giảm hàm lượng bong bóng còn sót lại xuống dưới 0,01%. Điều này giúp loại bỏ các khiếm khuyết như lỗ điện cực và tình trạng thiếu nguyên liệu ở gốc, đảm bảo hiệu suất an toàn của pin. Hơn nữa, môi trường chân không có thể ngăn chặn hiệu quả sự bay hơi dung môi và quá trình oxy hóa bùn, tăng cường hơn nữa độ ổn định của bùn và đáp ứng các yêu cầu chân không nghiêm ngặt của quy trình không lưu hóa ướt "phương pháp một bước"