07.09.2023

改进电池浆料工艺:使用高强度分散工艺,有效减少混合时间和能耗

引言

根据当前的研究,市场对锂离子电池的高需求是毋庸置疑的,到2030年,汽车、便携式设备和储能的需求预计将增长十倍以上。为了满足日益增长的需求,需要更大、更高效的电池工厂。

混合工艺是生产锂离子电池材料的第一步。它对电池的质量至关重要,对电池的性能影响最大。在混合过程中,将活性材料、粘合剂和导电添加剂与分散剂(如水或溶剂)混合以形成浆料。混合工具必须将颗粒均匀地分布在整个体积中。

这些混合设备还必须满足另一个基本要求。当生产用于锂离子电池的电极浆料时,打破潜在的团聚体是必要的,且需避免微观层面上的局部物质堆积。

目前,行星式捏合机被优先选择用于混合电池浆料。但这真的是混合工艺最佳、最有效的方法吗?一个更有效的替代方案是高强度分散机(PMD分散机),它由两个混合工具组成。 

主混合工具分散、均质并润湿材料。空化盘偏心布置,并逐渐上下移动穿过分散容器。另一个混合工具将材料连续地输送到分散区中的主混合工具。两种混合工具的结合在容器中产生了一个漩涡——想象一个具有高层流剖面的小型龙卷风——提供了整个过程的完全混合。这种涡流能够以高达50%的低能耗有效分散材料,且允许大批量进料。另一个减少时间的因素是快速进粉。在大约60秒内,可以使用 PMD 5000 or 或更大的混合器添加一个完整大袋物料,包含大约1吨材料,进料过程无粉尘泄露。

与传统行星式捏合机相比,节省了大量时间和成本。比如捏合机生产负极浆料需要大约4小时,高强度分散机只需要大约1-2小时。另一个优点是易于放大,可高达20000L的处理量,并以较低的投资成本相应提高产量。高强度分散机的巧妙设计(圆柱形-锥形容器几何形状)允许低至容器25%的批量处理,从而实现更灵活的工艺设计。自动化也发挥着重要作用。高强度分散机可以配备全自动清洁系统(CIP原位清洁),并配有自动配料和控制系统,减少了人员的工作量。

研究机构的电池分支FFB正在位于明斯特的工厂建立一个现代化和可扩展的电池生产研发中心。随着“FFB工厂”的第二阶段建设,Fraunhofer FFB计划新建一条大规模的电池生产线。生产将是灵活的,这意味着电池生产整个产业链上的电池制造商和工业公司可以测试所有或选定的工艺步骤,并根据其需求进行优化。

FFB委托耐驰为这项重大项目提供完整的混合系统,包括用于大规模灵活生产的高强度分散机。这是耐驰的一个重要里程碑,标志着耐驰在这个不断增长的市场中进一步站稳脚跟并为能源和交通出行转型做出贡献。耐驰通过在研磨、分散等方面的专业知识,所设计的系统不仅占地面积小,并能帮助客户提高电池生产的能源效率、可持续性和可靠的可扩展性。