تجهیزات پردازش و اختلاط پودر باتری: راهنمای انتخاب عملی

هنگامی که یک فرمول باتری در مقیاس آزمایشی به سمت تولید می رود، اولین دسته معمولاً نه به دلیل شیمی، بلکه به دلیل اختلاط شکست می خورد. دوغابی که در یک ظرف آزمایشگاهی 20 لیتری صاف به نظر می رسید از یک مخزن 1000 لیتری با آگلومره ها، هوای محبوس شده و ویسکوزیته ای که از دسته ای به دسته دیگر منتقل می شود بیرون می آید. علت اصلی تقریباً همیشه عدم تطابق تجهیزات است: پودر با ماشین آلاتی پردازش می شود که برای اندازه ذرات، ویسکوزیته یا حساسیت برشی آن طراحی نشده است. این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه تجهیزات پردازش و اختلاط پودر باتری در عمل صنعتی انتخاب می‌شوند، در هر مرحله فرآیند چه اتفاقی می‌افتد، و قبل از اینکه سرمایه را به یک خط تولید اختصاص دهید، کدام مشخصات مهم‌تر است.

پردازش و اختلاط پودر باتری شامل چه مواردی می شود

تولید باتری به دو عملیات اساسی متفاوت تقسیم می شود: پردازش پودر خشک و مخلوط کردن دوغاب مرطوب. پردازش خشک شامل دریافت، ذخیره سازی، انتقال و ترکیب مواد فعال (NCM، LFP، گرافیت، کامپوزیت های سیلیکون-کربن)، کربن رسانا و پودرهای چسبنده است. اختلاط مرطوب با افزودن حلال (NMP یا آب) شروع می شود و از طریق خیس کردن، پراکندگی، ورز دادن و هوازدگی ادامه می یابد تا زمانی که دوغاب برای پوشش آماده شود.

نتیجه ای که در هر خط موفق وجود دارد ساده است: ترکیب خشک توزیع اولیه اجزا را تعیین می کند، در حالی که اختلاط مرطوب کیفیت پراکندگی نهایی را تعیین می کند. هیچ یک از مراحل نمی تواند به طور کامل کار ضعیف دیگری را جبران کند.

• مخلوط خشک: قبل از افزودن حلال، اجزای پودر را همگن کنید. یک هدف معمولی RSD زیر 5 درصد برای کربن رسانا و توزیع بایندر است.
• خیس کردن: حلال را وارد کنید تا مایع جایگزین هوا در سطوح ذرات شود. کیفیت خیس شدن تعیین می کند که آگلومراها با چه سرعتی تجزیه می شوند.
• پراکندگی: اعمال برش برای کاهش آگلومراها به سمت ذرات اولیه. ظرافت نهایی معمولاً با هگمن سنج بررسی می شود.
• هوادهی: حباب ها را در خلاء حذف کنید. هوای به دام افتاده پس از پوشش باعث ایجاد سوراخ و تخلخل می شود.
• تنظیم نهایی: حلال یا محلول بایندر را اضافه کنید تا به ویسکوزیته پوشش و محتوای جامد برسید.

این عملیات به ندرت در یک ماشین اتفاق می افتد مگر اینکه تجهیزات به طور خاص به عنوان یک واحد فرآیند ترکیبی طراحی شده باشد.

تطبیق تجهیزات با هر مرحله فرآیند

قبل از انتخاب دستگاه وظیفه را مشخص کنید. ویسکوزیته، نیاز برشی، سطح خلاء و اندازه دسته ای هر کدام به کلاس متفاوتی از تجهیزات پردازش و مخلوط کردن پودر باتری اشاره می کنند.

ترکیب پودر خشک: میکسرهای روبانی و مخروطی

برای پیش‌آمیختن مواد فعال با کربن رسانا و بایندر خشک، مخلوط‌کن نواری یا میکسر مخروطی پیش‌فرض عملی است زیرا سطح پودری بزرگی را بدون از بین بردن شکل ذرات در معرض چرخش ملایم قرار می‌دهد. یک میکسر روبان خلاء نوع V خلاء اضافه می کند که جذب رطوبت را برای پودرهای رطوبت سنجی محدود می کند. عمل تولید نشان می دهد که معمولاً 15 تا 30 دقیقه مخلوط کردن برای رسیدن به RSD زیر 5 درصد برای افزودنی های با دوز مناسب کافی است. آنچه در زمان خرید مهم است، طراحی تخلیه، نسبت پر شدن و اینکه چقدر دستگاه را می توان بین دسته ها به راحتی تمیز کرد.

میکسر روبان خلاء سری V-Type TOPH2031 این میکسر ترکیب خلاء نوع V را با طراحی روبانی ترکیب می‌کند، گردش پودر ملایم، جذب رطوبت کم و تخلیه کارآمد را ارائه می‌دهد و آن را به یک راه‌حل پیش‌آمیختگی قابل اعتماد برای مواد باتری‌های رطوبت‌سنجی تبدیل می‌کند. مشاهده محصول →

مخلوط کردن دوغاب با ویسکوزیته بالا: میکسرهای سیاره ای دوگانه خلاء

دوغاب کاتد در NMP معمولا به 5000 تا 50000 mPa·s می رسد و فرمولاسیون با بارگذاری بالا از 100000 mPa·s فراتر می رود. در این قوام، یک همزن معمولی با ورودی بالا یک کانال متحرک در اطراف شفت ایجاد می کند در حالی که مناطق مرده در دیوار باقی می مانند. یک میکسر سیاره ای دوگانه دو همزن را در اطراف مخزن می چرخاند در حالی که آنها نیز بر روی محورهای خود می چرخند، به طور مداوم جریان را تغییر می دهند و هر قسمت از دوغاب را از طریق تیغه ها عبور می دهند. همراه با پوشش خلاء و اسکراپر دیوار، این پیکربندی است که اکثر خطوط تولید برای پراکندگی نهایی دوغاب های NCM و LFP استفاده می کنند.

میکسر سیاره ای دوبل صنعتی LGXJ سری TOPH2014 این مخلوط کن سیاره ای دوگانه صنعتی که برای دوغاب های با ویسکوزیته بالا تا 3000000 cP طراحی شده است دارای همزن های دوگانه و شفت پراکندگی با سرعت بالا است که آن را به گزینه ای در سطح تولید برای پراکندگی نهایی دوغاب باتری NCM و LFP تبدیل می کند. مشاهده محصول →

کنترل پراکندگی و ظرافت: پراکنده کننده های با سرعت بالا

هر دوغابی به ورز دادن سیاره ای نیاز ندارد. دوغاب های آند مبتنی بر آب در 2000 تا 5000 mPa·s اغلب با موفقیت با یک پراکنده با سرعت بالا پراکنده می شوند، جایی که یک تیغه دندانه دار برش بالایی را در لبه خود ایجاد می کند. یک پراکنده همچنین به عنوان یک مرحله پیش مخلوط قبل از چرخه سیاره ای مفید است و پودر را به سرعت خیس می کند. قانون عملی: اگر ماده حساس به برش است و ظرافت مورد نظر در عرض چند دقیقه به دست می آید، از پراکنده استفاده کنید. اگر ماده چسبناک تر است و به زمان ماندگاری طولانی تری در خلاء نیاز دارد، از ماشین سیاره ای استفاده کنید.

منحنی های پراکندگی یک مخلوط کن سیاره ای دوگانه خلاء را با یک همزن معمولی تک شفت برای همان فرمول NCM مقایسه می کند. مقادیر نشان دهنده اندازه آگلومرا D50 در طول اختلاط است.

پخش کننده پرسرعت سری TOPH51 FL این پراکنده کننده با سرعت بالا، مواد مایع و جامد-مایع را با حداقل جذب هوا کنترل می کند، و امکان انحلال سریع و پراکندگی ذرات ریز را در پوشش ها، رنگ ها، رنگدانه ها و چسب ها فراهم می کند و مکمل میکسرهای سیاره ای برای مراحل پیش اختلاط با ویسکوزیته پایین تر است. مشاهده محصول →

پنجره های ویسکوزیته معمولی در یک نگاه

نمودار زیر خانواده های معمولی دوغاب باتری را در مقیاس لگاریتمی قرار می دهد زیرا ویسکوزیته چندین مرتبه بزرگی را در بر می گیرد.

مقادیر ویسکوزیته محدوده تولید معمولی برای سیستم های دوغاب باتری است که در شرایط مرجع کم برش اندازه گیری می شود.

مشخصاتی که خرید را تعیین می کند

در عمل، بودجه به ندرت عامل تعیین کننده است. مشخصاتی که در حین مذاکره جزئی به نظر می رسند در هنگام راه اندازی به شکست های سخت تبدیل می شوند. چهار ایست بازرسی در هر RFQ شایسته توجه هستند.

برای خطوطی که از پایلوت تا تولید در مقیاس هستند، تطبیق میدان جریان به اندازه تطبیق حجم کشتی مهم است. بسیاری از تامین کنندگان استفاده می کنند تجزیه و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای پیش‌بینی پروفیل‌های سرعت، مناطق مرده و توزیع برشی قبل از ساخت؛ هنگامی که کشتی تولیدی چندین برابر بزرگتر از واحد خلبانی باشد، همین ابزار از افزایش مقیاس پشتیبانی می کند.

هنگام ارزیابی تامین کنندگان برای یک کارخانه مواد باتری جدید، از تاسیساتی که دارای فرمولاسیون مشابه هستند، مرجع بخواهید. یک نقطه شروع مفید، بررسی نحوه عملکرد تجهیزات اختلاط به صورت مستند است خطوط پروژه صنعت باتری لیتیوم ، زیرا دستور العمل های دوغاب بین سازنده های باتری به طور قابل توجهی متفاوت است.

آناتومی یک میکسر سیاره ای خلاء

نمودار زیر یک مخلوط کن سیاره ای دوگانه خلاء معمولی برای دوغاب باتری با ویسکوزیته بالا را نشان می دهد. مقایسه طرح‌بندی اجزا خواندن نقل قول‌ها را آسان‌تر می‌کند، زیرا تامین‌کنندگان عمدتاً در ترتیب درایو، طراحی اسکراپر و کیفیت مهر و موم خلاء متفاوت هستند.

1. پوشش وکیوم
2. پورت شارژ وکیوم و پودر
3. شفت محرک سیاره ای دوگانه
4. پاروهایی از نوع قاب
5. لیسه دیوار
6. بدنه رگ ژاکت دار
7. شیر تخلیه پایین

این دو محور هم در اطراف مرکز کشتی و هم بر روی محورهای خود می چرخند. این حرکت دوگانه، دوغاب 100000 mPa·s را به جای چرخش به عنوان یک جرم، در حال حرکت نگه می دارد.

چک لیست انتخاب عملی

از این لیست هنگام غربالگری تجهیزات پردازش و مخلوط کردن پودر باتری استفاده کنید. باعث صرفه جویی در زمان برای خریدار و تامین کننده می شود.

• پودر شروع را تعریف کنید: چگالی ظاهری، اندازه ذرات D50، حساسیت به رطوبت و زاویه استراحت.
• نقطه پایانی دوغاب را تعریف کنید: ویسکوزیته هدف، محتوای جامدات، ظرافت و حد دما.
• کار را در اوج ویسکوزیته در هنگام خیس کردن تأیید کنید، نه در ویسکوزیته متوسط ​​دوغاب نهایی.
• قابلیت خلاء و اینکه آیا طرح مهر و موم حاوی بخار حلال است را بررسی کنید.
• برای تغییر سریع محصول، دسترسی تمیز کردن را تأیید کنید، به ویژه هنگام تعویض مواد شیمیایی کاتد.
• اگر حجم تولید برای کارخانه شما جدید است، داده های افزایش مقیاس را از یک دستگاه آزمایشی درخواست کنید.

سوالات متداول

پاسخ سریع به سوالاتی که اغلب در پروژه های مخلوط کردن دوغاب باتری مطرح می شود.