Sprzęt do przetwarzania i mieszania proszku akumulatorowego: praktyczny przewodnik po wyborze

Kiedy formuła baterii na skalę pilotażową trafia do produkcji, pierwsza partia zwykle kończy się niepowodzeniem nie z powodu chemii, ale z powodu mieszania. Zawiesina, która w 20-litrowym pojemniku laboratoryjnym wyglądała na gładką, wypływa z 1000-litrowego zbiornika z aglomeratami, uwięzionym powietrzem i lepkością zmieniającą się z partii na partię. Podstawową przyczyną jest prawie zawsze niedopasowanie sprzętu: proszek jest przetwarzany przy użyciu maszyn, które nie są zaprojektowane ze względu na wielkość cząstek, lepkość lub wrażliwość na ścinanie. W tym artykule wyjaśniono, w jaki sposób w praktyce przemysłowej wybierany jest sprzęt do przetwarzania i mieszania proszku akumulatorowego, co dzieje się na każdym etapie procesu i jakie specyfikacje mają największe znaczenie przed przeznaczeniem kapitału na linię produkcyjną.

Na czym polega przetwarzanie i mieszanie proszku akumulatorowego

Produkcja akumulatorów dzieli się na dwie zasadniczo różne operacje: przetwarzanie suchego proszku i mieszanie mokrej zawiesiny. Obróbka na sucho obejmuje przyjmowanie, przechowywanie, transport i mieszanie materiału aktywnego (NCM, LFP, grafit, kompozyty krzemowo-węglowe), węgla przewodzącego i proszków spoiwa. Mieszanie na mokro rozpoczyna się po dodaniu rozpuszczalnika (NMP lub wody) i trwa poprzez zwilżanie, dyspergowanie, ugniatanie i odpowietrzanie, aż zawiesina będzie gotowa do powlekania.

Wniosek, który można wyciągnąć z każdej udanej linii, jest prosty: mieszanie na sucho ustala początkową dystrybucję składników, podczas gdy mieszanie na mokro określa ostateczną jakość dyspersji. Żaden etap nie jest w stanie w pełni zrekompensować słabej pracy na drugim.

• Mieszanie na sucho: homogenizować składniki proszku przed dodaniem rozpuszczalnika; wspólnym celem jest RSD poniżej 5% dla dystrybucji węgla przewodzącego i spoiwa.
• Zwilżanie: wprowadzić rozpuszczalnik tak, aby ciecz zastąpiła powietrze na powierzchni cząstek; jakość zwilżania decyduje o szybkości rozpadu aglomeratów.
• Dyspersja: zastosować ścinanie, aby zredukować aglomeraty w stronę cząstek pierwotnych; Ostateczne rozdrobnienie jest zwykle sprawdzane za pomocą miernika Hegmana.
• Odpowietrzanie: usunąć pęcherzyki pod próżnią; Uwięzione powietrze powoduje powstawanie dziur i porowatości po powlekaniu.
• Końcowa regulacja: dodać rozpuszczalnik lub roztwór spoiwa, aby osiągnąć lepkość powłoki i zawartość substancji stałych.

Operacje te rzadko mają miejsce w jednej maszynie, chyba że sprzęt jest specjalnie zaprojektowany jako kombinowana jednostka procesowa.

Dopasowanie sprzętu do każdego etapu procesu

Przed wyborem maszyny określ obowiązek. Lepkość, wymagania dotyczące ścinania, poziom próżni i wielkość partii wskazują na inną klasę sprzętu do przetwarzania i mieszania proszku akumulatorowego.

Mieszanie suchego proszku: mieszalniki wstęgowe i stożkowe

W przypadku wstępnego mieszania materiału aktywnego z węglem przewodzącym i suchym spoiwem praktycznym rozwiązaniem jest mieszalnik wstęgowy lub mieszalnik stożkowy, ponieważ poddaje on dużą powierzchnię proszku delikatnemu obrotowi bez niszczenia kształtu cząstek. Próżniowy mieszalnik wstęgowy typu V zapewnia podciśnienie, co ogranicza wchłanianie wilgoci w przypadku proszków higroskopijnych. Praktyka produkcyjna pokazuje, że zwykle wystarczy 15 do 30 minut mieszania, aby osiągnąć RSD poniżej 5% w przypadku dobrze dozowanych dodatków. W momencie zakupu liczy się projekt rozładunku, stopień napełnienia i łatwość czyszczenia maszyny pomiędzy partiami.

Próżniowy mieszalnik wstęgowy typu V serii TOPH2031 Mieszalnik ten łączy w sobie mieszanie próżniowe typu V z konstrukcją wstęgową, zapewniając delikatny obrót proszku, niski poziom zbierania wilgoci i wydajne odprowadzanie, co czyni go niezawodnym rozwiązaniem do wstępnego mieszania higroskopijnych materiałów akumulatorowych. Zobacz produkt →

Mieszanie szlamu o wysokiej lepkości: próżniowe podwójne mieszalniki planetarne

Zawiesiny katod w NMP zwykle osiągają 5 000 do 50 000 mPa·s, a preparaty o dużym obciążeniu przekraczają 100 000 mPa·s. Przy tej konsystencji konwencjonalne mieszadło z górnym wejściem tworzy ruchomy kanał wokół wału, podczas gdy martwe strefy pozostają przy ścianie. Podwójny mieszalnik planetarny obraca dwa mieszadła wokół zbiornika, które również obracają się wokół własnych osi, w sposób ciągły zmieniając orientację przepływu i przepychając każdą porcję zawiesiny przez łopatki. W połączeniu z pokrywą próżniową i zgarniaczem ściennym, jest to konfiguracja używana przez większość linii produkcyjnych do ostatecznej dyspersji zawiesin NCM i LFP.

Przemysłowy podwójny mikser planetarny serii TOPH2014 LGXJ Ten przemysłowy podwójny mieszalnik planetarny, przeznaczony do zawiesin o dużej lepkości do 3 000 000 cP, jest wyposażony w podwójne mieszadła i szybki wał dyspersyjny, co czyni go wyborem klasy produkcyjnej do końcowego dyspergowania zawiesin akumulatorowych NCM i LFP. Zobacz produkt →

Kontrola dyspersji i rozdrobnienia: dyspergatory wysokoobrotowe

Nie każda zawiesina wymaga ugniatania planetarnego. Wodne zawiesiny anodowe o ciśnieniu od 2000 do 5000 mPa·s często są skutecznie dyspergowane za pomocą szybkiego dyspergatora, w którym ząbkowane ostrze wytwarza duże ścinanie na jego obrzeżu. Dyspergator jest również przydatny jako etap wstępnego mieszania przed cyklem planetarnym, szybko zwilżając proszek. Praktyczna zasada: jeśli materiał jest wrażliwy na ścinanie, a docelowe rozdrobnienie osiągane jest w ciągu kilku minut, należy zastosować dyspergator; jeśli materiał jest bardziej lepki i wymaga dłuższego czasu przebywania w próżni, należy użyć maszyny planetarnej.

Krzywe dyspersji porównują próżniowy podwójny mieszalnik planetarny z konwencjonalnym mieszadłem jednowałowym dla tego samego składu NCM; wartości reprezentują typowy rozmiar aglomeratu D50 podczas mieszania.

Szybkobieżny dyspergator FL serii TOPH51 Ten szybki dyspergator radzi sobie z materiałami płynnymi i stałymi-ciekłymi przy minimalnej absorpcji powietrza, umożliwiając szybkie rozpuszczanie i dyspersję drobnych cząstek w powłokach, barwnikach, pigmentach i klejach, uzupełniając mieszalniki planetarne na etapach przedmieszki o niższej lepkości. Zobacz produkt →

Typowe okna lepkości w skrócie

Poniższy wykres przedstawia typowe rodziny zawiesin akumulatorowych w skali logarytmicznej, ponieważ lepkość obejmuje kilka rzędów wielkości.

Wartości lepkości to typowe zakresy produkcyjne systemów zawiesin akumulatorowych, mierzone w warunkach odniesienia o niskim ścinaniu.

Specyfikacje decydujące o zakupie

W praktyce budżet rzadko jest czynnikiem decydującym; specyfikacje, które podczas negocjacji wyglądają na drobne, stają się poważnymi awariami podczas uruchamiania. W każdym zapytaniu ofertowym na uwagę zasługują cztery punkty kontrolne.

W przypadku linii, które można skalować od pilota do produkcji, dopasowanie pola przepływu jest tak samo ważne, jak dopasowanie objętości zbiornika. Wielu dostawców korzysta analiza obliczeniowej dynamiki płynów (CFD). przewidywanie profili prędkości, stref martwych i rozkładu ścinania przed produkcją; to samo narzędzie umożliwia zwiększenie skali produkcji, gdy zbiornik produkcyjny jest kilkakrotnie większy niż jednostka pilotażowa.

Oceniając dostawców nowego zakładu produkującego materiały do ​​akumulatorów, poproś o referencje od instalacji stosujących podobne receptury. Przydatnym punktem wyjścia jest przegląd udokumentowanego działania sprzętu mieszającego linie projektowe branży baterii litowych , ponieważ receptury gnojowicy różnią się znacznie pomiędzy producentami akumulatorów.

Anatomia próżniowego mieszalnika planetarnego

Poniższy schemat przedstawia typowy próżniowy podwójny mieszalnik planetarny do zawiesin akumulatorowych o dużej lepkości. Porównanie układu komponentów ułatwia odczytanie ofert, ponieważ dostawcy różnią się głównie rozmieszczeniem napędu, konstrukcją zgarniacza i jakością uszczelnienia próżniowego.

1. Osłona próżniowa
2. Port ładowania próżni i proszku
3. Podwójne planetarne wały napędowe
4. Wiosła typu ramowego
5. Skrobak ścienny
6. Korpus statku z płaszczem
7. Dolny zawór spustowy

Obydwa wały obracają się wokół środka statku i wokół własnych osi. Dzięki temu podwójnemu ruchowi zawiesina o ciśnieniu 100 000 mPa·s porusza się, zamiast obracać się jako pojedyncza masa.

Praktyczna lista kontrolna wyboru

Użyj tej listy podczas sprawdzania sprzętu do przetwarzania i mieszania proszku akumulatorowego; oszczędza czas zarówno kupującego, jak i dostawcy.

• Zdefiniuj proszek wyjściowy: gęstość nasypową, wielkość cząstek D50, wrażliwość na wilgoć i kąt zsypu.
• Zdefiniuj punkt końcowy zawiesiny: docelową lepkość, zawartość substancji stałych, rozdrobnienie i granicę temperatury.
• Potwierdzić obciążenie przy piku lepkości podczas zwilżania, a nie przy średniej lepkości końcowej zawiesiny.
• Sprawdź zdolność podciśnienia i czy konstrukcja uszczelnienia zawiera opary rozpuszczalnika.
• Zweryfikuj dostęp do czyszczenia w celu szybkiej zmiany produktu, szczególnie w przypadku zmiany chemii katod.
• Poproś o dane dotyczące skalowania z maszyny pilotażowej, jeśli wielkość produkcji jest nowa w Twoim zakładzie.

Często zadawane pytania

Szybkie odpowiedzi na pytania, które pojawiają się najczęściej w projektach mieszania szlamu akumulatorowego.