Процесс с сухим электродом: ключ к массовому производству высокопроизводительных твердотельных-батарей

Во всех-твердотельных-батареях жидкий электролит заменен мембраной из твердого-электролита. Следовательно, производственный процесс -переднего этапа требует подготовки этой пленки твердого электролита в дополнение к традиционным листам положительных и отрицательных электродов. Этот процесс является важнейшим звеном в рабочем процессе производства аккумуляторов, напрямую определяющим производительность и качество конечного элемента. В то время как мокрый процесс в настоящее время доминирует на линиях по производству твердотельных-батарей, сухой процесс все чаще становится основным направлением для технологии следующего-поколения твердотельных-передних-батарей благодаря его совокупным преимуществам в стоимости, эффективности процесса и совместимости материалов.

01. Ключевые обновления в производстве твердотельных-батарей предварительной формовки-

Процесс производства твердотельных-батарей принципиально отличается от процесса производства традиционных жидкостных батарей. Этап-подготовки пленки – это критический переходный этап в процессе производства аккумуляторов. Этот этап напрямую определяет плотность энергии готовой ячейки, ее производительность и срок службы. Во всех-твердотельных-батареях мембрана с твердым-электролитом заменяет жидкий электролит. Поэтому подготовка-переднего конца должна включать не только обычные листы положительных и отрицательных электродов, но и пленку твердого-электролита. Это фундаментальное изменение ставит новые задачи и одновременно открывает возможности для модернизации процессов.

02. Технологическая трансформация: переход от мокрого процесса к сухому

Современные процессы подготовки твердотельных-передних частей-батарей в основном делятся на два технических пути: мокрый и сухой. Мокрый процесс по-прежнему основан на системе растворителей традиционных жидких батарей, где материалы электродов или электролитов смешиваются со связующим веществом с образованием суспензии, наносятся покрытия, а затем сушатся до полного формирования пленки.

Хотя этот процесс является относительно зрелым, он имеет свои недостатки: он требует использования большого количества токсичных органических растворителей (таких как NMP), требует высоких-энергоемких-этапных этапов сушки и восстановления растворителя, а также ограничивает применение некоторых передовых-материалов, чувствительных к растворителям.

Напротив, сухой процесс является инновационным в производстве электродов, исключая использование растворителей и последующую стадию сушки. Сухой процесс в большей степени зависит от оборудования для сухого смешивания и фибрилляции с высоким-сдвиговым усилием, позволяющего добиться равномерного диспергирования материала и предварительного-формования, путем много-валкового прессования для непосредственного завершения формирования пленки.

Основные преимущества технологии формирования сухой пленки очевидны в трех измерениях:

• Экономическая эффективность:За счет исключения стадий нанесения покрытия, сушки и восстановления растворителя инвестиции в оборудование сокращаются, потребление энергии снижается, а общие затраты на производство элементов могут быть снижены примерно на 18%.

• Повышение производительности:Сухой процесс эффективно увеличивает плотность уплотнения активного материала, что приводит к увеличению плотности энергии примерно на 20%. Полу-твердотельный-батарея SAIC Group, интегрированная в модель MG4, достигла плотности энергии системы 400 Втч/кг и обеспечивает быструю зарядку за 12 минут на расстояние 400 км.

• Экологическая совместимость и совместимость материалов:Сухой процесс исключает необходимость использования токсичных растворителей, решая проблемы загрязнения окружающей среды, присущие традиционному мокрому процессу. Одновременно это позволяет применять более экономичные-материалы (например, катоды на основе марганца-).

03. Матрица технологий: разнообразные пути формирования сухой пленки

Формирование сухой пленки – это не единый процесс, а комплекс, охватывающий различные технические пути. В настоящее время наиболее представительные технологии изготовления сухих электродов включают в основном шесть типов:

• Метод фибрилляции:Использует высокую силу сдвига для фибриллирования связующего, что позволяет ему плотно инкапсулировать активные материалы и проводящие вещества, образуя самонесущую-электродную пленку. Этот процесс требует от оборудования чрезвычайно высокой силы сдвига и возможности контроля температуры.

• Нанесение сухим распылением:В нем используется заряженный порошок, который равномерно наносится на токосъемник под действием электрического поля путем горячего прессования для плавления и фиксации связующего, образуя самонесущую пленку-.

• Другие методы:Осаждение из паровой фазы,-экструзия расплава, прямое прессование и 3D-печать применяются в зависимости от характеристик материала и сценариев применения.

Эти различные пути различаются по техническим принципам, применяемым материалам, способностям-формирования пленки и сложности оборудования и подходят для различных применений, таких как крупномасштабные-гибкие электроды, устройства небольшого-размера и толстые электродные листы.

Сравнение основных технических маршрутов формирования сухой пленки

Промышленность обычно считает, что метод фибрилляции с использованием связующего вещества демонстрирует превосходную стабильность характеристик и технологичность, позиционируя его как новый основной метод.

04. Проблемы индустриализации: преодоление разрыва от лаборатории к массовому производству

Несмотря на явные преимущества формирования сухой пленки, переход от лаборатории к массовому производству сталкивается с многочисленными препятствиями. Емкость и эффективность являются первостепенными проблемами. Производительность и скорость нанесения сухого покрытия по-прежнему отстают от традиционных мокрых процессов, а однородность и адгезия при широкоформатном распылении требуют значительного улучшения.

Еще одной серьезной проблемой является однородность покрытия и контроль качества. Неоднородные-покрытия сухих электродов могут создавать «горячие точки» внутри электрода, что приводит к ускоренному снижению производительности аккумулятора и потенциальному риску для безопасности.

Совместимость связующего и материалов также нуждается в дальнейшей оптимизации. Крайне важно добиться равномерного распределения фибрилл ПТФЭ в смеси и предотвратить повреждение частиц активного материала. Кроме того, ПТФЭ нестабилен при низких потенциалах и необратимо реагирует с литием, что ограничивает его применение в отрицательных электродах.

Проблемы, связанные с оборудованием, столь же серьезны. Сухой процесс предъявляет более высокие требования к валковому прессу-с сердечником. Производительность и производственная эффективность каландра как основного оборудования имеют решающее значение для определения жизнеспособности сухого процесса для массового производства.

ТОБ НОВАЯ ЭНЕРГИЯактивно работает над решением этих проблем, стремясь контролировать содержание связующего вещества в отрицательном электроде до 0,7 % и в положительном электроде ниже 1,5 %, чтобы добиться более эффективного и недорогого-пленкообразования-производительности.

05. Инновации в оборудовании: критическая сила, определяющая внедрение сухого процесса

Обычно оборудование является инициатором индустриализации твердотельных-батарей. В области формирования сухой пленки инновация в оборудовании является ключевым фактором технологического внедрения.

• Передовое-технологическое оборудование:На его долю приходится примерно 32 % стоимости всей производственной линии, включая основное оборудование для высокоэффективного-смешивания, диспергирования материала, нанесения покрытий и обработки с высоким-сдвигом.

• Среднее-технологическое оборудование:На долю приходится примерно 45 % стоимости линии, в основе которой лежат высокоэффективные штабелеукладчики-(25 % стоимости линии) и горизонтальные изостатические прессы (13 % стоимости линии), охватывающие весь процесс от формования до уплотнения.

• Завершающее-технологическое оборудование:На долю этой линии приходится около 23 % стоимости линии, включая комплексные тестеры на основе сухого порошка и горизонтальные высокотемпературные-решения для крепления шкафов со встроенными твердотельными-батарейными батареями, обеспечивающие формирование высокого-напряжения, калибровку и сборку мощности.

06. TOB NEW ENERGY: предоставление комплексных решений от лаборатории до массового производства

Рассматривая возможности индустриализации и проблемы технологии формирования сухой пленки,ТОБ НОВАЯ ЭНЕРГИЯиспользует многолетний технический опыт в производстве аккумуляторов, чтобы предложить клиентам комплексное решение, от лабораторного до массового производства.

Решения для лабораторных-линий сухих электродов

Мы предоставляем полный набор индивидуального оборудования и услуг для экспериментальных линий с сухими электродами. Наши развитыеЛаборатория Струйная Мельницасочетает в себе миниатюрность, интеллект и высокую точность, подходит для экспериментальной-подготовки порошка, необходимого для фибрилляции материалов сухих электродов литиевых батарей.Лабораторная машина для производства пленки с сухим электродомпредставляет собой лабораторное исследовательское оборудование с сухими электродами, которое можно использовать для процесса формирования пленки из порошка.

Решения для пилотного-масштабного производства

Мы предлагаемМашины для формирования пленки с сухими электродамикоторые удовлетворяют различные требования к производственным линиям, включая оборудование для массового производства на уровне ГВтч-. Благодаря точному контролю натяжения и регулировке толщины мы можем добиться подготовки листов сухих электродов толщиной до 27 мкм или даже тоньше.

Решения для промышленного массового производства

Для нужд промышленного массового производства мы предлагаем комплексные решения для линий по производству сухих электродов. Наша система охватывает все процессы, включая контролируемую подачу, формирование пленки, разбавление, компаундирование токосъемников и контроль качества. Ширина продукта может достигать 1000 мм, диапазон толщины – 40-300 мкм. Он совместим с 2–6 листами сухих электродов, работающими параллельно, что обеспечивает высокоэффективное производство.

Наша техническая команда глубоко разбирается в каждом аспекте процесса формирования сухой пленки и может предоставить индивидуальные решения по оптимизации процесса на основе конкретных систем материалов клиента (таких как графитовые/кремниевые-углеродные отрицательные электроды, тройные положительные электроды/LFP и различные материалы для полностью-твердотельных-электродов) и потребностей в оборудовании. Что касается материалов, мы поддерживаем наших клиентов, предлагая передовые-материалы для аккумуляторов, включая специализированные связующие и модифицированные проводящие вещества, подходящие для сухого процесса, обеспечивая оптимальную совместимость между материалами и процессом.