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【CBIS2020】无锡灵鸽李世通:双螺旋连续匀浆工艺技术及在电极浆料生产中的应用

盖世直播 2020-10-17 00:09:50

2020年10月16日-17日,“第五届动力电池应用国际峰会(CBIS2020)暨首届中国新能源新材料(宁德)峰会”盛大开幕,在主题论坛2上,无锡灵鸽机械科技股份有限公司 副总经理李世通发表了题为“双螺旋连续匀浆工艺技术及在电极浆料生产中的应用”的演讲。

电池

以下为演讲实录:

各位领导,各位嘉宾,下午好!我是来自无锡灵鸽机械科技股份有限公司的李世通,今天要跟大家讲的是一种新型技术,可能令匀浆行业焕然一新的技术,这个技术可以称得上是锂电浆料行业革命性的技术。这个技术就是双螺旋连续匀浆工艺在电极浆料生产中的应用,锂电池技术发展非常快,对浆料的要求是越来越高,包括产业化的规模、生产能力、节能降耗等都提出更多的要求,今天结合这个话题讲一下这方面的技术创新。

首先介绍一下灵鸽科技,灵鸽科技成立于2012年,但是灵鸽科技的前身程浩机械是很有名的。在失重给料和双螺杆配混分别有25年、30年的研发经验。这是灵鸽的简单发展历程,到现在有25年的历史,锂电事业部2016年成立,到现在有4年,也有不菲的业绩。灵鸽有一流的技术团队,包括完善的生产实验设备,同时灵鸽拥有连续匀浆的核心技术自主知识产权。正是因为有了这个技术支撑了连续匀浆生产线整个的技术。

这是1987年走出大学校园开发国内第一代的双螺旋混合机,2012年承担国家“863”项目,这是大型的双螺旋混合机组,这个项目获得2018年中石化科技进步一等奖。

匀浆是锂电池领域一个老生常谈,同时也是一个新话题。说它老生常谈,因为搅拌,电池都是离不开的。说是新话题,下面我要讲匀浆类型目前有两种,第一类是间歇式,第二类是连续式。今天我要讲的重点是双螺旋连续研磨分散匀浆,这是一个新型工艺。传统的双行星搅拌匀浆,它是间歇式的,用小批量的匀浆,但是占用的空间比较大,是低效的搅拌设备。还有一类是间歇式的,分散机的循环匀浆方式,这种批次式的,自动化程度比较低,设备比较难清洗,效率比较低。双螺旋这种方式是连续进料、搅拌、分散、出料,这是一个高效的设备。易清洗,自动化程度很高,混浆效率高。这是一个简单的对比,这个图片一个是占用的空间对比,还有相同生产能力下数量的对比,可以看出双螺旋的优势。

这做了一个简单的对比,传统工艺跟双螺旋工艺做了对比,可以看出双螺旋匀浆有它的特点和优势,可以给企业带来厂房空间的节省,耗电的节省、人力的节省、质量的提高。这是双螺旋匀浆带来分散性提高,电池的内阻有所减小,能量保持率提高。还有一个咱们关心的安全性,连续匀浆更加安全。

下面讲一下双螺旋连续匀浆。双螺旋的工艺流程有三大部分构成,核心设备是中间的双螺旋匀浆机,上面是粉状原料和液体原料部分,后面是浆体部分。双螺旋匀浆有三个重要的技术,一个是失重计量加料,采用失重式计量称,保证配方连续的精准。第二个双螺旋连续匀浆,双螺旋有强制输送,剪切研磨,为了达到充分的混合分散。第三个是自动化控制。失重给料,要实现连续匀浆必须要采用失重给料技术,也是灵鸽的拳头产品、核心技术。所谓失重给料,在单位时间内,重量的减少的速率换算成加料能力,通过智能化的控制让我们实际的加料量跟设定的加料量完全一致。这样我们有多部混料和液体加料的时候,就可以保证精准的连续加料。

这是它的工作原理,不展开介绍。在加料的过程中,是不断的在下游连续出料的时候,上游在不断的加料、计量、补料,通过重量称重模式和补料模式切换,实现连续不断的计量出料。同时,在整个加料过程中,可以对加料量做曲线,这个曲线可以看加料的平稳性和精准度。

大家关心多台称会是什么样的,多种物料我们可以联动控制,完全智能化、自动化。我们把它配套设计好以后,自动会按照我们的配比去分配、控制各个物料的加料量,这样我们能够连续稳定按照配比来加料。这是双螺旋的匀浆机,属于核心设备。前面那部分是主机,后面这主要是传统部分,当然还配很多其他的系统。这是双螺旋跟双行星结构的对比,双行星在分散盘作为高效的剪切分散区,但是在搅拌里面占的比例太小,所以效率很低。双螺旋这种放,为了从左边到右边,在整个空间里面产生高效的研磨、分散,它是全空间的检测分散,所以效率非常高。在双行星需要几个小时完成匀浆的过程,双螺旋只需要几分钟。

双螺旋是有螺旋轴和腔体组成,一个便于加工制造,第二个我们在当有某一部分有磨损的时候,可以局部更换,就不需要整个更换。双螺旋的混合有几个特点:一个是双螺旋这种方式是高剪切和研磨;第二个它的结构方式是纵向开放,横向流道开放,这样才造成双螺旋具有很好的分散和分布复合能力;第三个这里面可以根据刚才像赵博士讲的锰酸锂,或者是负极等等,可以在这里面模块化的组合设计出最佳架构。

这是双螺旋物料的基本运用笔记,在每时每刻发生速度和位置的变化,为什么有高效的分散,就是这个在每时每刻发生变化,在很短时间内达到高效的混合。这是双螺旋的工艺过程,这里面包括对物料的压力场,包括能耗,在这个过程当中是不断变化。

除了整体结构的影响,局部结构对这个也是有非常大的影响。利用这个结构的调整,对正极浆料和负极浆料的适合度,当然这需要长期的经验积累和技术。这是双螺旋进料的镜头,第一个是管道式的连续混浆,产能很高。第二个是强制输送,物料不会停留。第三个强剪切,第四个高扭矩,第五个是模块化,功能可调,一机多用,更换物料的时候有很高的适合度。第六个咱们通常操作的时候很关心设备的清洗,这个工作量很大,但是双螺旋在这上面可以给大家做很多的工作量的解放,有自清洗的性能。停机的时候,把混料停了,容器自动清洗,这个时间非常短。第七个工艺灵活,工艺接口调整起来非常灵活。除了结构的可调整性,操作工艺也是可调,包括螺旋轴转速和温度等等参数。

作为电池企业,非常关心几个问题,一个是高耐磨蚀性,采用特殊的粉末合金,特殊的冶金工艺,硬度是非常高的。比锂电行业还特殊的作业,效果都是非常好的。第二个高分散性,毋庸置疑,分散性非常高。第三个大家都关心正极材料表面氧化物螺旋间隙这么小,会不会把这个破坏掉。工作的时候,浆料承担了电子作用,所以没有这种破坏表面氧化物的可能。所以大家用双螺旋的时候可以放心,这是非常信得过的技术。

第三个是产线的控制。我们现在产线控制采用西门子的通讯协议,跟下游的PRO结合,能够满足整个系统的控制,包括数据的采集,包括集中控制。同时,还可以跟ERP系统实现通讯,跟整个工厂的系统,工厂的管理实现无缝连接。这是OPC,包括PLC的结构图。同时,可以对整条产线进行多层控制,包括还有管理权限,比方说配方权限,因为这是企业的机密,我们可以设计机密,不是随随便便可以修改。还有一个就是其他生产数据的传递、保密、储存。这是生产管理的界面,有很多的界面,当然在这里面对我们整个生产过程,包括流量、温度、压力这些都可以进行监控,这些数据都是存储的,可以对整个生产过程进行追溯。

对连续匀浆也有浆料性能的评价,包括它的细度、黏度,包括含量等这些进行测试,我们也做了浆料电镜分析,跟传统的方式相比,分散性有非常大的提高,这个当时也令我们的用户喜出望外,都没有想到连续匀浆这种设备在短短的过程中分散度达到这么优良。这是磷酸铁锂跟三元的电镜的图像,这是我们做出电池性能的一个对比,包括内阻,包括化成分容都做了测试。

随着咱们国家动力和储能电池的发展,锂电行业对一致性和稳定性的要求特别高,双螺旋连续匀浆工艺相对传统匀浆工艺有着多方面的优势,电池企业借助双螺旋的优势,率先采用连续匀浆工艺,将带动和提升电池企业自身及行业的发展。我们希望行业和协会能够加大这种双螺旋新技术的宣传和推广,我们也有充分的理由相信,连续式匀浆工艺将会成为未来锂电池匀浆的主流工艺。

谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

本文地址:https://auto.gasgoo.com/news/202010/17I70221650C103.shtml

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