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锂电池浆料超剪切分散机及生产工艺

2019-2-20 11:47:01发布209次查看ip:180.175.22.41发布人:iknsera
锂电池浆料超剪切分散机及生产工艺 ,锂电池正极浆料分散机锂电池负极浆料超高剪切分散机,

在正、负极浆料中 颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接影响锂离子在电池两极间的运动。等人对锂电池浆料的混合分散技术进行了深入的研究提出锂电池浆料的均匀分散对提高锂电池的性能具有很大的影响。目前常用行星混合设备对锂电池浆料进行混合分散这种宏观尺度的随机性混合分散形式不仅存在混合不彻底问题而且时间长效率低。这对于我国锂电池产业高速增长的态势以及动力锂电池的高度均匀一致性要求是不能满足的。

混合分散工艺在锂离子电池的整个生产工艺中对产品的品质影响度大于 30%,是整个生产工艺中最重要的环节。锂离子电池的电极制造,正极浆料由粘合剂、导电剂、正极材料等组成;负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等组成。正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程,而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。在正、负极浆料中,颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接响到锂离子在电池两极间的运动,因此在锂离子电池生产中各极片材料的浆料的混合分散至关重要,浆料分散质量的好坏,直接影响到后续锂离子电池生产的质量及其产品的性能。

目前传统的锂离子电池浆料的制备都是在双行星分散设备中完成的。尽管目前在小型电池生产技术上已日趋成熟,但目前锂离子电池的生产过程中,电池的一致性控制仍然是锂离子电池制作的技术难点,尤其是对于大容量、大功率的动力型锂离子电池。另外,随着锂离子电池材料的不断进步,原材料颗粒粒径越来越小,这不仅提高了锂离子电池性能,也非常容易形成二级团聚体,从而增加了混合分散工艺的难度。


高剪切分散可有以下两种方式:

一为上图所示,在双行星搅拌预混后添加高剪切设备把浆料中颗粒团聚进行破碎,细化和对粒径分布范围进行收缩,提高浆料的分散性和均一性。部分厂家储能电池浆料的生产也会用到胶体磨,相对于动力电池,储能电池对浆料的要求相对较低。

二是用粉液混合机代替双行星进行浆料的初步混合,如下图。混合机的喂料可以通过在机器入口处安装的漏斗来进行一定顺序的加入。粉体喂料时可以完全手动,也可以选择半自动或全自动操作,同时也可以选择输送机、气动装货设备或是其他的传输设备。储料罐中的刮边搅拌机一方面是对固含量不断提高的浆料进行均匀,另一方面可以加速浆料的流动,以提高分散效率,节省循环的时间。

 


锂电池浆料的特性分析

锂电池浆料一般由电极活性材料、导电剂、粘结剂及分散剂分散均匀而成。浆料体系属于典型的高粘稠固液两相悬浮液。随着现代科学技术的进步锂电池浆料中对电极活性材料的粒径的要求越来越高有向纳米级粒径方向发展的趋势。而随着粒径的越来越小在锂电池浆料的混合分散过程中浆料中的电极活性材料很容易形成二级团聚体从而使锂电池浆料产生严重的团聚现象影响锂电池的电化学性能。

 

高精密超剪切分散设备

为高精密超剪切分散设备的定转子外形及工作原理图。定转子经过严格的有限元建模分析,确定其可靠的稳定性同时结合考虑了锂电池浆料分散特性的具体要求。高精密超剪切分散设备的工作原理为转子带动叶片高速旋转产生强大的离心力场在转子中心形成很强的负压区锂电池浆料从定转子中心被吸入在离心力的作用下浆料由中心向四周扩散。在向四周扩散的过程中浆料首先受到叶片的搅拌并在叶片端面与定子齿圈内侧窄小间隙内受到剪切然后进入内圈转齿与定齿的窄小间隙内在机械力和流体力学效应的作用下产生很大的剪切、摩擦、撞击作用而使浆料中颗粒破碎、团聚解聚。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐渐增高锂电池浆料在向外圈运动过程中受到越来越强烈的剪切、摩擦、冲击和碰撞等作用而被分散的越来越细从而达到混合分散的目的。同时在转子中心负压区浆料内会出现大量的气泡瞬时产生和破灭形成空穴现象从而产生很强的冲击波和射流作用使浆料团聚体解聚并分散有利于形成均一稳定的锂电池浆料从而提高锂电池电化学性能。

 

 依肯高剪切设备具有的独特技术优势

高剪切分散乳化设备的技术优势主要体现在以下 4个方面——

1,同直径转子转速相较其它厂家2900转左右高出约三倍:

      立式分体式结构,运行时间长,不易造成轴的偏心,容易更换,而且只要更换相应的皮带,一般的人员可以操作立式分体结构,通过皮带传动,并实现加速,加速比为31,以ERS2000-4为例正常50HZ频率下转速为7890RPM,外加变频可达13789RPMERS2000/4转子的直径为55mm

由此可得线速度

V1= 3.14X0.055X7890/60 =23 M/S

V2=3.14X0.055X13789/60=40 M/S

2,转子结构更精密并有独特设计,使之剪切作用力更大,剪切效果更好

 

   IKN定转子的间距可做到0.2-0.3mm,齿缝间距1mm.

 

  剪切速率的定义是两表面之间液体层的相对速率。

 剪切速率F (s-1) = v 速率 (m/s)/g -转子间距 (m)

   由上可知,剪切速率取决于以下因素:

转子的线速

– 转子-定子间距

   结合1,2中的数据可得:

   F1=23/0.25X1000=92000 S-1

  F2=40/0.25X1000=160000 S-1  

   普通转速为3000RPM的机型大约在 14293-21544 S-1

3,德国进口双端面机械密封拥有独特结构和特殊材质保证高速运转和长使用寿命

满足以下条件使得机械密封的使用寿命更长:

- 可允许的压力比率

- 充份的冷却和湿度

- 材料的合适搭配.

ikn密封件为双端面集装式密封,耐压性好,超高转速下拥有优异的密封表现。配有压力平衡罐,充入适当压力可保证机封上下端面受力平衡,同时运转时可通过自身偏心结构的带来的泵环效应和热虹吸效应实现冷却水的自动循环。该循环系统为独立系统,与外界无接触,平衡罐内冷却液可选纯化水或合适的溶剂,有效避免普通自来水冷却压力不稳和含有少量颗粒杂质对机封带来的损坏

4中试型乳化分散机与大型工业管线式量产机型配置基本相同

各种工作头的种类及相应线速度相同,中试过程中的工艺参数在工业化后之后不用重新调整,从而将机器型号升级到工业化的过程中的风险降到最低。

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