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锂离子电池浆料混合机
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锂离子电池浆料的混合分散过程可以分为宏观混合过程和微观分散过程,这两个过程一直都会存在于锂离子电池浆料制备的整个流程。 
在锂电池制备行业,选对设备就等于成功了一半。  
锂离子电池浆料混合机三维紊流混合造粒技术使锂电池材料在混合过程中受到 强烈的剪切力和捏合力,从而实现更快、更均匀的混合。这种均匀性对锂电池材料来说极其重要,一旦混合不均匀,电池在使用中可能出现容量衰减过快或者性能不稳定的问题。而三维紊流技术,能够确保混合后的材料各项参数一致,从源头上保证了电池质量。 
锂离子电池浆料混合机在锂离子电池生产过程中起着至关重要的作用,以下是关于它的详细介绍:
基本结构与组成部分
罐体:通常为圆筒形,采用不锈钢等耐腐蚀材料制成,为整个混合过程提供密封且稳定的空间,其容量大小根据生产规模有所不同,从实验室小型的几升容积到工业生产用的数千升容积都有,并且罐体的设计会考虑到方便清洗、维护以及物料进出等操作。
搅拌系统:这是核心部件,主要由搅拌轴和搅拌桨叶组成。搅拌轴一般垂直安装在罐体内,由电机通过减速机等传动装置驱动旋转。搅拌桨叶的种类多样,常见的有锚式、桨式、涡轮式、螺带式等,不同类型的桨叶在搅拌时产生的流型和对物料的作用效果不同。例如,锚式桨叶能贴合罐体内壁,对靠近壁面的物料有较好的搅拌作用,防止物料沉积;涡轮式桨叶则能产生较强的剪切力,利于分散物料中的团聚体。
分散系统:有的混合机配备单独的分散系统,通过高速旋转的分散盘等部件对物料施加强大的剪切力,使浆料中的固体颗粒(如活性物质、导电剂等)能够快速分散开来,打破团聚状态,实现更均匀的分布。分散盘的转速通常较高,可达数千转每分钟,并且可以根据需要进行调速。
加热与冷却系统:为了控制浆料的温度,使其处于适宜的混合状态,混合机会设置加热和冷却装置。加热可采用夹套式、盘管式等方式,通过通入热水、热油或蒸汽等热介质来升高浆料温度;冷却则通常利用循环水、冷冻水等作为冷却介质,确保在混合过程中物料不会因温度过高而发生性质变化,或者在一些需要降温的工艺环节能快速降低温度。
进料与出料装置:进料装置能够精确地将不同的原料(如正极活性物质、负极活性物质、粘结剂溶液、溶剂等)按照设定的比例和顺序输送到罐体内,可采用计量泵、重力进料、真空进料等多种方式。出料装置方便将混合好的浆料排出,一般位于罐体底部或侧面,有的还带有阀门等控制部件,便于控制出料的流量和速度。
控制系统:借助可编程逻辑控制器(PLC)、触摸屏等人机交互界面,实现对搅拌速度、分散速度、温度、进料量、出料量等众多参数的精确控制和实时监测,操作人员可以根据工艺要求灵活设定参数,并能及时获取设备运行状态信息以及故障报警提示,保证混合过程稳定、高效地进行。
工作原理
锂离子电池浆料混合机通过搅拌系统、分散系统等协同作用来实现浆料的均匀混合。首先,将各种原料按照一定的配方比例依次加入罐体内,然后启动搅拌系统,搅拌桨叶旋转带动周围的物料做圆周运动,形成不同的流型,使物料在罐体内进行宏观的混合。同时,分散系统的高速分散盘等部件对物料产生强大的剪切力,将浆料中的固体颗粒进一步打散,使其均匀分散在溶剂和粘结剂组成的液相中。在这个过程中,加热或冷却系统会根据设定的温度要求调节浆料的温度,确保物料处于最佳的物理化学状态,便于混合和分散。经过一定时间的搅拌和分散操作,最终得到均匀、稳定的锂离子电池浆料。
主要类型及特点
行星式搅拌混合机:
特点:搅拌桨叶除了绕自身轴线旋转外,还会绕着罐体内的中心轴线公转,这种独特的运动方式使得物料在罐体内的混合轨迹复杂多变,能够实现非常全面且均匀的混合效果,几乎不存在混合死角;对高粘度、高固含量的浆料也有较好的处理能力,可以充分搅拌分散锂离子电池浆料中的各种成分,并且设备运行相对平稳,噪音较低。
应用场景:广泛应用于锂离子电池正负极浆料的制备,尤其是在处理一些含有高比例活性物质、较难分散的复合导电剂等复杂配方浆料时,能展现出优越的混合性能,常用于工业大规模生产以及对浆料混合质量要求较高的场合。
双行星搅拌混合机:
特点:具备两根搅拌轴,各自带有搅拌桨叶,两根轴同时进行自转和公转运动,进一步增强了对物料的搅拌和剪切作用,混合效率更高;可以根据需要灵活调整两根搅拌轴的转速、转向等参数,适应不同性质和配方的浆料;在混合过程中能更好地带动罐体内所有物料参与到混合中,避免物料堆积在底部或角落。
应用场景:适用于各种锂离子电池浆料,特别是对于一些新型、高性能电极材料组成的浆料,需要更加精细且快速混合的情况,常用于科研单位的研发试验以及企业的新产品开发、中试生产等环节。
高速分散搅拌混合机:
特点:以高速分散功能为突出特点,其分散盘的转速极高,能对浆料产生超强的剪切力,快速将固体颗粒分散开,缩短了混合时间;同时也配备有常规的搅拌桨叶,在高速分散后进行进一步的宏观搅拌,使浆料整体更加均匀;但相对而言,它对高粘度浆料的处理能力稍弱一些,不过在中低粘度浆料混合方面效率优势明显。
应用场景:常用于锂离子电池浆料中前期的分散混合阶段,比如将新投入的活性物质、导电剂等先利用高速分散功能打散,然后再结合搅拌功能完成后续的均匀混合,在实验室和一些小规模生产中应用较多。
在锂离子电池生产中的作用
确保浆料质量均匀性:通过精确且高效的混合作用,使锂离子电池浆料中的活性物质(如正极的锂钴酸锂、负极的石墨等)、导电剂(如炭黑、导电石墨等)、粘结剂(如聚偏氟乙烯等)以及溶剂(如 N - 甲基吡咯烷酮等)等各成分均匀分布,避免出现局部成分浓度过高或过低的情况,从而保证了每一批次浆料的质量稳定,为后续制成性能一致的电池极片奠定基础。
提高电池性能:均匀的浆料在涂覆到集流体上制成极片后,能使极片的导电性能、电化学性能等更加均匀,减少电池在充放电过程中的极化现象,提高电池的充放电效率、容量保持率以及循环寿命等关键性能指标,有助于提升整个锂离子电池的品质和性能表现。
提升生产效率:高效的混合机能在较短时间内完成浆料的混合任务,减少了生产周期,尤其是对于大规模的锂离子电池生产企业来说,可以更快地为后续生产环节提供合格的浆料,满足市场对电池产品数量的需求,增强企业的竞争力。
便于工艺控制和优化:凭借其精确的控制系统,操作人员可以方便地调整混合过程中的各种参数,如搅拌速度、分散速度、温度、进料量等,便于根据不同的电极材料配方、产品性能要求等进行工艺的优化和调整,从而能够研发和生产出满足不同应用场景的锂离子电池产品。
技术发展趋势
智能化与自动化:与物联网、大数据、人工智能等新兴技术深度融合,实现混合机的远程监控、故障诊断、自动参数优化等功能,通过实时采集和分析设备运行数据以及浆料混合质量数据,提高生产过程的智能化水平,降低人工操作的不确定性和误差,确保生产质量的稳定性和一致性。
高效节能:研发新型的搅拌桨叶和分散盘设计,优化传动系统和动力配置,在提高混合效率的同时降低设备的能耗,采用节能型的加热和冷却方式,减少能源消耗,降低生产成本,符合可持续发展的要求。
多功能一体化:将多种功能(如混合、分散、乳化、脱气等)集成到一台设备上,满足锂离子电池浆料制备过程中更多复杂的工艺需求,减少生产环节中不同设备的切换使用,提高生产效率,同时也便于设备的整体管理和维护。
小型化与模块化:针对实验室研发、小批量定制生产等需求,开发小型化、模块化的混合机,方便科研人员快速进行浆料配方的试验和优化,同时模块化的设计便于设备的组装、拆卸和升级,更灵活地适应不同的应用场景。
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