Proces van droge elektroden: de sleutel tot massaproductie van krachtige -solid-state-batterijen-

In alle-vaste-batterijen wordt de vloeibare elektrolyt vervangen door een vaste- elektrolytmembraan. Bijgevolg vereist het front{4}}productieproces de voorbereiding van deze vaste elektrolytfilm naast de traditionele positieve en negatieve elektrodevellen. Dit proces is een cruciale schakel in de workflow van de batterijproductie en bepaalt rechtstreeks de prestaties en kwaliteit van de uiteindelijke cel. Terwijl het natte proces momenteel de productielijnen voor solid{7}}-batterijen domineert, wordt het droge proces steeds meer de mainstream richting voor de volgende-generatie solid-solid-state batterij-technologie, dankzij de gecombineerde voordelen op het gebied van kosten, procesefficiëntie en materiaalcompatibiliteit.

01. Belangrijke upgrades in de productie van solid{1}}-batterijpre--productie

Het productieproces voor vaste-batterijen verschilt fundamenteel van dat van traditionele vloeibare batterijen. Het front-filmvoorbereidingssegment is de cruciale overgangsfase in het batterijproductieproces. Deze fase dicteert rechtstreeks de energiedichtheid, de snelheidsprestaties en de levensduur van de voltooide cel. In alle-vaste-batterijen vervangt het vaste-elektrolytmembraan de vloeibare elektrolyt. Daarom moet de front{9}}voorbereiding niet alleen de conventionele positieve en negatieve elektrodeplaten omvatten, maar ook de vaste- elektrolytfilm. Deze fundamentele verandering introduceert nieuwe uitdagingen en biedt tegelijkertijd kansen voor procesverbetering.

02. Technologische transformatie: de sprong van nat naar droog proces

De huidige voorbereidingsprocessen voor de voorkant van solid{0}}batterijen- worden hoofdzakelijk onderverdeeld in twee technische routes: nat en droog. Het natte proces is nog steeds afhankelijk van het oplosmiddelsysteem van traditionele vloeibare batterijen, waarbij elektrode- of elektrolytmaterialen worden gemengd met een bindmiddel om een ​​slurry te vormen, gecoat en vervolgens gedroogd om de filmvorming te voltooien.

Hoewel dit proces relatief volwassen is, heeft het inherente nadelen: het vereist het gebruik van grote hoeveelheden giftige organische oplosmiddelen (zoals NMP), vereist hoge-energie-stappen voor het drogen en terugwinnen van oplosmiddelen, en beperkt de toepassing van bepaalde geavanceerde- materialen die gevoelig zijn voor oplosmiddelen.

Het droge proces daarentegen innoveert de productie van elektroden door het gebruik van oplosmiddelen en de daaropvolgende droogstap te elimineren. Het droge proces is sterker afhankelijk van droge meng- en fibrillatieapparatuur met hoge afschuiving om uniforme materiaaldispersie en voorvorming te bereiken, door meerdere-rollen te persen om de filmvorming direct te voltooien.

De kernvoordelen van de technologie voor droge filmvorming zijn duidelijk over drie dimensies heen:

• Kostenefficiëntie:Door de coating-, droog- en oplosmiddelterugwinningsfasen achterwege te laten, zijn de investeringen in apparatuur lager, wordt het energieverbruik verlaagd en kunnen de totale celproductiekosten met ongeveer 18% worden verlaagd.

• Prestatieverbetering:Het droge proces verhoogt effectief de verdichtingsdichtheid van het actieve materiaal, wat leidt tot een toename van de energiedichtheid van ongeveer 20%. De semi{2}}vaste- batterij van SAIC Group, geïntegreerd in het MG4-model, heeft een systeemenergiedichtheid van 400 Wh/kg bereikt, wat een snelle oplaadtijd van 400 km in 12 minuten ondersteunt.

• Milieu- en materiaalcompatibiliteit:Het droge proces elimineert de noodzaak van giftige oplosmiddelen, waardoor de milieuvervuilingsproblemen van het traditionele natte proces worden opgelost. Tegelijkertijd maakt het de toepassing mogelijk van meer kosten-effectievere materialen (zoals op mangaan-gebaseerde kathodes).

03. Technologiematrix: gediversifieerde paden voor de vorming van droge films

Droge filmvorming is niet één proces, maar een matrix die verschillende technische routes omvat. Momenteel omvatten de meer representatieve technologieën voor de voorbereiding van droge elektroden voornamelijk zes typen:

• Fibrillatiemethode:Maakt gebruik van een hoge schuifkracht om het bindmiddel te fibrilleren, waardoor het actieve materialen en geleidende stoffen stevig kan inkapselen, waardoor een zelf-ondersteunende elektrodefilm ontstaat. Dit proces vereist extreem hoge schuifkracht en temperatuurcontrolemogelijkheden van de apparatuur.

• Droge sproeiafzetting:Maakt gebruik van geladen poeder, dat gelijkmatig wordt afgezet op de stroomafnemer onder een elektrisch veld, door heet te persen, om het bindmiddel te smelten en te fixeren, waardoor een zelf-ondersteunende film ontstaat.

• Andere methoden:Vapour deposition, hot{0}}melt extrusie, direct persen en 3D-printen worden toegepast op basis van verschillende materiaaleigenschappen en toepassingsscenario's.

Deze verschillende trajecten variëren wat betreft technische principes, toepasbare materialen, filmvormbaarheid- en complexiteit van de apparatuur, en zijn geschikt voor verschillende toepassingen, zoals grootschalige,- flexibele elektroden, kleine- apparaten en dikke elektrodevellen.

Vergelijking van de belangrijkste technische routes voor droge filmvorming

De industrie is over het algemeen van mening dat de Binder Fibrillation Method een superieure prestatiestabiliteit en verwerkbaarheid vertoont, en positioneert deze als de opkomende mainstream-route.

04. Uitdagingen van de industrialisatie: het overbruggen van de kloof tussen laboratorium en massaproductie

Ondanks de duidelijke voordelen van droge filmvorming, wordt de opschaling van laboratorium naar massaproductie met talloze hindernissen geconfronteerd. Capaciteit en efficiëntie zijn van het grootste belang. De droge coatingcapaciteit en -snelheid blijven nog steeds achter bij traditionele natte processen, en de uniformiteit en hechtingsprestaties tijdens breed-spuiten vereisen aanzienlijke verbetering.

Coatinguniformiteit en kwaliteitscontrole vormen een andere grote uitdaging. Niet--uniforme droge elektrodecoatings kunnen 'hotspots' in de elektrode veroorzaken, wat leidt tot versnelde achteruitgang van de batterijprestaties en potentiële veiligheidsrisico's.

Ook de compatibiliteit van bindmiddelen en materialen moet verder worden geoptimaliseerd. Het bereiken van een uniforme verdeling van PTFE-fibrillen in het mengsel en het voorkomen van schade aan actieve materiaaldeeltjes is essentieel. Bovendien is PTFE onstabiel bij lage spanningen en reageert het onomkeerbaar met lithium, wat de toepassing ervan in negatieve elektroden beperkt.

De uitdagingen aan de kant van de apparatuur zijn even ernstig. Het droge proces stelt hogere eisen aan kernwalsen-persmachines. De prestaties en productie-efficiëntie van de kalandermachine als kernapparatuur zijn van cruciaal belang voor het bepalen van de levensvatbaarheid van het droge proces voor massaproductie.

TOB NIEUWE ENERGIEwerkt actief aan het aanpakken van deze uitdagingen, met als doel het bindmiddelgehalte in de negatieve elektrode te beperken tot 0,7% en de positieve elektrode tot minder dan 1,5% om efficiëntere, goedkopere filmvormprestaties- te bereiken.

05. Apparatuurinnovatie: de cruciale drijvende kracht achter de implementatie van droge processen

Apparatuur is doorgaans het speerpunt van de industrialisatie van solid{0}}batterijen. Op het gebied van droge filmvorming is apparatuurinnovatie de belangrijkste motor voor technologische implementatie.

• Front-procesapparatuur:Is goed voor ongeveer 32% van de waarde van de gehele productielijn, inclusief kernapparatuur voor hoog-efficiënt mengen, materiaaldispersie, coating en behandeling met hoge- afschuiving.

• Mid-procesapparatuur:Neemt ongeveer 45% van de lijnwaarde voor zijn rekening, gecentreerd rond hoog-efficiënte stapelmachines (25% van de lijnwaarde) en horizontale isostatische persen (13% van de lijnwaarde), die het hele proces bestrijken, van vormgeving tot verdichting.

• Terug-Eindeprocesapparatuur:Is goed voor ongeveer 23% van de waarde van de lijn, inclusief uitgebreide droogpoedertesters en horizontale armatuuroplossingen voor hoge- hoge temperaturen voor geïntegreerde solid{2}}-batterijkasten, waardoor hoge- spanningsvorming en capaciteitsbeoordeling en assemblage worden bereikt.

06. TOB NIEUWE ENERGIE: Het bieden van alomvattende oplossingen, van laboratorium tot massaproductie

Het aanpakken van de industrialisatiekansen en -uitdagingen van de technologie voor droge filmvorming,TOB NIEUWE ENERGIEmaakt gebruik van jarenlange technische accumulatie in de batterijproductie om klanten een complete oplossing te bieden, variërend van laboratorium tot massaproductie.

Oplossingen voor laboratorium-droge elektrodeleidingen op schaal

Wij bieden een volledig pakket aan op maat gemaakte apparatuur en diensten voor experimentele lijnen met droge elektroden. Onze ontwikkeldLaboratorium Jet Millintegreert miniaturisatie, intelligentie en hoge precisie, geschikt voor experimentele poedervoorbereiding-kwaliteit die nodig is voor de fibrillatie van droge elektrodematerialen uit lithiumbatterijen. DeLab droge elektrode filmvormmachineis een laboratoriumonderzoeksapparatuur voor droge elektroden die kan worden gebruikt voor het poeder-tot-filmvormingsproces.

Oplossingen voor pilot-productie op schaal

Wij biedenMachines voor het vormen van droge elektrodefilmsdie verschillende productielijnvereisten ondersteunen, waaronder apparatuur voor massaproductiecapaciteit op GWh-niveau. Door nauwkeurige spanningscontrole en dikteaanpassing kunnen we de voorbereiding van droge elektrodeplaten bereiken die zo dun zijn als 27 μm of zelfs dunner.

Oplossingen voor industriële massaproductie

Voor industriële massaproductiebehoeften bieden wij complete productielijnoplossingen voor droge elektroden. Ons systeem omvat alle processen, inclusief regelbare voeding, filmvorming, verdunning, compounding van stroomcollectoren en kwaliteitscontrole. De productbreedte kan 1000 mm bereiken, met een diktebereik van 40-300 μm, en is compatibel met 2 tot 6 droge elektrodeplaten die parallel werken voor een uiterst efficiënte productie.

Ons technische team heeft een diepgaand inzicht in elk aspect van het droge-filmvormingsproces en kan op maat gemaakte oplossingen voor procesoptimalisatie bieden op basis van de specifieke materiaalsystemen van de klant (zoals grafiet/silicium-koolstof-negatieve elektroden, ternaire/LFP positieve elektroden en diverse volledig-vaste-elektrodematerialen) en apparatuurbehoeften. Op het gebied van materialen ondersteunen we onze klanten met geavanceerde batterijmaterialen, waaronder gespecialiseerde bindmiddelen en gemodificeerde geleidende middelen die geschikt zijn voor het droge proces, waardoor een optimale compatibiliteit tussen materialen en processen wordt gegarandeerd.