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锂离子电池制造

在我们的日常生活中,我们需要能源来满足日益增长的通信和移动需求。同时,这种能源需要以可持续的方式生产和储存,以节约我们生态系统的宝贵资源。

锂离子电池 (LIB) 因其高能量密度和长循环寿命而广泛用于便携式电子产品、电动汽车和电网存储。许多创新材料已被采用并商业化,以提高电池性能。

另一方面,电池工艺技术具有很大的改进潜力,可以充分发挥可用化学物质的潜力。双螺杆挤出有助于优化电池的制造工艺,使其更安全、更强大、更持久、更具成本效益。电池浆料的流变特性表征对于确保有效的丝网印刷工艺和开发新配方是必要的。

锂离子电池浆料

在从原材料到最终电池单元的多步骤过程中,使用双螺杆挤出机可以改善电极材料(又名电池浆料)生产的关键步骤。

电池浆料的生产通常通过在搅拌容器中分批混合活性材料、炭黑、溶剂、粘合剂和添加剂来实现。这个过程是劳动密集型的,存在批次间差异的风险,并且需要停机进行清洁。

双螺杆混炼提供了一个连续的生产过程,具有精确控制的材料剪切、传热、材料产量和停留时间。双螺杆挤出工艺提供高再现性、更少的清洁时间以及高材料和劳动效率。

与在批次混合(例如;在分散机中)工艺相比,双螺杆挤出机出色的分散和分布混合能力使阴极浆料更加均匀。作为回报,这将改善材料性能。

使用分散机混合的阴极浆料

使用分散机混合的阴极浆料
© 图片由布伦瑞克大学、IPAT、Mattis Batzer 先生提供

与左侧混合的阴极泥浆相同
与左侧混合的阴极泥浆相同

 

电池制造应用

了解更多关于双螺杆挤出的应用,,通过从具有挑战性的批量生产转变为控制良好的连续过程,可以帮助改进阴极和阳极浆料的传统生产。减少工艺中的溶剂可节省高达 30% 的总能耗;在这里,挤出机可以帮助生产几乎干燥的电池浆料。正在研究克服由易燃有机电解质新型电池类型引起的短路和火灾风险的方法。挤出机为固态电池 (SSB) 开发提供了卓越的能力。了解电极浆料的流变特性对于精确印刷工艺以获得高容量和大量充电循环的电池是必要的。

 

电池浆料的连续生产

阴极和阳极浆料混合

阴极和阳极浆料混合的问题

问题

  • 电池浆料通常在行星式混合器中分批混合。
  • 混合是劳动密集型的,材料效率低,并且存在批次间差异的风险。
阴极和阳极浆料混合分析

分析

  • 连续化浆料混合可减少材料损失、清洁时间、处理错误和产品变化。
阴极和阳极浆料混合解决方案

解决方案

  • 双螺杆挤出机以高重现性连续化浆料混合。
  • 控制成分、材料剪切和温度。

了解更多信息,请阅读应用指南:在密闭空间内连续双螺杆混合电池浆料

下载应用指南文档

 

无溶剂阴极和阳极浆料

无溶剂阴极和阳极浆料的问题

问题

  • 电极通常通过溶剂浇注法进行涂覆。
  • 需要耗能的溶剂蒸发和回收技术。
  • 挥发性溶剂既危险又昂贵。
无溶剂阴极和阳极浆料的分析

分析

  • PTFE 在无溶剂电极浆料中用作粘合剂。
  • PFTE 和活性材料粉末的混合需要高剪切力。
无溶剂阴极和阳极浆料解决方案

解决方案

  • 双螺杆挤出机成功地混合 PTFE 和活性材料以生产无溶剂浆料。
  • 高剪切导致形成结合活性材料颗粒的 PFTE 原纤维。

了解更多信息,请阅读应用指南:低成本和生态的干式锂离子电池浆料双螺杆混合

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固态锂电池

固态锂电池制造的问题

问题

  • 纯锂金属阳极具有最高的理论容量。
  • 但是,在 传统的液体电解质中,锂金属的枝晶生长和不稳定性导致电池的循环性能和安全性较差。
固态锂电池制造分析

分析

  • 固体聚合物电解质 (SPE) 对枝晶生长具有物理屏障作用。
  • SPE 能够在固态电池 (SSB) 中安全地应用纯锂金属阳极。
固态锂电池制造解决方案

解决方案

  • Thermo Scientific HAAKE MiniLab 双螺杆挤出机成功地用于无溶剂制备具有优异分散性的新型热塑性聚合物电解质。

通过阅读以下出版物了解更多信息:

R. F. Samsinger 等人。 基于微晶玻璃颗粒分散在含 LiTFSI 的 PEO 中的工艺对固态混合电解质离子电导率的影响电化学学会杂志, 第167卷,第 12 号引文 R. F. Samsinger 等人, 2020 J. Electrochem。Soc.167 120538

Francisco González 等人。 通过无溶剂处理制备用于固态锂金属电池膜的高性能聚合物/离子液体热塑性固体电解质(巴塞尔)。2018年9月;8(3): 55.

 


 

锂离子电池制造的流变学

锂离子电池制造的问题

问题

  • 了解电极浆料的流变特性对于以下工作是必要的:
    • 优化涂装工艺
    • 定义存储处理
    • 将分散质量表征为电池性能的预测指标。
锂离子电池制造分析

分析

  • 特性流动曲线(剪切速率下的浆料黏度)提供了浆料在泵送、搅拌和涂覆等过程中的流动行为的信息。
锂离子电池制造解决方案

解决方案

  • Thermo Scientific HAAKE iQ 空气旋转流变仪用于在广泛的剪切速率范围内以高精度测量流动曲线。

相关资源

密闭空间内的阴极浆料配混

在这段视频中,挤出机在没有干预防护的情况下运行。这仅用于演示目的,不得以这种方式使用。

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Thermo Fisher Scientific 的电池制造仪器

在工艺开发过程中,多功能性和易于操作至关重要。湿敏材料以及对健康有害的溶剂蒸气通常需要在惰性气氛下进行电极生产。因此,重要的是能够在密封区域内操作所有仪器(例如手套箱),而不会影响设备的全部优势。

我们提供实验室和中试规模的挤出设备,供全球电池开发领域的众多学术和工业市场领导者使用。我们的解决方案提供:

  • 占地面积小— Thermo Scientific Process 11 双螺杆混炼机代表了生产挤出机的所有功能,可缩小到实验室大小的单元,以适应安全工作台和手套箱的有限空间。
  • 稳健性— 所有电子设备都安装在紧凑型装置中,在惰性气体下运行时表现出最佳性能。
  • 开合式可拆卸桶设计— 即使在狭小的空间内也易于打开和关闭。彻底清洁,没有死角。在同一台仪器上执行不同应用时,所有接触部件都可以轻松更换,以防止交叉污染。
  • 分段螺杆设计— 针对特定应用需求轻松定制混合行为。
  • 多功能性— 适用于各种应用的各种附件:造粒装置、薄膜口模和膜后牵引装置、干浆料面切粒机、用于浆料工艺的不同模具设计。

 

挤出机

Process 11 Parallel Twin-Screw Extruder

Process 11 平行双螺杆挤出机

  • 紧凑型双螺杆挤出机。
  • 适合收容。
Process 16 Parallel Twin-Screw Extruders

Process 16 平行双螺杆挤出机

  • 中试规模的挤出机。
  • 多功能应用。

流变仪

HAAKE MARS Rheometers

HAAKE MARS 流变仪

  • 模块化流变仪平台。
  • 增强的材料表征。
HAAKE MARS iQ Rotational Rheometer

HAAKE MARS iQ 旋转流变仪

  • 旋转流变仪。
  • 滚珠或空气轴承系统。

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