優駿インテリジェントダブルプラネタリーミキサー：リチウム電池正極スラリー調製技術の革新

今日、電池電力業界が TWh 時代に向けた進歩を加速させている中、リチウム電池のエネルギー密度、サイクル寿命、安全性能はすでに企業の中核的な競争力を示す重要な指標となっています。そして、これらすべての性能面は、リチウム電池正極シートの製造における「防御の第一線」としてのリチウム電池正極スラリー調製 - の品質に根ざしており、正極スラリーの均一性、安定性、分散はその後のコーティング、圧延、その他のプロセスの有効性を直接決定し、最終的な電池製品の全体的な性能にさえ影響を与えます。このような業界の要求の下で、優順インテリジェントダブルプラネタリーミキサーマシンは、リチウム電池装置分野における技術蓄積と革新的なブレークスルーを頼りに、正極スラリー調製の中核問題を正確に解決し、企業のコスト削減、効率の向上、製品競争力の強化を支援する重要な装置となっています。

リチウム電池の正極ペーストは、単なる材料の混合物ではなく、正確な割合で複数の成分から構成される複雑なコロイド系です。これはリチウム電池の「栄養溶液」とみなすことができ、正極の原材料と完成した電池セルを接続する中心的なリンクとして機能します。その主成分には、カソード活物質 (NCM523、NCM811、リン酸鉄リチウムなど)、導電剤 (導電性カーボン ブラック、カーボン ナノチューブなど)、バインダー (ポリアクリロニトリル、PVDF など)、および有機溶媒 (N,N- ジメチルアセトアミド、N- メチルピロリドン、など）。配合によっては、性能を最適化するために少量の無機充填剤や粉砕剤を添加することもあります。

これら 4 つのコンポーネントにはそれぞれ独自の機能があり、不可欠です。活物質はエネルギーの貯蔵と放出の中核であり、バッテリーのエネルギー密度と電圧プラットフォームを直接決定します。導電剤は、効率的な電子伝達ネットワークを構築し、電極のオーム抵抗を低減し、活物質粒子間の接触不良を回避する役割を果たします。バインダーは「接着剤」のように機能し、活物質と導電剤をアルミニウム箔集電体にしっかりと固定し、電極構造の完全性を維持し、コーティングと集電体間の強固な接着を確保します。有機溶媒は分散媒として機能し、バインダーを溶解して固体粒子の表面を濡らし、すべての成分の均一な混合を保証します。

理想的には、正極スラリーは「凝集なし、気泡なし、均一性が高く、安定性が高い」という効果を達成し、導電剤が活物質の表面を均一に覆い、バインダーが細孔を塞ぐことなく粒子間に効果的な接続を形成できるようにする必要があります。この微細な-レベルの均一な分布は、リチウム電池が高いサイクル寿命、高レート性能、高い安全性を達成するための前提条件であり、スラリー調製プロセスの中心的な追求目標でもあります。業界統計によると、リチウム電池の性能障害の約 15% はスラリー混合プロセスの欠陥に起因するとされており、これは正極スラリー調製の重要性を明確に示しています。

現在、リチウム電池正極ペーストのスラリー均質化プロセスは主に湿式法、半乾式法、乾式法、バインダーを使用しない湿式法（ワンステップ法）の 4 つのルートで構成されています。-これらのルートにはそれぞれ独自の焦点がありますが、すべてが一連の共通かつ個別の課題に直面しており、それが企業の生産効率と製品品質を制限する主要なボトルネックとなっています。これらは 4 つの主要な問題に要約できます。

不均一な分散や凝集の問題が顕著

カソード スラリー中の活物質と導電剤は、ほとんどがナノサイズの粉末であり、大きな比表面積と高い表面エネルギーを持っています。-凝集しやすい。従来の装置は単一の撹拌方法を採用しているため、包括的で強力なせん断力を形成することが困難です。-その結果、粉末粒子が完全に分散されず、「硬い凝集」粒子が形成されます -これらの凝集粒子は電子伝達チャネルをブロックし、電池のエネルギー密度を低下させ、またセパレータに亀裂が入って容量が低下する可能性もあります。特に乾式プロセスでは粉体混合の均一性が極めて高い（偏差値が必要）<3%), and traditional equipment is difficult to meet this strict standard. At the same time, it also faces the bottleneck of low powder wetting efficiency, and has extremely high requirements for the equipment stirring trajectory and dispersion disc line speed (≥17m/s).

気泡の滞留と安定性の不足

PVDF ゲル溶液を調製する湿式プロセスでも、ゲル調製を行わない「ワンステップ」製造方法でも、撹拌プロセス中に空気が混入しやすく、その結果、気泡が発生します。従来の装置の真空制御能力には限界があり、スラリー中の小さな気泡を効果的に除去することができません。これらの気泡は、電極コーティングプロセス中にピンホールや材料不足の欠陥を引き起こし、電極の外観品質に影響を与えるだけでなく、電池の内部短絡を引き起こす可能性があり、使用の安全性を著しく脅かします。同時に、従来の装置ではスラリーの温度と粘度を正確に制御することが困難で、保管中や使用中にスラリーの層化や沈殿、バッチの一貫性の低下、その後の生産の安定性に影響を及ぼします-。湿式プロセスでは、従来の装置はゲル溶液中の気泡の滞留、材料の浸透不足、バッチの安定性の低下などの問題に直面することがよくあります。湿式非{{5}ゲル調製プロセスでは、装置は高速分散（1350 r/min）と精密な真空制御（-80 kPa）を同時に達成する必要がありますが、従来の装置では分散効率とスラリーの安定性のバランスをとることができません。

プロセスの互換性が低く、エネルギー消費が高い

異なるカソード材料 (三元材料やリン酸鉄リチウムなど) や均質化プロセスのルートが異なると、回転速度、トルク、温度制御、混合装置のブレード構造などのパラメータに対する要件が大幅に異なります。たとえば、LFP システムでは密度が高いため (2.6g/cm3 対 NCM 2.0g/cm3)、粒子の沈降抵抗を克服するにはより高い回転速度が必要ですが、NCM システムでは回転速度が高すぎると PVDF 分子鎖が切断されてしまいます。セミドライプロセスでは、「混合分散」デュアルステージで、装置に強力なトルク出力とインテリジェントな温度制御機能が必要です。-従来の装置では、使用時にシャフト内での材料の詰まり、エネルギー消費の多さ、分散の不完全さなどの問題が発生しがちでした。従来の装置はほとんどが固定構造であり、さまざまなプロセス要件に柔軟に対応できませんでした。プロセスを変更する場合、装置を交換したりパラメータを大幅に調整したりする必要がありますが、これは煩雑であり、装置の稼働率が低くなり、エネルギー消費が高くなり、企業の生産コストが増加します。

生産効率が低く、バッチの一貫性が低い

従来の均質化装置の撹拌サイクルは長いです。例えば、従来の湿式プロセスの生産サイクルでは 12 時間以上を要します。このうち、PVDF ゲルの調製には 4-6 時間の撹拌、+ 12 時間の放置、主材料の浸透に 5 時間、高速分散には 1300 r/min の連続速度が 5 時間必要です。これは生産効率を大きく制限します。同時に、この装置にはインテリジェントな制御機能が欠けており、リアルタイムで撹拌パラメーターを監視および調整することができないため、異なるバッチからのスラリーの粘度、分散度、その他の指標に大きな変動が生じ（国家標準の±5％要件を超えます）、電池製品の一貫性に影響を及ぼし、その後の選別と試験の作業負荷とコストが増加します。

均質化プロセスの 4 つの主要な問題点に対応するため、優順インテリジェント機器の研究開発チームは 3 年間をかけて技術的な研究開発を行いました。流体力学、材料科学、インテリジェント制御技術を統合することで、新世代のインテリジェントなデュアルプラネット混合システムを作成しました。- 5 つの主要な利点により、正極ペーストの調製における問題を正確に解決し、リチウム電池企業にとって推奨される機器になります。-優順インテリジェント ダブルプラネタリー ミキサーを選択するということは、本質的に、効率的で安定した省エネルギーの生産ソリューションを選択することを意味し、また、製品の競争力を高めることを選択することを意味します。-

デュアルプラネット複合混合により不均一分散の問題を解決

この装置は、「遊星フレーム回転 + 分散ディスク回転」の二重移動システムを採用し、ロータリー スクレーパー設計と組み合わせて、360 度の角なし混合と材料の乱流対流を実現し、混合デッド ゾーンや材料残留物に完全に別れを告げます。-ミキシング パドルの底部かき取り設計と、バレル内部の高い真円度 (0.2 mm 未満) および適度なパドルの材料ギャップとの組み合わせにより、バレルの壁と底の材料を確実に完全に混合できます。{6}}同時に、分散ディスクのライン速度は、業界の従来の標準をはるかに上回る 25m/s に達することができ、これにより、強力なせん断力を生成し、粉末の凝集を効果的に破壊し、ペーストの粒径を極めて低いレベルで制御することができます。{9}}実際の測定データは、従来の装置と比較して、処理された材料の均一性が40％向上し、バッチ一貫性が99.3％に達し、粉末混合の均一性に対する乾式プロセスの厳しい要件を完全に満たし、粉末の湿潤効率を大幅に向上させ、三成分およびリン酸鉄リチウムなどのさまざまな正極材料の分散ニーズに適していることを示しています。

超臨界真空技術により気泡が残留するリスクを排除

Yushun Intelligent は、業界の従来の装置の真空レベルをはるかに超える、-98 kPa の超高真空レベルを達成できる多段階真空勾配制御システムを革新的に開発しました。{{0}同時に、2組のメカニカルシールとソフト-コンポジットシール設計を採用し、遊星変速機ボックスの完全密閉構造を採用し、油漏れやガス漏れなく真空圧力が-0.092以上を24時間維持します。この効率的な真空システムはスラリーから小さな気泡を素早く除去し、脱泡効率を 60% 高め、残留気泡含有量を 0.01% 未満に削減します。これにより、電極穴や材料不足などの欠陥を根本から解消し、電池の安全性能を確保します。さらに、真空環境は溶媒の蒸発とスラリーの酸化を効果的に防止し、スラリーの安定性をさらに高め、湿式非硬化プロセス「ワンステップ法」の厳しい真空要件を満たします。