在日常生活中,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进行生产和储存,以节约生态系统中的宝贵资源。

 

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。

 

双螺杆混合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,减少清洁时间,提高材料和劳动效率。

 

与批次混合(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

使用挤出机混合的阴极浆料

© 图片由布伦瑞克大学、IPAT、Mattis Batzer 先生提供


电池制造应用

了解更多关于双螺杆挤出的应用,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方式。减少工艺中的溶剂用量,可节省高达 30% 的总能耗;因此,挤出机可以帮助生产几乎干燥的电池浆料。易燃有机电解质新型电池会引起短路和火灾风险,正在研究解决这一问题的方法。挤出机提供了卓越的固态电池 (SSB) 开发能力。了解电极浆料的流变特性对于精确印刷工艺是必要的,这样可以获得容量高和充电循环次数多的电池。


电池浆料的连续生产

阴极和阳极浆料混合

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。

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。

溶液

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

无溶剂阴极和阳极浆料

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。

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。

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。
  • 高剪切力促使形成结合活性材料颗粒的 PTFE 原纤维。

固态锂电池

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。

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。

溶液

  • 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。

锂离子电池制造的流变学

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。

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。

溶液

  • 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。

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环境下进行电极生产。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。我们的解决方案具备:

  • 占地面积小— Thermo Scientific Energy 11 双螺杆混合机具有量产型挤出机的所有功能,其体积缩小至适合实验室空间的装置,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、压膜和膜后牵引装置、干浆料面切粒机、用于浆料工艺的不同模具设计。

挤出机

流变仪

HAAKE MARS 流变仪

  • 模块化流变仪平台
  • 增强的材料表征

HAAKE MARS iQ 旋转流变仪

  • 旋转流变仪
  • 滚珠或空气轴承系统

相关资源