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超360Wh/kg量产在即!前段设备“升阶”
发布时间:2024-05-09 14:37:00
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  数据显示,2023年中国出货量达886GWh,创历史新高;2024年一季度,出货量200GWh,同比增长18%,呈现出规模大、增长快之趋势。业界预计,2024年全年中国出货量有望逼近1TWh。

  电池中国观察到,动力领域,目前可量产的电芯能量密度最高超过360Wh/kg,在高能量密度电芯制造体系下,正负极浆料、电解液(质)都朝着高固含量的方向发展,随之往往需要升级原有产线设备;另一方面,中国电池企业在迈向TWh时代过程中,锂电极限制造和电芯安全性的需求,也对产线设备提出更高要求。

  在此背景下,锂电设备在技术、产品创新方面迎来更严峻的升级挑战。

  不管是磷酸铁锂,还是三元,其制造过程对水分的控制要求极高。目前,前段工序中,粉体材料干燥、混合分散环节仍存在材料水分含量高、生产成本高、耗能高等痛点,容易导致材料温度均匀性差、水分去除不充分、电池组一致性不高、安全性低等问题,进而影响动力电池产品性能,对新能源汽车产生重大安全隐患。同时,电芯高能量密度,以及极限制造等需求,进一步拔高了锂电粉体材料干燥、混合分散的技术难度。

  瞄准锂电企业高安全、高一致性、高能量密度电池量产,以及极限制造中提质降本的需求,深圳市曼恩斯特科技股份有限公司从前段粉料材料干燥到混合分散、制浆,再到涂布环节不断投入研发力量,通过一系列创新的产品设计及应用助力电池制造的升级。

超360Wh/kg锂电量产在即!前段设备“升阶”

图为曼恩斯特锂电涂布研究院院长李宁演讲

  日前,在“第五届新能源汽车及动力电池(CIBF2024重庆)国际交流会”上,曼恩斯特锂电涂布研究院院长李宁,向与会代表分享了曼恩斯特在锂电领域,粉体(包括前驱体、正负极原材料等)干燥、多种材料混合分散/制浆设备的前沿技术和研发成果。

  电池中国发现,作为锂电涂布设备的龙头企业,曼恩斯特近年来在锂电工序上,其业务范围从涂布环节不断向前延展,不仅在2023年成功推出智能调度双螺杆制浆系统,而且创新研发了新一代粉体干燥、材料混合分散设备。那么,曼恩斯特如此布局有何逻辑,其相关设备如何解决行业痛点?受到业界的关注。

01

粉体干燥,保障电池本征安全

  实际上,干燥是锂电生产过程中的核心工序之一,其主要作用是去掉水分,提高电池安全性,减少电池热失控的发生,而干燥设备的迭代,则要在干燥的同时,降低能耗、提高生产效率、延长设备寿命、减少成本。

  在粉体干燥环节,曼恩斯特新一代喷雾干燥机组、双支撑单锥真空干燥机组、高温单锥干燥机等产品应运而生。

  >>新一代喷雾干燥机组

  比如,磷酸铁锂前驱体在干燥的同时,对粉体分散颗粒度大小、一致性要求极高,曼恩斯特新一代喷雾干燥机组的优势显现。

  据李宁介绍,该组设备干燥后的产品颗粒度D50≤10um(原料粒径<500nm),处于行业领先水平;设备驱动功率较目前主流水平降低30%,节能降耗;设备体积小重量轻,重量仅为同等变速箱形式的30%;设备分散口陶瓷化,可以提高粉体产品安全性,降低部件维护成本;其电机直连驱动,避免了机油泄露和乳化现象给粉体干燥、加工带来的不良影响。

  值得注意的是,为了降低电池的自放电,在生产过程减少金属混入是非常必要的。该组设备陶瓷分散口较金属分散口,更耐磨、耐腐蚀,不仅可以减少金属异物引入,而且延长了部件使用寿命,降低了维护成本。

  >>双支撑单锥真空干燥机组

  曼恩斯特双支撑单锥真空干燥机组是一种集减压蒸馏、混粉、干燥为一体的高效多功能全密闭立式真空干燥设备,主要适用于三元前段粉体干燥、加工。

  李宁指出,“该设备干燥效率是同等规格双锥回转真空干燥机、真空烘箱的3-5倍,能适应粘度大、热穿透性差,易滚球、易抱团成块的物料干燥。”

  据介绍,该设备热效率高,盘管强制导流换热,加热效率提高10%;收料率高,钛棒滤芯与主机一体;磁性异物少,内壁及螺带均带有涂层;稳定性高,主轴双支撑,扭矩高,跳动小;故障率低,主轴稳定不扫膛,机械密封磨损低,故障率降低70%;维修方便,维修时间降低90%以上。

  >>高温单锥干燥机

  值得一提的是,脱离结晶水在粉体干燥中至关重要,其技术要求高、能耗高。

  曼恩斯特高温单锥干燥机温度高,加热温度可到600℃,并可以根据客户更高温度要求,采用更加耐高温的密封材料,进一步提升干燥温度。此外,该设备采用电磁感应加热方式,升温快;比常规传导加热,节能超30%;与各种配套设施组合,还可以实现配液、常压、负压的工作环境,使用场景进一步拓展。

02

混合分散,决定电池关键性能

  混合分散/制浆环节决定了电池原材料混合均匀与一致性的程度,是确保电芯能量密度、倍率、循环寿命等电化学性能释放的基础。

  曼恩斯特在2023年8月推出智能调度双螺杆制浆系统。相比传统设备,该系统实现“一键制浆”,人工减少50%;其双螺杆高速分散工艺,使能耗降低20%,且设备具有高精度、高效率、长寿命等优势;整个制浆系统一次成本减少10%,运营成本减少15%。该系统不仅能够满足多种配方同时生产,而且提升了部件利用效率,降低了设备成本。

  重点是,该设备可使浆料达到更高固含量的要求,满足高能量密度电池技术发展趋势,并且适配干法电极电池生产。

  此外,曼恩斯特VC高效混合机、犁刀真空干燥混合机、卧式螺带混合机等产品,也适用于粉体/粉液混合、不同粘度浆料混合分散或包覆。

03

掌握材料需求,升级材料设备

  在锂电领域,曼恩斯特长期以来主要提供包括高精密狭缝式涂布模头、涂布设备及涂布配件在内的涂布先进解决方案。多年前,凭借其自研领先的涂布技术,宁德时代、比亚迪、中创新航和ATL等锂电头部企业纷纷向曼恩斯特采购相关设备,实现国产替代。数据显示,曼恩斯特的高精密狭缝式极片涂布模头在中国市场占有率持续领先。

  基于其涂布设备多年来在锂电行业广泛的应用经验,曼恩斯特对上游浆料和粉体材料积累了全面且深入的理解。一方面,随着其智能调度双螺杆制浆系统的应用,曼恩斯特进一步掌握了制浆环节对粉体及粉体干燥设备的要求;另一方面,进一步拓展研发了更多适用于不同场景的混合分散设备。

  值得一提的是,曼恩斯特的粉体干燥设备,拥有先天的验证优势。采用其粉体干燥设备加工的粉体,可以在其制浆和涂布设备上进行充分验证,缩短电池企业验证时间,并形成“粉体干燥-混合分散/制浆-涂布”一体化解决方案。

  整体看,锂电前段设备企业的竞争壁垒主要包括设备工艺精益求精、技术持续迭代、能耗不断减少、效率越来越高、产品多元化设计、成本大幅降低等。综合目前锂电制造要求,上述一体化解决方案,将有助于前段设备企业进一步提高市场竞争力。

稿件来源: 电池中国网
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