Сухой процесс: упрощение производства электродов

Когда технология позволяет реконструировать логику производства, оборудование становится источником промышленной жизнеспособности.

На ранних стадиях производства литиевых батарей происходят незначительные изменения. Некоторые компании стремятся упростить процесс подготовки электродов и начинают экспериментировать с подготовкой сухих электродов.

Сухие электроды не являются новой концепцией, они были применены в европейских и американских лабораториях еще в 1982 году. Тем не менее, сосредоточенное внимание отрасли на сухих электродах началось три года назад с «заговора» Теслы. В 2019 году Tesla приобрела Maxwell за 235 миллионов долларов в акции, с премией более 55%. Основной технологией Maxwell является технология сухих электродов. В следующем году Tesla представила цилиндрическую батарею 4680 в День батареи, объявив, что она будет применять технологию сухих электродов в этой новой цилиндрической системе батарей. Применение технологии сухих электродов как в положительных, так и в отрицательных электродных материалах может устранить необходимость в растворителях, повысить эксплуатационные преимущества электродов и сократить инвестиции в оборудование благодаря упрощенным процессам. Однако, индустриализация сухой подготовки электрода все еще отстает от влажного метода. Ранее в этом году экспериментальный завод Tesla во Фримонте, штат Калифорния, произвел свою миллионную батарею 4680. Индустриализация «урагана» цилиндрической батареи 4680 охватывает, что делает прорыв в технологии сухих электродов актуальной задачей.

Подготовка электрода: сухой против влажного

В ранних стадиях производства батареи лития, влажный процесс подготовки электрода уже очень зрелый. Процесс включает смешивание, нанесение покрытия, сушку, восстановление NMP и прокатку, переход электрода от сухого к влажному и обратно к сухому. Влажный процесс относительно прост; при «мокром» состоянии суспензия имеет хорошую текучесть и меньше пузырьков, что значительно повышает эффективность подготовки электродов и закладывает прочную основу для перехода аккумуляторной батареи к эпохе TWh. По сравнению с мокрым методом сухой процесс имеет четыре основных преимущества:

• Упрощенный производственный процесс: Ядром сухой подготовки электрода является отказ от «мокрого». Сухой метод не использует связующие или растворители, упрощая подготовку суспензии, покрытие, сушку и процессы восстановления растворителя во влажном методе.

• Повышенная плотность энергии: сухие подготовленные электроды могут иметь более высокую плотность уплотнения, вмещая более активный материал. Дополнительно, по мере того как растворители постепенно оставлены, интеграция отрицательных материалов электрода улучшает, облегчая добавление лития и уменьшая начальную потерю емкости цикла. В настоящее время плотность энергии сухих электродов превышает 300 Втч/кг, с долгосрочной целью достижения 500 Втч/кг.

• Совместимость с системами батарей: система материала батареи силы постепенно эволюционирует к высоко-никелевым и кремний-легированные материалам. Технология сухих электродов может уменьшить влияние влажности на производительность положительных электродов с высоким содержанием никеля и лучше выдерживать расширение отрицательных электродов на основе кремния.

• Увеличенный срок службы: без связующих веществ срок службы батареи значительно улучшается.

Возможность «крайнего упрощения»

Трудность выбора заключается в дилемме между тем, что должно быть, и тем, что легко. Сравнивая эти два метода, мокрая подготовка электродов в настоящее время является зрелой, в то время как массовое производство сухих электродов представляет собой возможность «крайнего упрощения». Перспективным является видение подготовки сухих электродов: меньшие площади установок и оборудования, более низкое потребление энергии и снижение затрат на батареи. Однако реализовать отказ от «мокрого» в коммерческих применениях непросто. В 1991 году Sony исследовала коммерческое использование мокрого метода, который с тех пор стал основным для подготовки электродов, именно для того, чтобы избежать проблем с выполнимостью, эффективностью и консистенцией сухой подготовки. Однако, изменения тихо происходят в сухой подготовке электрода. Быстрая индустриализация цилиндрической батареи 4680 находится на критическом этапе, требующем как расширения масштаба, так и модернизации процесса. По мере того как процесс подготовки сухого электрода созревает, экспоненциальный рост более вероятен. Как представительное предприятие отечественного оборудования батареи лития, Джятуо умное также ускоряет исследование и применение сухого электрода пТехнология репарации. Чжоу Ян заявил, что исследование Jiatuo сухой подготовки началось в 2015 году, что привело к созданию сухой лаборатории и постепенному достижению проверки образования пленки для основных материалов батареи. Результаты сухой технологии подготовки электрода последовательно возникали, и процесс подготовки электрода Джятуо умный сухой рос устойчиво от начального скептицизма к иметь пэров наряду с сегодня.

Предоставление производственной жизни

Как расширение человеческого тела, итерации оборудования и процессов должны наделять производство более сильной жизненной силой. Сосредоточение внимания исключительно на целевых показателях емкости и их погоня с помощью механической репликации может быть поставлением телеги перед лошадью. Дискуссии о подготовке сухих электродов неизбежно связаны с фундаментальными инновациями в оборудовании. Пленка электрода формируя технологическое оборудование-двойная стальная система пояса-использует двойную стальную технологию завальцовки пояса для того чтобы изготовить само-поддерживая фильмы для сухих электродов. Стальная система пояса может служить как несущая для само-поддерживая фильмов электрода, уменьшая возникновение перерывов пояса во время производства крена-к-крена и высокоскоростного движения. Оборудование для производства и утончения электродной пленки-многоступенчатая прокатка-использует технологию прокатки для сжатия порошка в толстые пленки, которые затем разбавляются многократным горячим прессованием и либо прокатываются, либо смешиваются с тококоллекторами, обеспечивая непрерывное истончение пленки до указанной толщины и увеличивая плотность уплотнения.

Будущее технологии сухих электродов является многообещающим. С развитием процессов сухих электродов плотность энергии электрода может быть увеличена до 500 Втч/кг, с увеличением плотности энергии батареи на 25% каждые два года и непрерывным снижением затрат на 10%, преодолевая узкое место плотности энергии тройных литиевых батарей. Хотя нынешняя стадия не может требовать тех же результатов массового производства от сухого метода, что и от мокрого метода, промышленные чудеса должны сопровождаться вопросом: «Всегда ли так было?» столкнувшись с вызовами нового промышленного цикла, мы должны иметь мужество сломать и перестроить, продвигая самореволюцию.