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リチウム電池の十大設備の一つ:パルプ化設備

September 06 , 2024

リチウム電池の十大設備の 1 つ:パルプ化装置


パルプ化とは

パルプ化は、活性物質、導電剤、分散剤、結合剤、添加剤およびその他の成分を一定の割合および順序に従ってミキサーに投入し、撹拌パドルおよび分散ディスク内で回転、混練、せん断およびその他の機械的作用を加えて混合することです。 1 期、均一で安定した固液懸濁系の形成。


パルプ化プロセスの紹介

1.パルプ化工程の重要性

リチウムイオン電池の性能の上限は、使用する化学系(正極活物質、負極活物質、電解液)によって決まり、実際の性能は磁極片の微細構造に依存します。磁極片の微細構造は主にスラリーの微細構造とコーティングプロセスによって決まりますが、コーティングプロセスはスラリーの微細構造によって支配されます。したがって、リチウムイオン電池の性能に与える製造工程の影響は、前工程の影響が少なくとも70%を占め、前工程のパルプ化工程の影響が大きいという認識が広く知られています。少なくとも 70%、つまりパルプ化プロセスの影響が約半分を占めます。


2.スラリーの組成と各成分の理想的な分散状態
電極リチウムイオン電池の材料活物質、導電剤、結着剤の 3 つの主成分が含まれており、活物質が総重量の大部分 (通常 90% ~ 98%) を占め、導電剤と結着剤の割合は比較的小さく、通常 90% ~ 98% です。 1%と5%です。これらの主成分の物理的特性とサイズは大きく異なり、その中で活性物質の粒子は一般に 1 ~ 20μm の間ですが、導電剤のほとんどはナノカーボン材料です。例えば、一般的に使用されるカーボンブラックの一次粒子径はわずか数十ナノメートルであり、カーボンナノチューブの直径は一般に30nm以下であり、バインダーは溶媒に可溶で溶媒中でマイクロエマルションを形成する高分子材料である。リチウムイオン電池の電極は、良好な電子輸送とイオン輸送を実現する必要があるため、電極中の活物質、導電剤、結着剤の分布状態が一定の要件を満たす必要がある。


リチウムイオン電池の電極は、電子とイオンの良好な透過性を実現する必要があり、そのためには電極内の活物質、導電剤、バインダーの分布状態が一定の要件を満たす必要があります。電極内の各材料の理想的な分布状態を図 1 に示します。つまり、活物質が十分に分散し、導電剤が十分に分散して活物質と完全に接触して良好な電子伝導ネットワークを形成し、バインダーは電極内に均一に分布し、活物質と導電剤を結合して電極全体を形成します。


図 1-リチウムイオン電池電極における材料の理想的な分布


上記の要件を満たす磁極片の微細構造を得るには、パルプ化プロセスで対応する微細構造を有するスラリーを得る必要がある。すなわち、スラリー中の活物質、導電剤および結着剤が十分に分散され、導電剤と活物質との間、および結着剤と導電剤/活物質との間に良好な結合が形成されなければならない。スラリー中の各成分の分散状態が安定している必要があります。

スラリーの分散装置とプロセス
スラリー分散に使用される装置には主に 2 つのカテゴリーがあります。一つは、流体の運動により発生するせん断力を利用して粒子凝集体を分散させる装置であり、スラリー混合装置などがある。各種撹拌パドルを用いた混練機や三軸ミル、ディスクミルなどがあります。もう一つは、粉砕ビーズを用いて粒子凝集体に衝撃を与えて分散効果を得る装置で、主に撹拌ミルが挙げられます。もちろん、さらに特殊な分散装置もあり、超音波キャビテーションや瞬間的なマイクロジェットを利用して粒子の凝集体を分散させます。

上記の分散装置はすべてリチウムイオン電池のパルプ化に適しているわけではありません。例えば、粉砕ビーズを用いた撹拌ミルは、粉砕ビーズによって発生する大きな衝撃力により、一部の正極活物質や負極活物質の表面の被覆層が損傷しやすく、場合によっては活物質が破損する可能性があるため、ほとんど使用されません。リチウムイオン電池のパルプ化に。超音波分散装置は高固形分および高粘度のスラリーには適していません。リチウムイオン電池のスラリーは正確に高固形分(正極スラリーは60%〜80%に達することができ、負極スラリーは40%〜60%に達する可能性があります)であり、粘度が高い(20~200Pa・s)ため、超音波分散機では分散できません。したがって、実際にリチウムイオン電池のパルプ化に使用される装置は、ミキサーやニーダーなど、流体の動きによって生じるせん断力によって分散させるタイプに属し、最も代表的な装置は〈70〉です。ダブルプラネタリーミキサー

Double planetary mixer

ダブルプラネタリーミキサー


ダブルプラネタリーミキサーの動作原理は、2〜3個の低速混合パドルを使用して回転と自伝を組み合わせて、ブレードの軌道が混合バレル内の全空間をカバーできるようにすることです。


Double planetary mixer motion trajectory

ダブルプラネタリーミキサーのスローブレードが公転と自転を組み合わせたときの軌跡。


ダブルプラネタリーミキサーの優れた利点は、供給シーケンス、速度、時間、その他のプロセスパラメーターを簡単に調整して、さまざまな材料特性に適応できること、およびスラリー特性が要件を満たさない場合に簡単に再加工できることです。適応力と柔軟性が非常に強い。さらに、品種を切り替えた場合のダブルプラネタリーミキサー、特に小型ミキサーの洗浄は比較的簡単です。


エイシーニューエナジーは、リチウムイオン電池用のハイエンド機器の研究と製造に特化しています。円筒型、コイン型、パウチ型のリチウムイオン電池の製造設備だけでなく、リチウム電池の生産ラインもワンストップでご提供いたします。リチウムイオン電池業界に初めて携わり、独自のリチウムイオン電池生産ラインまたはリチウムイオン電池パック組立ラインを構築したい場合は、専門的な技術サポートと指導を提供できますので、お気軽にお問い合わせください。


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