超360Wh/kg鋰電池量產(chǎn)在即！前段設(shè)備“升階”
數(shù)據(jù)顯示，2023年中國(guó)鋰電池出貨量達(dá)886GWh，創(chuàng)歷史新高;2024年一季度，出貨量200GWh，同比增長(zhǎng)18%，呈現(xiàn)出規(guī)模大、增長(zhǎng)快之趨勢(shì)。業(yè)界預(yù)計(jì)，2024年全年中國(guó)鋰電池出貨量有望逼近1TWh。
電池中國(guó)觀察到，動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，目前可量產(chǎn)的電芯能量密度最高超過(guò)360Wh/kg，在高能量密度電芯制造體系下，正負(fù)極漿料、電解液(質(zhì))都朝著高固含量的方向發(fā)展，隨之往往需要升級(jí)原有產(chǎn)線設(shè)備;另一方面，中國(guó)電池企業(yè)在邁向TWh時(shí)代過(guò)程中，鋰電極限制造和電芯安全性的需求，也對(duì)產(chǎn)線設(shè)備提出更高要求。
在此背景下，鋰電設(shè)備在技術(shù)、產(chǎn)品創(chuàng)新方面迎來(lái)更嚴(yán)峻的升級(jí)挑戰(zhàn)。
不管是磷酸鐵鋰，還是三元鋰電池，其制造過(guò)程對(duì)水分的控制要求極高。目前，鋰電池前段工序中，粉體材料干燥、混合分散環(huán)節(jié)仍存在材料水分含量高、生產(chǎn)成本高、耗能高等痛點(diǎn)，容易導(dǎo)致材料溫度均勻性差、水分去除不充分、電池組一致性不高、安全性低等問(wèn)題，進(jìn)而影響動(dòng)力電池產(chǎn)品性能，對(duì)新能源汽車產(chǎn)生重大安全隱患。同時(shí)，電芯高能量密度，以及極限制造等需求，進(jìn)一步拔高了鋰電粉體材料干燥、混合分散的技術(shù)難度。
瞄準(zhǔn)鋰電企業(yè)高安全、高一致性、高能量密度電池量產(chǎn)，以及極限制造中提質(zhì)降本的需求，深圳市曼恩斯特科技股份有限公司從前段粉料材料干燥到混合分散、制漿，再到涂布環(huán)節(jié)不斷投入研發(fā)力量，通過(guò)一系列創(chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及應(yīng)用助力電池制造的升級(jí)。
圖為曼恩斯特鋰電涂布研究院院長(zhǎng)李寧演講
日前，在“第五屆新能源汽車及動(dòng)力電池(CIBF2024重慶)國(guó)際交流會(huì)”上，曼恩斯特鋰電涂布研究院院長(zhǎng)李寧，向與會(huì)代表分享了曼恩斯特在鋰電領(lǐng)域，粉體(包括前驅(qū)體、正負(fù)極原材料等)干燥、多種材料混合分散/制漿設(shè)備的前沿技術(shù)和研發(fā)成果。
電池中國(guó)發(fā)現(xiàn)，作為鋰電涂布設(shè)備的龍頭企業(yè)，曼恩斯特近年來(lái)在鋰電工序上，其業(yè)務(wù)范圍從涂布環(huán)節(jié)不斷向前延展，不僅在2023年成功推出智能調(diào)度雙螺桿制漿系統(tǒng)，而且創(chuàng)新研發(fā)了新一代粉體干燥、材料混合分散設(shè)備。那么，曼恩斯特如此布局有何邏輯，其相關(guān)設(shè)備如何解決行業(yè)痛點(diǎn)?受到業(yè)界的關(guān)注。
01
粉體干燥，保障電池本征安全
實(shí)際上，干燥是鋰電生產(chǎn)過(guò)程中的核心工序之一，其主要作用是去掉水分，提高電池安全性，減少電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生，而干燥設(shè)備的迭代，則要在干燥的同時(shí)，降低能耗、提高生產(chǎn)效率、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、減少成本。
在粉體干燥環(huán)節(jié)，曼恩斯特新一代噴霧干燥機(jī)組、雙支撐單錐真空干燥機(jī)組、高溫單錐干燥機(jī)等產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。
>>新一代噴霧干燥機(jī)組
比如，磷酸鐵鋰前驅(qū)體在干燥的同時(shí)，對(duì)粉體分散顆粒度大小、一致性要求極高，曼恩斯特新一代噴霧干燥機(jī)組的優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)。
據(jù)李寧介紹，該組設(shè)備干燥后的產(chǎn)品顆粒度D50≤10um(原料粒徑<500nm)，處于行業(yè)領(lǐng)先水平;設(shè)備驅(qū)動(dòng)功率較目前主流水平降低30%，節(jié)能降耗;設(shè)備體積小重量輕，重量?jī)H為同等變速箱形式的30%;設(shè)備分散口陶瓷化，可以提高粉體產(chǎn)品安全性，降低部件維護(hù)成本;其電機(jī)直連驅(qū)動(dòng)，避免了機(jī)油泄露和乳化現(xiàn)象給粉體干燥、加工帶來(lái)的不良影響。
值得注意的是，為了降低電池的自放電，在生產(chǎn)過(guò)程減少金屬混入是非常必要的。該組設(shè)備陶瓷分散口較金屬分散口，更耐磨、耐腐蝕，不僅可以減少金屬異物引入，而且延長(zhǎng)了部件使用壽命，降低了維護(hù)成本。
>>雙支撐單錐真空干燥機(jī)組
曼恩斯特雙支撐單錐真空干燥機(jī)組是一種集減壓蒸餾、混粉、干燥為一體的高效多功能全密閉立式真空干燥設(shè)備，主要適用于三元鋰電池前段粉體干燥、加工。
李寧指出，“該設(shè)備干燥效率是同等規(guī)格雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)、真空烘箱的3-5倍，能適應(yīng)粘度大、熱穿透性差，易滾球、易抱團(tuán)成塊的物料干燥。”
據(jù)介紹，該設(shè)備熱效率高，盤管強(qiáng)制導(dǎo)流換熱，加熱效率提高10%;收料率高，鈦棒濾芯與主機(jī)一體;磁性異物少，內(nèi)壁及螺帶均帶有涂層;穩(wěn)定性高，主軸雙支撐，扭矩高，跳動(dòng)小;故障率低，主軸穩(wěn)定不掃膛，機(jī)械密封磨損低，故障率降低70%;維修方便，維修時(shí)間降低90%以上。
>>高溫單錐干燥機(jī)
值得一提的是，脫離結(jié)晶水在粉體干燥中至關(guān)重要，其技術(shù)要求高、能耗高。
曼恩斯特高溫單錐干燥機(jī)溫度高，加熱溫度可到600℃，并可以根據(jù)客戶更高溫度要求，采用更加耐高溫的密封材料，進(jìn)一步提升干燥溫度。此外，該設(shè)備采用電磁感應(yīng)加熱方式，升溫快;比常規(guī)傳導(dǎo)加熱，節(jié)能超30%;與各種配套設(shè)施組合，還可以實(shí)現(xiàn)配液、常壓、負(fù)壓的工作環(huán)境，使用場(chǎng)景進(jìn)一步拓展。
02
混合分散，決定電池關(guān)鍵性能
混合分散/制漿環(huán)節(jié)決定了電池原材料混合均勻與一致性的程度，是確保電芯能量密度、倍率、循環(huán)壽命等電化學(xué)性能釋放的基礎(chǔ)。
曼恩斯特在2023年8月推出智能調(diào)度雙螺桿制漿系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)設(shè)備，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“一鍵制漿”，人工減少50%;其雙螺桿高速分散工藝，使能耗降低20%，且設(shè)備具有高精度、高效率、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì);整個(gè)制漿系統(tǒng)一次成本減少10%，運(yùn)營(yíng)成本減少15%。該系統(tǒng)不僅能夠滿足多種配方同時(shí)生產(chǎn)，而且提升了部件利用效率，降低了設(shè)備成本。
重點(diǎn)是，該設(shè)備可使?jié){料達(dá)到更高固含量的要求，滿足高能量密度電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，并且適配干法電極電池生產(chǎn)。
此外，曼恩斯特VC高效混合機(jī)、犁刀真空干燥混合機(jī)、臥式螺帶混合機(jī)等產(chǎn)品，也適用于粉體/粉液混合、不同粘度漿料混合分散或包覆。
03
掌握材料需求，升級(jí)材料設(shè)備
在鋰電領(lǐng)域，曼恩斯特長(zhǎng)期以來(lái)主要提供包括高精密狹縫式涂布模頭、涂布設(shè)備及涂布配件在內(nèi)的涂布先進(jìn)解決方案。多年前，憑借其自研領(lǐng)先的涂布技術(shù)，寧德時(shí)代、比亞迪、中創(chuàng)新航和ATL等鋰電頭部企業(yè)紛紛向曼恩斯特采購(gòu)相關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。數(shù)據(jù)顯示，曼恩斯特的高精密狹縫式鋰電池極片涂布模頭在中國(guó)市場(chǎng)占有率持續(xù)領(lǐng)先。
基于其涂布設(shè)備多年來(lái)在鋰電行業(yè)廣泛的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，曼恩斯特對(duì)上游漿料和粉體材料積累了全面且深入的理解。一方面，隨著其智能調(diào)度雙螺桿制漿系統(tǒng)的應(yīng)用，曼恩斯特進(jìn)一步掌握了制漿環(huán)節(jié)對(duì)粉體及粉體干燥設(shè)備的要求;另一方面，進(jìn)一步拓展研發(fā)了更多適用于不同場(chǎng)景的混合分散設(shè)備。
值得一提的是，曼恩斯特的粉體干燥設(shè)備，擁有先天的驗(yàn)證優(yōu)勢(shì)。采用其粉體干燥設(shè)備加工的粉體，可以在其制漿和涂布設(shè)備上進(jìn)行充分驗(yàn)證，縮短電池企業(yè)驗(yàn)證時(shí)間，并形成“粉體干燥-混合分散/制漿-涂布”一體化解決方案。
整體看，鋰電前段設(shè)備企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)壁壘主要包括設(shè)備工藝精益求精、技術(shù)持續(xù)迭代、能耗不斷減少、效率越來(lái)越高、產(chǎn)品多元化設(shè)計(jì)、成本大幅降低等。綜合目前鋰電制造要求，上述一體化解決方案，將有助于前段設(shè)備企業(yè)進(jìn)一步提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
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