مع اقتراب كثافة طاقة بطاريات الطاقة من حدها النظري، وتزايد وضوح القيود المتعلقة بالسلامة في البطاريات ذات الإلكتروليت السائل، تُعتبر البطاريات الصلبة مسارًا تقنيًّا رئيسيًّا لبطاريات الجيل القادم ذات الكثافة الطاقية العالية. وباعتبارها جوهر البطاريات الصلبة، فإن اختيار مواد الإلكتروليت الصلبة وعمليات تصنيعها يحددان بشكل مباشر كثافة طاقة البطارية، وسلامتها، وعمرها التشغيلي، وأداء معدل الشحن والتفريغ. أصبحت الإلكتروليتات الصلبة المؤكسدة، بفضل استقرارها الحراري والكيميائي الممتاز وأمانها الذاتي، أحد المسارات الرئيسية لتصنيع البطاريات الهجينة الصلبة-السائلة والبطاريات ذات الحالة الصلبة بالكامل. لمواجهة تحديات التصنيع على نطاق واسع لهذه المادة الأساسية، تستخدم شركة Longxin Smart وحدة الطحن النانوي والتجفيف بالرش لمواد البطاريات كمنصة تقنية رئيسية للانتقال بالكهربائيات الصلبة الأكسيدية من مرحلة التطوير المختبري إلى مرحلة الإنتاج القابل للتوسع.
التركيز على الإلكتروليتات الصلبة الأكسيدية لمواجهة تحديات تصنيع البطاريات الصلبة بالكامل
في أنظمة البطاريات ذات الحالة الصلبة، يؤدي الإلكتروليت الصلب الوظيفة الأساسية المتمثلة في نقل أيونات الليثيوم بين القطبين الموجب والسالب. وتشمل أنظمة المواد الرئيسية الإلكتروليتات من نوع العقيق مثل LLZO، والإلكتروليتات من نوع NASICON مثل LATP، والإلكتروليتات من نوع البيروفسكايت مثل LLTO، والإلكتروليتات غير المتبلورة مثل LiPON. ومن بين هذه الأنواع، حظي LLZO باهتمام كبير بسبب استقراره مع أنودات الليثيوم المعدنية ونافذته الكهروكيميائية الواسعة. أما LATP فهو مناسب لأنظمة الكاثود عالية الجهد بسبب تكلفته المنخفضة نسبيًا واستقراره الجيد في الهواء.
مع تسارع وتيرة التصنيع، يتحول تركيز الصناعة من مؤشرات الأداء الكهروكيميائية الفردية نحو التحكم المنسق في خصائص المسحوق، وسلوك التلبيد، وبنية حدود الحبيبات. ولكي يتم تطبيق الإلكتروليتات الصلبة الأكسيدية على نطاق صناعي، يجب ألا توفر المواد موصلية أيونية عالية فحسب، بل يجب أن تتمتع أيضًا بتوزيع ضيق لحجم الجسيمات، وكروية جيدة، ومحتوى منخفض من الشوائب، واتساقًا بين الدفعات. ويعتمد تحقيق هذه الخصائص بشكل كبير على الأداء المستقر لمعدات وعمليات التصنيع الأولية.
من “تصنيع المادة” إلى “إنتاجها بانتظام”: المعدات هي مفتاح التوسع
يتطلب نقل الإلكتروليت الصلب من مرحلة الأبحاث المختبرية إلى مرحلة الإنتاج على نطاق واسع عدة مراحل، بما في ذلك أبحاث المواد، والتحقق من صحة العمليات، وتكييف المعدات، وتوسيع نطاق الهندسة. في ظل نماذج التشغيل التقليدية، قد تؤدي دقة التغذية اليدوية غير الكافية، وانخفاض كفاءة التشتت والطحن، والاعتماد على النقل اليدوي بين خطوات العملية إلى ضعف اتساق الدُفعات، وزيادة مخاطر دخول الشوائب، وطول دورات الإنتاج. وتجعل هذه القيود من الصعب تلبية متطلبات النقاء والاتساق الصارمة لمواد بطاريات الحالة الصلبة.
لذلك، فإن تحقيق اختراقات في عمليات تصنيع المواد أمر بالغ الأهمية لتسويق هذه التكنولوجيا. وهذا يعكس المبدأ الصناعي القائل بـ“جيل واحد من المواد، جيل واحد من المعدات”: فبدون معدات تصنيع متطورة تتوافق بشكل وثيق مع نظام المواد، لا يمكن تحويل حتى أكثر تركيبات المواد واعدةً إلى منتج يمكن إنتاجه بكميات كبيرة وبجودة ثابتة.
جيل واحد من المواد، جيل واحد من المعدات: المسار التقني لوحدة الطحن النانوي والتجفيف بالرش المتكاملة للبطاريات والمواد
لتلبية متطلبات تصنيع مواد البطاريات المتطورة، مثل إلكتروليتات الحالة الصلبة المؤكسدة، قامت شركة «لونغشين سمارت» بدمج التقنيات الأساسية لمطحنة الحبيبات النانوية ومجفف الرذاذ للمساحيق فائقة الدقة، لإنشاء مسار عملية متكامل يعتمد على الطحن النانوي الرطب، يليه إزالة المذيب والتجفيف.
(1) عملية الخلط الرطب: معالجة بدقة على المستوى النانوي في المرحلة السائلة
تُعد هذه العملية مناسبة للتطبيقات المتطورة التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في حجم الجسيمات وتوزيعًا متجانسًا. بعد القياس، يتم ضخ الملاط إلى مطحنة حبيبات النانو الذكية من Longxin. حيث تدور وسائط الطحن، مثل حبيبات الزركونيا، بسرعة عالية لتوليد مجال قص قوي يعمل على طحن الجسيمات بكفاءة حتى الوصول إلى درجة النعومة المستهدفة. ويتيح الهيكل المركب المكون من التوربين والدبوس ومكونات الطحن المعيارية التحكم المستقر في حجم الجسيمات D50 ويوفر نطاقًا ممتازًا لتوزيع حجم الجسيمات.
(2) عملية إزالة المذيب والتجفيف: التكوّن السريع للجسيمات
يتم معالجة الملاط الذي استوفى مواصفات الطحن المطلوبة بسرعة من خلال عملية التجفيف بالرش لإزالة المذيب والحصول على مسحوق إلكتروليت صلب مجفف على المستوى النانوي. يستخدم مجفف الرش للمساحيق فائقة الدقة من Longxin Smart مرذاذًا طردًا مركزيًا عالي السرعة لتحويل المادة المدخلة إلى قطرات متجانسة. وبعد ملامستها للهواء الساخن، يكتمل التجفيف في غضون ثوانٍ، مما ينتج مسحوقًا يتميز بدرجة كروية عالية وتوزيع مركّز لحجم الجسيمات.
(3) مزايا العملية التي تدعم أداء البطارية بشكل مباشر
يمكن أن تحقق العملية الرطبة على النطاق النانوي توزيعًا أضيق لحجم الجسيمات وكروية أفضل للجسيمات، وكلاهما عاملان مهمان لتحسين كثافة صفائح الإلكتروليت وموصلية أيوناتها. ويساعد الاختيار الدقيق لنظام المذيبات وتحسينه على تحقيق تشتت فعال مع تقليل المذيبات المتبقية إلى أدنى حد. كما يمكن إزالة المذيبات المتبقية بالكامل من خلال المعالجة الحرارية اللاحقة لمنع أي آثار سلبية على أداء البطارية.
(4) مجفف رذاذ متعدد الأغراض يعمل بالطرد المركزي وتدفق الهواء، مخصص لعمليات متعددة
لتلبية متطلبات تصنيع المساحيق فائقة الدقة للإلكتروليتات الصلبة المركبة من أكسيد متعدد المكونات، قامت شركة «لونغشين سمارت» بتطوير مجفف رذاذ متعدد الأغراض يعمل بالطرد المركزي وتدفق الهواء، ومزود بأجهزة رش تعمل بالطرد المركزي وتدفق الهواء والضغط. يمكن للمستخدمين تبديل طرق التذويب وفقًا لخصائص المواد أو إضافة أنابيب رش لزيادة السعة مع تزايد متطلبات الإنتاج، مما يجمع بين مرونة العملية وكفاءة تكلفة المعدات.
النظام مزود بمرشح كيسى يعمل بنظام النفاث النبضي عالي الكفاءة ووحدة لاستعادة الحرارة. وتتميز كفاءة التقاط الغبار بأنها عالية، كما يتم استرداد الحرارة المهدرة وإعادة استخدامها، مما يدعم الامتثال للمعايير البيئية وخفض استهلاك الطاقة.
تغطية شاملة للمواد: منصة تقنية واحدة تلبي متطلبات متنوعة
تتطور مواد بطاريات الحالة الصلبة عبر مسارات تكنولوجية متعددة ومتوازية، وتختلف متطلبات تصنيع المواد المختلفة اختلافًا كبيرًا. وبالاعتماد على تقنيتيها الأساسيتين — الطحن النانوي والتشتت والتجفيف بالرش — طورت شركة «لونغشين سمارت» حلولًا للمعدات تغطي مجموعة من المواد الحيوية:
(1) إلكتروليتات الكبريتيد
نظرًا لأن الإلكتروليتات الكبريتيدية حساسة للهواء والرطوبة وعرضة للأكسدة، فإن مجفف الرش ذو الدائرة المغلقة يستخدم غازًا خاملًا مثل النيتروجين كوسيط للدوران، ويعمل كعملية مغلقة تمامًا. ويتم تكثيف المذيبات العضوية المتبخرة وفصلها واستعادتها لإعادة استخدامها. وهذا يساعد على منع تدهور المواد مع تمكين إعادة تدوير المذيبات. تتوفر نماذج مختبرية وتجريبية وصناعية كبيرة لتلبية المتطلبات في كل مرحلة بدءًا من البحث وصولًا إلى الإنتاج الضخم.
(2) إلكتروليتات البوليمر
يمكن لمجفف الرش بتدفق الهواء إنتاج مسحوق فائق الدقة بحجم جسيمات يبلغ الميكرون وتوزيع مركّز لحجم الجسيمات. وقد صُنعت فوهة المرذاذ الخاصة به من مواد مقاومة للتآكل، كما يدعم نظام التحكم الضبط الدقيق للمعلمات الرئيسية مثل درجة حرارة الهواء الداخل، مما يوفر منصة للتحقق من صحة العمليات للتركيبات والعمليات الجديدة.
(3) مواد الكاثود القائمة على المنغنيز الغنية بالليثيوم (LMFP)، وأنودات السيليكون والكربون، والمواد الرابطة
يدعم نظام الطحن النانوي الأنظمة المائية والزيتية وتلك القائمة على المذيبات، ويمكنه تخزين وصفات معالجة متعددة. وعند دمجه مع التجفيف بالرش والتحكم الآلي الكامل للخط، فإنه يتيح التبديل المرن بين أنواع متعددة من المنتجات، مما يلبي متطلبات البحث والتطوير والإنتاج لدى شركات المواد فيما يتعلق بالدُفعات الصغيرة والمواصفات المتعددة.
التعاون بين القطاع الصناعي والأوساط الأكاديمية ومؤسسات البحث: بناء مسار متكامل يمتد من التكنولوجيا إلى الصناعة
في السنوات الأخيرة، واصلت شركة «لونغشين سمارت» التعاون مع الجامعات ومعاهد البحوث والفرق الفنية المتخصصة في إطار مبادرات تضم القطاع الصناعي والأوساط الأكاديمية ومؤسسات البحوث. وقد ركزت الأعمال على البحث التقني والتسويق التجاري في مجالات مواد البطاريات المتطورة، والطحن والتشتت النانوي، والأنابيب النانوية الكربونية، والإلكتروليتات الصلبة، والسليلوز النانوي، وغيرها من المجالات. وقد أسفرت هذه الجهود تدريجيًا عن إنشاء مسار لنقل التكنولوجيا يشمل أبحاث المواد، والتحقق من صحة العمليات، والمعدات الأساسية، وتوسيع نطاق العمليات، والتطبيق الصناعي.
بفضل تقنيات خطوط الإنتاج الخاصة بها في مجال الطحن النانوي والتجفيف بالرش فائق الدقة، ومنصة التحقق التجريبي، وقدرات تطوير المعدات الأساسية، والخبرة الهندسية الشاملة، تعمل شركة «لونغشين سمارت» على الربط الوثيق بين البحث العلمي ومتطلبات الصناعة. وتقدم الشركة دعماً منهجياً على مستويات المعدات والعمليات والهندسة من أجل نقل المواد الأساسية لبطاريات الحالة الصلبة من مرحلة البحث التجريبي إلى مرحلة التصنيع على نطاق واسع.
بناء مستقبل “الليثيوم” معًا: استكشاف مسار جديد للتصنيع الذكي لمواد بطاريات الحالة الصلبة عالية الطاقة من الجيل القادم
ظاهريًّا، يُعد سباق التصنيع في مجال بطاريات الحالة الصلبة منافسة بين أنظمة المواد. لكن في الواقع، فهو منافسة في عمليات التصنيع وقدرات المعدات. بدءًا من الطحن النانوي والتجفيف بالرش فائق الدقة للكهرباءات الأكسيدية وصولًا إلى التجفيف بالغاز الخامل في حلقة مغلقة للكهرباءات الكبريتيدية، استفادت شركة Longxin Smart من أكثر من عقد من الخبرة التقنية لمواصلة تطوير معدات التجفيف والأنظمة الحرارية الصناعية والمعدات الذكية. تقدم الشركة حلول تصنيع فعالة وموفرة للطاقة وذكية لصناعة المواد الأساسية لبطاريات الحالة الصلبة.
وبالنظر إلى المستقبل، ستواصل شركة «لونغشين سمارت» تعزيز محفظة حلولها الشاملة، مستفيدةً من الابتكار التكنولوجي لدعم التحديث الصناعي والتصنيع الأخضر والذكي، بهدف دفع عجلة التنمية المستقبلية. وبالتعاون مع شركائها في القطاع، ستستكشف الشركة مسارات جديدة للتصنيع الذكي للمواد الأساسية المستخدمة في بطاريات الجر الصلبة عالية الطاقة من الجيل التالي، وستساهم في دفع صناعة الطاقة الجديدة نحو مزيد من الكفاءة والمسؤولية البيئية والاستدامة.
