Linha de produção para moagem e secagem de materiais para baterias

Principais desafios do setor

Com o crescimento explosivo da indústria de baterias para novas energias, os materiais catódicos das baterias de lítio são o fator central que determina a densidade energética, a vida útil em ciclos e a segurança das baterias, e os seus processos de produção enfrentam agora enormes desafios. Atualmente, o setor apresenta três problemas generalizados:

1. Na produção convencional, a alimentação manual origina uma precisão de dosagem insuficiente —com erros que frequentemente ultrapassam ±500 g— e uma fraca uniformidade entre lotes. A dispersão e a moagem também são pouco eficientes: uma única máquina processa apenas dezenas de litros por hora, muito abaixo das necessidades das linhas de produção à escala de 10 000 toneladas.
2. A passagem entre etapas do processo depende da transferência manual, o que aumenta o risco de contaminação e prolonga o ciclo de produção em mais de 30 %.
3. Ao mesmo tempo, à medida que tecnologias como as grandes células cilíndricas 4680 e as células do tipo lâmina se generalizam, o mercado exige maior pureza dos materiais catódicos (impurezas de iões de ferro inferiores a 1 ppm) e uma distribuição granulométrica mais controlada (D50 estável entre 100–500 nm, com um valor de amplitude span inferior a 1.0). A produção convencional já não consegue satisfazer as necessidades do setor.

Neste contexto, as linhas de produção automatizadas de materiais catódicos para baterias de lítio tornaram-se uma tendência inevitável na modernização do setor. Os dados mostram que, em 2023, o mercado mundial de equipamentos de automatização dedicados a materiais de baterias para novas energias cresceu 60 % em termos homólogos, enquanto a procura de linhas de produção com controlo inteligente de todo o processo aumentou mais de 90 %. O setor está a passar da produção por lotes para uma produção contínua, inteligente e flexível, impondo novos requisitos abrangentes de capacidade, precisão, consumo de energia e compatibilidade dos equipamentos. Com mais de uma década de experiência em equipamentos para novas energias, a Longxin Smart integra tecnologias essenciais, como moinhos de moagem nanométrica de alto caudal e secadores por pulverização de pós ultrafinos, para fornecer linhas de produção automatizadas de materiais catódicos para baterias de lítio, redefinindo os padrões de produção através da inovação colaborativa ao longo de toda a cadeia.

Colaboração em todo o processo — Princípio de funcionamento e composição dos equipamentos

A linha de produção automatizada de materiais catódicos para baterias de lítio da Longxin Smart utiliza uma arquitetura de «integração modular com controlo colaborativo inteligente». Abrange toda a cadeia de processos, desde a entrada das matérias-primas até à embalagem do produto acabado, permitindo uma produção contínua através de ligações sem interrupções entre os vários sistemas.

(1) Princípio de funcionamento fundamental

A linha permite a aquisição de dados e a monitorização em tempo real de todo o processo, ligando a alimentação e dosagem, a moagem e dispersão, a secagem e granulação, a sinterização e modificação, a moagem e classificação, e a embalagem e armazenagem num circuito fechado. Após entrarem na linha através do sistema de alimentação automática, as matérias-primas passam sucessivamente pela moagem nanométrica, secagem por pulverização e granulação, sinterização a alta temperatura e moagem por jato e classificação, até se tornarem material catódico com a precisão exigida. Ao longo do processo, o sistema de controlo PLC coordena os ajustes dos parâmetros; por exemplo, as oscilações de temperatura no sistema de moagem são transmitidas em tempo real ao sistema de secagem, que ajusta automaticamente a temperatura do ar de entrada para assegurar uma qualidade uniforme do produto.

(2) Equipamentos principais

Sistema de alimentação e dosagem. Equipado com uma máquina de abertura de sacos sem poeiras e alimentadores por vácuo para a abertura e o transporte automatizados de matérias-primas ensacadas. A dosagem por ganho de peso proporciona elevada precisão, e a proporção de água purificada é controlada com exatidão. A separação magnética em várias etapas impede a entrada de ferro, cobre e outros corpos estranhos metálicos no processo.

Sistema de moagem nanométrica. Integra o moinho de esferas do tipo pino de alto caudal recentemente melhorado da Longxin, cuja estrutura composta de turbina e pinos gera um campo de energia tridimensional. Com meios de moagem de zircónia de 0.3–0.5 mm, permite controlar com precisão o tamanho das partículas entre 100 e 500 nm, e uma única máquina pode processar 100–500 L/h, duas a três vezes o caudal dos equipamentos convencionais.

Sistema de secagem por pulverização. Equipado com um novo secador por pulverização de pós ultrafinos (ZL 202122093525.2 e ZL 202321168225.9). Um atomizador centrífugo de alta velocidade, a funcionar a dezenas de milhares de rotações por minuto, transforma a suspensão em gotículas de 20–30 μm, que entram em contacto com ar quente em espiral a 130–300 °C e secam em segundos, produzindo um pó final de elevada esfericidade.

Sistema de sinterização em forno. Um forno de rolos com dupla vedação por azoto isola o material do ar. Os grânulos secos são transportados pneumaticamente para caixas refratárias de cozedura e passam por pré-aquecimento, aquecimento e sinterização a temperatura constante para o revestimento de carbono. Após o arrefecimento por água, segue-se a descarga automática, mantendo-se um ambiente sem oxigénio durante todo o processo para assegurar a pureza do material.

Sistema de moagem por jato. Os jatos de gás de alta velocidade reduzem os grânulos sinterizados a partículas ultrafinas, e uma roda classificadora permite uma classificação precisa até um D50 de 5–10 μm, com uma eficiência de moagem superior à dos equipamentos convencionais.

Sistema de peneiração e embalagem. Um peneiro vibratório rotativo tridimensional efetua a peneiração final, após a qual uma unidade de embalagem quantitativa realiza a pesagem e a selagem. Os equipamentos de extração de poeiras mantêm a limpeza da área de produção.

Sistemas de transporte e controlo. Os sistemas de transporte de suspensões e pós por tubagens asseguram a transferência fechada dos materiais. O sistema de controlo de automatização monitoriza doze parâmetros do processo em tempo real e pode armazenar várias receitas, reduzindo o tempo de mudança de produto.

Sistemas auxiliares. Incluem uma unidade de recuperação de calor residual (que aumenta o aproveitamento energético em 15 %), coletores de poeiras por impulsos de ar (com emissões de poeiras inferiores a 30 mg/m³) e um sistema inteligente de controlo de temperatura com oscilações mínimas, cumprindo os requisitos ambientais e de poupança de energia.

Avanços tecnológicos — Características de desempenho e melhorias inovadoras da linha de produção

Através de cinco inovações tecnológicas, a linha de produção automatizada de materiais catódicos para baterias de lítio da Longxin Smart alcança um triplo avanço em eficiência, precisão e custos, proporcionando ao setor uma solução de otimização de toda a cadeia.

(1) Maior eficiência: da operação por lotes à produção em massa contínua

Salto de capacidade: uma única linha pode atingir uma capacidade anual de 50 000 toneladas. O sistema de moagem nanométrica processa mais de 500 L/h, e o sistema de secagem por pulverização tem uma capacidade de evaporação de 25–12 000 kg/h, satisfazendo os requisitos de escala dos grandes fabricantes de baterias de lítio.

Otimização do processo: as várias etapas estão ligadas por tubagens fechadas e por um sistema inteligente de planeamento, reduzindo o ciclo de produção em 30 % face aos métodos convencionais e aumentando a disponibilidade dos equipamentos.

(2) Controlo preciso: precisão micrométrica e uniformidade entre lotes

Controlo do tamanho das partículas: a oscilação do D50 no sistema de moagem é mínima, e o sistema de secagem pode controlar com precisão o tamanho das partículas do produto acabado nos intervalos de 5–10 μm ou 20–30 μm, assegurando um desempenho eletroquímico uniforme.

Garantia de pureza: todo o processo utiliza materiais inertes, como aço inoxidável SUS304 e cerâmicas, em conjunto com separação magnética em várias etapas e proteção por azoto, mantendo baixas as impurezas de iões de ferro e cumprindo os requisitos de pureza dos materiais para baterias.

(3) Poupança de energia e redução de custos: otimização energética de toda a cadeia e reciclagem de recursos

Menor consumo de energia: os motores síncronos de ímanes permanentes e um sistema de recuperação de calor residual reduzem o consumo global de energia em 20 %, proporcionando poupanças anuais significativas nos custos energéticos.

Menor perda de meios de moagem: a câmara de moagem de carboneto de silício é cinco vezes mais resistente ao desgaste do que o aço inoxidável convencional, e o consumo de esferas de zircónia de 0.3 mm por unidade de produção é reduzido em 10 %, poupando mais de 10 000 RMB por máquina e por ano em custos de meios de moagem.

(4) Flexibilidade inteligente: compatibilidade com vários produtos e gestão digital

Produção flexível: a linha é compatível com LFP, fosfato de lítio, manganês e ferro (LMFP), NCM e outros materiais catódicos, com tempos curtos de mudança de receita para satisfazer os requisitos de pequenos lotes e múltiplas especificações.

Gémeo digital: o software de conceção em quatro dimensões CADWORX permite visitas virtuais à fábrica e a modelação de processos, enquanto o MES regista os dados de produção em tempo real, apoiando a monitorização remota e a manutenção preditiva e reduzindo a intervenção manual.

(5) Proteção ambiental e segurança: baixas emissões e controlo de todo o processo

Conformidade ambiental: as emissões de VOC são inferiores a 30 mg/m³ e as concentrações de emissões de poeiras cumprem os requisitos, enquanto um sistema associado de recuperação de águas residuais recicla os recursos hídricos.

Encravamento de segurança: a remoção de poeiras por impulsos de ar com proteção de arrefecimento e as vedações mecânicas duplas asseguram uma produção segura em ambientes inflamáveis e explosivos.

Inovação colaborativa em toda a cadeia — Criação de um ecossistema de produção inteligente em circuito fechado para LFP

A melhoria da qualidade do LFP não pode ser alcançada através de uma única etapa do processo. A otimização coordenada de três etapas essenciais —moagem da suspensão, secagem por pulverização e calcinação— é a chave para obter produtos de alta qualidade. A Longxin Smart identificou os problemas técnicos do setor e desenvolveu uma estrutura que abrange toda a cadeia de moagem de suspensões, secagem por pulverização e calcinação, criando um ecossistema de produção inteligente em circuito fechado que cobre todo o processo de produção de LFP e proporciona aos clientes uma solução integrada desde o tratamento inicial das matérias-primas até à preparação final do produto acabado.

Na produção de LFP, a secagem por pulverização estabelece a ligação entre a suspensão precursora e a etapa de calcinação. Não só remove a água rapidamente, como também altera a morfologia e a estrutura das partículas secundárias, afetando diretamente a densidade batida, a qualidade do revestimento de carbono e a distribuição granulométrica e, em última análise, determinando o desempenho eletroquímico da bateria. Com base num conhecimento profundo dos processos do setor, a Longxin Smart integra tecnologias de moagem nanométrica e secagem por pulverização para alcançar um controlo preciso de todo o fluxo, desde o pré-tratamento das matérias-primas até à formação do produto acabado.

(1) Moagem da suspensão

A Longxin Smart otimiza os parâmetros de moagem para assegurar uma mistura uniforme dos componentes da suspensão e uma distribuição estreita do tamanho das partículas primárias, com um D50 normalmente controlado entre 50–200 nm, evitando eficazmente a sedimentação de partículas grandes e a aglomeração de pó fino. O teor de sólidos e a viscosidade da suspensão são ajustados com precisão para se adequarem aos diferentes materiais: o teor de sólidos é mantido entre 30–40 % e a viscosidade é colocada no intervalo ótimo. Podem ser adicionados dispersantes para melhorar a estabilidade da suspensão, assegurando uma distribuição uniforme das fontes de lítio, ferro, fósforo e carbono e estabelecendo a base para a formação de uma fase única e um revestimento de carbono uniforme na etapa subsequente de secagem por pulverização.

(2) Secagem por pulverização

A Longxin Smart utiliza um inovador secador por pulverização centrífuga de velocidade ultraelevada. Um disco atomizador que gira a alta velocidade projeta a suspensão em gotículas finas uniformes, que secam instantaneamente ao entrarem em contacto com o ar quente. O pó resultante apresenta boa esfericidade e uma distribuição uniforme das partículas, tornando o processo adequado à produção industrial em grande escala. Para produtos de elevado desempenho, como LFP de alta compactação e LMFP, o equipamento pode processar suspensões com elevado teor de sólidos e elevada viscosidade. O controlo preciso da velocidade de rotação, do caudal e da temperatura do ar de entrada evita a atomização irregular e a obstrução por material, assegurando uma qualidade uniforme do produto.

(3) Coordenação com a calcinação

Os equipamentos de secagem por pulverização da Longxin Smart proporcionam características precisas do precursor que servem de sinal de entrada para o processo de calcinação, ajudando os clientes a otimizar a curva de cozedura. A velocidade de aquecimento na etapa de baixa temperatura, a temperatura máxima e o tempo de manutenção são ajustados de forma flexível às diferentes características das partículas secas por pulverização. Para partículas densas com elevado teor de carbono, uma velocidade de aquecimento lenta permite tempo suficiente para a saída dos gases; para partículas soltas e porosas, o aquecimento pode ser devidamente acelerado. A temperatura de calcinação e o tempo de manutenção são adaptados com precisão ao tamanho das partículas primárias e à densidade das partículas secundárias, assegurando a carbonização completa da fonte de carbono e o pleno crescimento dos cristais e, em última análise, permitindo personalizar o desempenho dos materiais LFP conforme a procura.

Moinho de esferas do tipo pino de alto caudal — De «consegue moer» a «mói bem, de forma económica e fiável»

Ao longo de mais de dez anos de evolução técnica, a Longxin Smart alcançou cinco avanços essenciais com base nos moinhos de esferas do tipo pino convencionais, com indicadores de desempenho globalmente superiores aos valores habituais do setor:

(1) Eficiência de moagem: capacidade multiplicada por dois ou três

Com o conjunto de moagem modular e o novo sistema de separação por crivo de fluxo passante, o tempo efetivo de moagem do material na câmara aumenta para 1.8 vezes o dos equipamentos convencionais, enquanto a área de passagem do crivo é 40 % maior. O resultado é uma capacidade efetiva equivalente a duas a três vezes a de um moinho de esferas convencional.

(2) Controlo do tamanho das partículas: controlo preciso do desvio do D50

A estrutura composta de turbina e pinos aplica um esforço de corte uniforme às partículas. Em conjunto com pequenas esferas de zircónia de 0.3–0.5 mm (circularidade ≥ 95 %), mantém o D50 estável entre 100 nm e 2 μm, com uma distribuição granulométrica mais estreita do que a média do setor.

(3) Tecnologia de separação: um design sem crivo que resolve dois problemas do setor

O design centrífugo sem crivo supera os dois principais problemas da separação convencional por crivo:

Obstrução: é eliminado o bloqueio do crivo causado por materiais de elevada viscosidade ou impurezas fibrosas, prolongando o tempo de funcionamento contínuo das 8 horas convencionais para 72 horas.

Risco de contaminação: a eliminação do contacto entre o crivo metálico e o material reduz a contaminação metálica no produto moído, cumprindo os requisitos de pureza das indústrias de materiais para novas energias e de semicondutores.

(4) Energia e custos: menor consumo unitário de energia

Três características de conceção orientadas para a poupança de energia reduzem os custos:

A condutividade térmica da câmara de moagem de carboneto de silício é três vezes a do aço inoxidável; em conjunto com o arrefecimento das paredes da câmara, permite controlar a temperatura de funcionamento sem um permutador de calor adicional, reduzindo o consumo de energia.

As pequenas esferas de zircónia moem de forma mais eficiente e reduzem o consumo de meios de moagem para a mesma capacidade.

A longa vida útil dos materiais resistentes ao desgaste reduz os custos de manutenção.

(5) Inteligência e adaptabilidade: da operação autónoma à colaboração de toda a linha

Integração inteligente: o moinho pode ligar-se a um MES. O caudal, a velocidade de rotação e outros parâmetros são definidos através do PLC, e os dados de monitorização em linha do tamanho das partículas são transmitidos em tempo real à sala de controlo central, permitindo um controlo em circuito fechado no qual os desvios do tamanho das partículas desencadeiam ajustes automáticos dos parâmetros.

Pacotes de parâmetros personalizados: são pré-armazenadas receitas de processo para diferentes sistemas, incluindo óxidos lamelares e materiais catódicos de azul da Prússia, materiais anódicos de carbono duro e silício-carbono, bem como pastas de prata fotovoltaicas e tintas UV, permitindo uma mudança rápida dos parâmetros durante a mudança de produto.

Compatibilidade com vários solventes: o moinho é compatível com sistemas aquosos, oleosos e à base de solventes. O material da câmara de moagem pode ser alterado para poliuretano, nitreto de silício ou outros materiais conforme necessário, cumprindo os requisitos de higiene das indústrias alimentar e farmacêutica, com aço inoxidável 316L disponível como opção.

Avanços na tecnologia essencial de secagem por pulverização — A Longxin Smart impulsiona a modernização industrial

Como inovadora em equipamentos para materiais de novas energias, a Longxin Smart acumulou anos de experiência no setor e alcançou múltiplos avanços em conceção de grande escala, tecnologia essencial, fiabilidade, poupança de energia e inteligência. O seu grande secador por pulverização centrífuga de velocidade ultraelevada, desenvolvido de forma independente, tornou-se um equipamento essencial para impulsionar a modernização da indústria do LFP.

(1) Conceção de grande escala

A Longxin Smart oferece atualmente soluções de linhas de produção com capacidades anuais de 10 000, 30 000, 50 000 e 100 000 toneladas, satisfazendo as necessidades de empresas de diferentes dimensões. À medida que a consolidação da indústria do LFP prossegue e as empresas líderes ampliam a capacidade, as linhas de grande escala da Longxin Smart ajudam os clientes a aumentar rapidamente a capacidade, obter economias de escala e reduzir os custos unitários de produção, em consonância com a tendência do setor para uma maior escala. A série já foi aplicada em projetos de expansão de várias empresas líderes em materiais catódicos, ajudando os clientes a conquistar quota de mercado.

(2) Tecnologia essencial

A Longxin Smart aposta na inovação independente. O seu atomizador centrífugo de velocidade ultraelevada desenvolvido internamente é mais fiável, oferece uma ampla gama de ajuste da velocidade e uma atomização estável, e permite controlar com precisão o tamanho das gotículas. Um sistema de distribuição de ar quente otimizado por CFD assegura um campo de ar quente uniforme, melhorando a eficiência de secagem e a uniformidade do produto. O inovador sistema de atomização multifunções, centrífugo e pneumático, adapta-se a suspensões de diferentes viscosidades e teores de sólidos, proporcionando soluções flexíveis para LFP de alta compactação, LMFP e outros materiais. Estes avanços tecnológicos essenciais conferem aos equipamentos da Longxin Smart uma vantagem competitiva distintiva na produção de LFP de alta qualidade.

(3) Estabilidade e fiabilidade

A Longxin Smart melhorou os seus equipamentos de forma abrangente. Um novo sistema de duplo arrefecimento que combina arrefecimento por óleo e por ar, juntamente com a monitorização inteligente em tempo real, mantém o atomizador a funcionar de forma estável a altas temperaturas e evita interrupções da produção causadas por falhas do equipamento. O novo filtro de mangas com limpeza fora de linha, equipado com mangas resistentes a altas temperaturas e um sistema de proteção por ar frio, prolonga a vida útil do equipamento e assegura uma elevada recuperação do produto ultrafino, reduzindo simultaneamente o desperdício de matérias-primas. Através de um rigoroso controlo da qualidade e da otimização dos processos, os equipamentos da Longxin Smart alcançam tempos de funcionamento contínuo e tempos médios entre falhas ao nível dos líderes do setor, proporcionando uma base sólida para uma produção estável.

(4) Eficiência energética

A Longxin Smart incorpora princípios de desenvolvimento sustentável em toda a conceção dos seus produtos. O sistema de circulação de ar quente é otimizado para melhorar o aproveitamento térmico e reduzir o consumo de energia por unidade de produto. Os motores de elevada eficiência e o controlo inteligente por variação de frequência ajustam dinamicamente os parâmetros de funcionamento à carga de produção, evitando o desperdício de energia. A estrutura global compacta reduz as perdas de calor e melhora ainda mais a eficiência energética. No âmbito dos objetivos duplos de carbono, os equipamentos energeticamente eficientes da Longxin Smart ajudam os clientes a reduzir as emissões de carbono na produção, proporcionando benefícios económicos e ambientais.

(5) Inteligência

Os equipamentos da Longxin Smart integram sensores avançados e sistemas de aquisição de dados para monitorizar em tempo real parâmetros essenciais do processo, incluindo o teor de sólidos da suspensão, a viscosidade, a temperatura, a pressão de atomização e a velocidade do ar, e utilizam uma plataforma de Internet industrial para visualização de dados e monitorização remota. A análise de grandes volumes de dados e os algoritmos de IA otimizam automaticamente os parâmetros de produção para um controlo preciso do processo, enquanto os avisos de falhas e os lembretes de manutenção ajudam os clientes a aumentar a eficiência da produção e a reduzir os custos operacionais. Estas melhorias inteligentes tornam a produção mais transparente e eficiente, proporcionando um apoio essencial aos clientes que estão a construir fábricas digitais.

A inovação impulsiona cada aplicação e constrói um futuro sustentável para as novas energias

A Longxin Smart serve a indústria de materiais para novas energias há muitos anos. Através da inovação tecnológica e da produção de precisão, a empresa desenvolveu soluções inteligentes para uma vasta gama de aplicações. Além dos materiais catódicos LFP, os seus equipamentos são utilizados para materiais anódicos de baterias de lítio, aditivos, materiais catódicos NCM, materiais para baterias de estado sólido e reciclagem de baterias de lítio em fim de vida, fornecendo equipamentos de apoio a toda a cadeia de valor das novas energias.

Para a produção de LFP de alta compactação, a linha integrada de moagem nanométrica e secagem por pulverização da Longxin Smart permite controlar com precisão a densidade de compactação do produto. Ajuda os clientes a aumentar a escala de produção de materiais de elevado desempenho com densidades de compactação de 2.6 g/cm³ ou superiores, satisfazendo os requisitos das baterias de veículos elétricos de carregamento rápido e dos sistemas de armazenamento de energia em grande escala. Para LMFP e outros materiais catódicos multicomponentes, o equipamento pode processar suspensões com vários constituintes, assegurando uma distribuição uniforme dos elementos e proporcionando apoio de processo para uma maior densidade energética e otimização de custos. Na reciclagem de baterias de lítio em fim de vida, os equipamentos da Longxin Smart permitem moer e secar eficientemente os materiais recuperados, apoiando a circulação de recursos e o desenvolvimento sustentável do setor.

Inovação sem limites, inteligência para o futuro

A Longxin Smart mantém o compromisso com a sua missão de promover a inovação digital e o desenvolvimento sustentável na produção de materiais para baterias. A inovação leva a empresa a superar os desafios técnicos comuns a todo o setor, enquanto uma abordagem que coloca o esmero de fabrico em primeiro lugar sustenta o desenvolvimento de equipamentos inteligentes de alta qualidade. Através de tecnologias inteligentes, a Longxin Smart torna os processos de produção dos clientes mais transparentes, eficientes e precisos, cumprindo rigorosamente os requisitos de proteção ambiental e eficiência energética para apoiar uma produção sustentável. Com produtos de alta qualidade e serviços profissionais, a Longxin Smart tornou-se parceira estratégica de muitas empresas líderes da indústria de novas energias, trabalhando com elas para promover a modernização tecnológica e o desenvolvimento de alta qualidade.

A indústria do LFP encontra-se agora numa fase crítica de crescimento sustentado da procura, rápido avanço tecnológico e aceleração da reestruturação do mercado. O LFP de alta compactação, o LMFP e outros produtos de gama alta tornaram-se áreas essenciais da concorrência no setor. A Longxin Smart continuará a concentrar-se na inovação tecnológica e a expandir o seu portefólio de soluções para toda a cadeia, melhorando continuamente o desempenho dos produtos e a qualidade do serviço para fornecer à indústria de novas energias equipamentos mais eficientes, economizadores de energia e inteligentes.

A inovação tecnológica promove a modernização industrial, enquanto a produção inteligente e sustentável impulsiona o crescimento futuro. A Longxin Smart está pronta para trabalhar com parceiros de toda a indústria mundial de novas energias para aprofundar o desenvolvimento de tecnologias essenciais, expandir os cenários de aplicação e superar os estrangulamentos do setor, conduzindo a indústria de novas energias a uma maior eficiência, sustentabilidade e crescimento a longo prazo, e construindo em conjunto um futuro mais sustentável.