Поскольку энергетическая плотность аккумуляторов приближается к теоретическому пределу, а ограничения по безопасности аккумуляторов с жидким электролитом становятся всё более очевидными, твёрдотельные аккумуляторы рассматриваются в качестве ключевого технологического направления для создания аккумуляторов нового поколения с высокой энергетической плотностью. Поскольку выбор материалов для твёрдого электролита и технологий их производства является основой твёрдотельных аккумуляторов, он напрямую определяет энергетическую плотность, безопасность, циклическую стойкость и скоростные характеристики аккумулятора. Оксидные твердые электролиты, обладающие превосходной термической и химической стабильностью, а также внутренней безопасностью, стали одним из основных направлений промышленного производства гибридных твердо-жидких аккумуляторов и полностью твердотельных аккумуляторов. Для решения задач, связанных с крупносерийным производством этого ключевого материала, компания Longxin Smart использует свою установку для наноизмельчения и распылительной сушки материалов для аккумуляторов в качестве ключевой технологической платформы, позволяющей перевести оксидные твердотельные электролиты из стадии лабораторных разработок в стадию масштабируемого производства.
Исследование оксидных твёрдотельных электролитов для решения проблем, связанных с промышленным внедрением полностью твёрдотельных аккумуляторов
В системах твердотельных аккумуляторов твердый электролит выполняет важнейшую функцию переноса ионов лития между положительным и отрицательным электродами. К основным системам материалов относятся электролиты гранатового типа, такие как LLZO, электролиты типа NASICON, такие как LATP, электролиты перовскитового типа, такие как LLTO, и аморфные электролиты, такие как LiPON. Среди них LLZO привлекает значительное внимание благодаря своей стабильности в сочетании с литий-металлическими анодами и широкому электрохимическому окну. LATP подходит для высоковольтных катодных систем благодаря относительно низкой стоимости и хорошей стабильности в контакте с воздухом.
По мере ускорения индустриализации внимание отрасли смещается с отдельных показателей электрохимических характеристик на комплексное управление свойствами порошка, поведением при спекании и структурой границ зерен. Для того чтобы оксидные твёрдые электролиты могли быть внедрены в промышленность, материалы должны обладать не только высокой ионной проводимостью, но и узким распределением частиц по размеру, хорошей сферичностью, низким содержанием примесей и стабильностью от партии к партии. Достижение этих свойств в значительной степени зависит от стабильной работы оборудования и процессов начального этапа производства.
От “получения сырья” до “его стабильного производства”: оборудование — ключ к расширению масштабов производства
Переход от лабораторных исследований твёрдого электролита к крупномасштабному производству требует прохождения нескольких этапов, включая исследование материалов, валидацию технологического процесса, адаптацию оборудования и масштабирование технологического процесса. При использовании традиционных моделей производства недостаточная точность ручной загрузки, низкая эффективность диспергирования и измельчения, а также необходимость ручной перегрузки между этапами процесса могут привести к низкой однородности партий, повышенному риску попадания примесей и длительным производственным циклам. Эти ограничения затрудняют соблюдение строгих требований к чистоте и однородности материалов для твердотельных аккумуляторов.
Поэтому прорывы в процессах производства материалов имеют решающее значение для коммерциализации данной технологии. Это отражает промышленный принцип “одно поколение материалов — одно поколение оборудования”: без высокотехнологичного производственного оборудования, точно адаптированного к системе материалов, даже самый многообещающий состав материала невозможно надежно преобразовать в продукт, пригодный для стабильного массового производства.
Одно поколение материалов — одно поколение оборудования: техническая концепция интегрированной установки для наноизмельчения материалов аккумуляторных батарей и их распылительной сушки
С целью удовлетворения производственных требований к материалам для аккумуляторов высокого класса, таким как оксидные твёрдофазные электролиты, компания Longxin Smart объединила ключевые технологии своей нано-шаровой мельницы и распылительной сушилки для ультрадисперсных порошков, создав интегрированную технологическую схему, основанную на мокром наноизмельчении с последующим удалением растворителя и сушкой.
(1) Процесс влажного смешивания: наноразмерная прецизионная обработка в жидкой фазе
Данный процесс подходит для высокотехнологичных применений, требующих строгого контроля размера частиц и равномерной дисперсии. После дозирования суспензия перекачивается в нано-шаровую мельницу Longxin Smart. Измельчающие элементы, такие как циркониевые шарики, вращаются с высокой скоростью, создавая сильное сдвиговое поле, которое эффективно измельчает частицы до заданной степени тонкости. Композитная конструкция, состоящая из турбины и штифта, а также модульные компоненты измельчающего механизма обеспечивают стабильное регулирование размера частиц по показателю D50 и отличное распределение частиц по размерам.
(2) Процесс удаления растворителя и сушки: быстрое образование частиц
Суспензия, достигшая требуемых характеристик измельчения, быстро подвергается распылительной сушке для удаления растворителя и получения сухого наноразмерного порошка твёрдого электролита. В распылительной сушилке для ультратонких порошков Longxin Smart используется высокоскоростной центробежный распылитель, который преобразует сырье в однородные капли. После контакта с горячим воздухом сушка завершается в течение нескольких секунд, в результате чего получается порошок с высокой сферичностью и сконцентрированным распределением частиц по размерам.
(3) Преимущества технологического процесса, напрямую влияющие на эксплуатационные характеристики аккумулятора
Мокрый наномасштабный процесс позволяет добиться более узкого распределения частиц по размеру и лучшей сферичности частиц, что важно для повышения плотности и ионной проводимости электролитных листов. Тщательный подбор и оптимизация системы растворителей способствуют эффективной дисперсии при минимизации остаточного растворителя. Остаточный растворитель также можно полностью удалить посредством последующей термической обработки, чтобы предотвратить негативное влияние на рабочие характеристики аккумулятора.
(4) Многоцелевая центробежно-воздушная распылительная сушилка для различных технологических процессов
Для обеспечения соответствия требованиям по производству ультрадисперсных порошков многокомпонентных композитных оксидных твёрдых электролитов компания Longxin Smart разработала многофункциональную центробежно-воздушную распылительную сушилку, оснащённую центробежными, воздушными и напорными распылителями. Пользователи могут переключаться между методами распыления в зависимости от характеристик материала или добавлять распылительные трубки для увеличения производительности по мере роста производственных потребностей, сочетая гибкость технологического процесса с экономической эффективностью оборудования.
Система оснащена высокоэффективным импульсно-струйным рукавным фильтром и установкой рекуперации тепла. Эффективность улавливания пыли высока, а отработанное тепло рекуперируется и повторно используется, что способствует как соблюдению экологических норм, так и сокращению энергопотребления.
Полное покрытие материалов: единая технологическая платформа для самых разнообразных требований
Разработка материалов для твердотельных аккумуляторов ведется по нескольким параллельным технологическим направлениям, при этом к различным материалам предъявляются существенно разные требования к производству. Опираясь на две свои ключевые технологии — наноизмельчение и диспергирование, а также распылительную сушку — компания Longxin Smart разработала оборудование для производства целого ряда важнейших материалов:
(1) Сульфидные электролиты
Поскольку сульфидные электролиты чувствительны к воздействию воздуха и влаги и подвержены окислению, в распылительной сушилке с замкнутым контуром в качестве циркулирующей среды используется инертный газ, например азот, а сам процесс протекает в полностью закрытой системе. Испарившиеся органические растворители конденсируются, отделяются и регенерируются для повторного использования. Это помогает предотвратить деградацию материала и одновременно обеспечивает рециркуляцию растворителей. Доступны лабораторные, пилотные и крупные промышленные модели, позволяющие удовлетворить требования на всех этапах — от научных исследований до серийного производства.
(2) Полимерные электролиты
Оросительная сушилка с воздушным потоком позволяет получать ультрадисперсный порошок с размером частиц в микронах и узким распределением частиц по размерам. Распылительная насадка изготовлена из износостойких материалов, а система управления обеспечивает точную регулировку ключевых параметров, таких как температура входящего воздуха, что создает платформу для валидации технологических процессов при разработке новых рецептур и технологических процессов.
(3) Катодные материалы на основе марганца с высоким содержанием лития (LMFP), кремний-углеродные аноды и связующие вещества
Система наноизмельчения поддерживает системы на водной, масляной и растворительной основе и позволяет сохранять несколько технологических рецептур. В сочетании с распылительной сушкой и полномасштабным автоматизированным управлением она обеспечивает гибкую перенастройку между различными типами продукции, отвечая требованиям компаний-производителей материалов в области НИОКР и производства, связанным с выпуском небольших партий и разнообразных спецификаций.
Сотрудничество между промышленностью, вузами и научно-исследовательскими организациями: создание полного цикла от технологии до промышленного применения
В последние годы компания Longxin Smart продолжает сотрудничать с университетами, научно-исследовательскими институтами и специализированными техническими командами в рамках инициатив, объединяющих промышленность, образование и науку. Работа была сосредоточена на технических исследованиях и коммерциализации в таких областях, как передовые материалы для аккумуляторов, наноизмельчение и диспергирование, углеродные нанотрубки, твердые электролиты, наноцеллюлоза и другие. Эти усилия позволили постепенно сформировать механизм передачи технологий, охватывающий исследования материалов, валидацию технологических процессов, разработку основного оборудования, масштабирование процессов и промышленное применение.
Опираясь на технологии производственных линий по наноизмельчению и ультратонкой распылительной сушке, платформу экспериментальной валидации, возможности по разработке основного оборудования, а также комплексный инженерный опыт, компания Longxin Smart стремится тесно увязать научные исследования с потребностями промышленности. Компания обеспечивает системную поддержку на уровне оборудования, технологических процессов и инжиниринга для перехода основных материалов для твердотельных аккумуляторов от стадии экспериментальных исследований к крупномасштабному производству.
Совместное построение “литиевого” будущего: поиск нового пути для интеллектуального производства материалов для твердотельных аккумуляторов нового поколения с высокой энергетической плотностью
На первый взгляд гонка за индустриализацией в сфере твердотельных аккумуляторов представляет собой соревнование между системами материалов. Однако если вникнуть глубже, это соревнование в области производственных процессов и возможностей оборудования. От наноизмельчения и ультратонкой распылительной сушки оксидных электролитов до сушки сульфидных электролитов в замкнутом цикле в атмосфере инертного газа — компания Longxin Smart, опираясь на более чем десятилетний технический опыт, продолжает совершенствовать сушильное оборудование, промышленные тепловые системы и интеллектуальное оборудование. Компания предлагает эффективные, энергосберегающие и интеллектуальные производственные решения для отрасли производства основных материалов для твёрдотельных аккумуляторов.
В перспективе компания Longxin Smart будет и дальше укреплять свой портфель решений, охватывающих весь производственный цикл, используя технологические инновации для поддержки модернизации промышленности, а также экологичное и интеллектуальное производство в качестве движущей силы будущего развития. Совместно с отраслевыми партнерами компания будет исследовать новые пути внедрения интеллектуального производства для ключевых материалов, используемых в твердотельных тяговых аккумуляторах нового поколения с высокой энергетической плотностью, и способствовать продвижению отрасли новых источников энергии в направлении повышения эффективности, экологической ответственности и устойчивого развития.
