Проблемы отрасли
На фоне бурного роста отрасли производства аккумуляторных батарей литий-ионные катодные материалы являются ключевым фактором, определяющим энергетическую плотность, циклический ресурс и безопасность аккумуляторов, а процессы их производства в настоящее время сталкиваются с огромными трудностями. В настоящее время в отрасли существует три широко распространенных проблемы:
- При традиционном производстве ручная загрузка приводит к недостаточной точности дозирования — погрешности часто превышают ±500 г — и низкой стабильности от партии к партии. Процессы диспергирования и измельчения также неэффективны: одна установка обрабатывает лишь десятки литров в час, что значительно меньше потребностей производственных линий мощностью 10 000 тонн.
- Передача продукции между этапами технологического процесса осуществляется вручную, что повышает риск загрязнения и удлиняет производственный цикл более чем на 30 %.
- В то же время, по мере широкого распространения таких технологий, как крупные цилиндрические элементы 4680 и элементы типа «блейд», рынок предъявляет все более высокие требования к чистоте катодного материала (содержание примесей ионов железа ниже 1 ppm) и распределению частиц по размерам (D50 в диапазоне 100–500 нм со значением размаха менее 1,0). Традиционные методы производства уже не способны удовлетворить потребности отрасли.
На этом фоне автоматизированные производственные линии для изготовления катодных материалов литиевых батарей стали неизбежной тенденцией в процессе модернизации промышленности. Данные показывают, что в 2023 году мировой рынок оборудования для автоматизации, предназначенного для производства материалов для аккумуляторов на основе новых источников энергии, вырос на 60 % по сравнению с предыдущим годом, в то время как спрос на производственные линии с интеллектуальным управлением всем технологическим процессом вырос более чем на 90 %. Отрасль переходит от периодического производства к непрерывному, интеллектуальному и гибкому производству, что предъявляет новые комплексные требования к производительности, точности, энергопотреблению и совместимости оборудования. Обладая более чем десятилетним опытом в области оборудования для новых источников энергии, компания Longxin Smart объединяет такие ключевые технологии, как наномельницы с высокой пропускной способностью и распылительные сушилки для ультрадисперсных порошков, чтобы создавать автоматизированные производственные линии для катодных материалов литиевых батарей, переопределяя стандарты производства катодных материалов посредством совместных инноваций по всей производственной цепочке.
Сотрудничество на всех этапах технологического процесса — принцип работы и состав оборудования
Автоматизированная производственная линия компании Longxin Smart для изготовления катодных материалов литиевых батарей построена по архитектуре “модульная интеграция плюс интеллектуальное совместное управление”. Она охватывает всю технологическую цепочку от поступления сырья до упаковки готовой продукции, обеспечивая непрерывное производство за счет плавной интеграции отдельных систем.
(1) Основной принцип работы
Линия обеспечивает сбор данных по всему технологическому процессу и мониторинг в режиме реального времени, объединяя в замкнутый цикл операции подачи и дозирования, измельчения и диспергирования, сушки и грануляции, спекания и модификации, помола и классификации, а также упаковки и складирования. После того как сырье поступает на линию через систему автоматической подачи, оно последовательно проходит этапы наноразмерного измельчения, распылительной сушки и грануляции, высокотемпературного спекания, а также струйного измельчения и классификации, в результате чего получается катодный материал, отвечающий требуемой точности. На протяжении всего процесса система управления на базе ПЛК координирует регулировку параметров — например, данные о колебаниях температуры в системе измельчения в режиме реального времени передаются в систему сушки, которая автоматически корректирует температуру входящего воздуха для обеспечения стабильного качества продукции.
(2) Основное оборудование
Система подачи и дозирования. Оборудование оснащено беспыльной машиной для вскрытия мешков и вакуумными загрузчиками, обеспечивающими автоматическое вскрытие и транспортировку сырья в мешках. Дозирование по приросту веса обеспечивает высокую точность дозирования, а дозирование очищенной воды точно регулируется. Многоступенчатая магнитная сепарация предотвращает попадание железа, меди и других металлических примесей в технологический процесс.
Система наноизмельчения. В установке используется недавно модернизированная высокопроизводительная штифтовая бисерная мельница компании Longxin, композитная конструкция которой, сочетающая турбину и штифты, создает трехмерное энергетическое поле. Благодаря использованию циркониевых измельчающих элементов размером 0,3–0,5 мм обеспечивается точное регулирование размера частиц в диапазоне от 100 до 500 нм, а производительность одной установки составляет 100–500 л/ч — что в два-три раза превышает производительность традиционного оборудования.
Система распылительной сушки. Оснащено новой сушилкой распылительного типа для ультрамелких порошков (ZL 202122093525.2 и ZL 202321168225.9). Высокоскоростной центробежный распылитель, работающий со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту, преобразует суспензию в капли размером 20–30 мкм, которые вступают в контакт со спиральным потоком горячего воздуха температурой 130–300 °C и высыхают за считанные секунды, образуя готовый порошок с высокой сферичностью.
Система спекания в печи. Печь с роликовым подом и двойной азотной герметизацией изолирует материал от воздуха. Высушенные гранулы пневматическим способом подаются в саггары, где проходят предварительный нагрев, нагрев и спекание при постоянной температуре для нанесения углеродного покрытия. После водяного охлаждения происходит автоматическая разгрузка, при этом на протяжении всего процесса поддерживается бескислородная среда для обеспечения чистоты материала.
Система струйного измельчения. Высокоскоростные газовые струи измельчают спеченные гранулы до ультрадисперсных частиц, а классификационное колесо обеспечивает точную классификацию с D50 5–10 мкм, при этом эффективность измельчения выше, чем у традиционного оборудования.
Система просеивания и упаковки. Трехмерный ротационный вибрационный грохот осуществляет окончательное просеивание, после чего установка количественной упаковки производит взвешивание и запечатывание. Оборудование для удаления пыли обеспечивает чистоту в цехе.
Системы транспортировки и управления. Системы транспортировки суспензий и порошков по трубопроводам обеспечивают герметичную подачу материала. Система автоматического управления отслеживает двенадцать технологических параметров в режиме реального времени и позволяет сохранять несколько технологических рецептур, что сокращает время переналадки производства.
Вспомогательные системы. К ним относятся установка рекуперации отработанного тепла (повышающая коэффициент использования энергии на 15 %), импульсно-струйные пылеуловители (с уровнем выбросов пыли ниже 30 мг/м³) и интеллектуальная система регулирования температуры с минимальными колебаниями температуры, отвечающая экологическим и энергосберегающим требованиям.
Технологические прорывы — эксплуатационные характеристики и инновационные усовершенствования производственной линии
Благодаря пяти технологическим инновациям автоматизированная производственная линия компании Longxin Smart по выпуску катодных материалов для литиевых аккумуляторов обеспечивает тройной прорыв в области эффективности, точности и затрат, предлагая отрасли комплексное решение по оптимизации всего производственного цикла.
(1) Повышение эффективности: от периодического производства к непрерывному массовому производству
Резкий рост производственной мощности: одна производственная линия может достигать годовой мощности в 50 000 тонн. Система наноизмельчения обрабатывает более 500 л/ч, а система распылительной сушки имеет производительность по испарению 25–12 000 кг/ч, что соответствует требованиям крупных производителей литиевых аккумуляторов к масштабам производства.
Оптимизация технологического процесса: отдельные этапы процесса объединены замкнутым трубопроводом и интеллектуальной системой планирования, что позволяет сократить производственный цикл на 30 % по сравнению с традиционными методами и повысить коэффициент готовности оборудования.
(2) Точное управление: точность на уровне микронов и стабильность партий
Регулирование размера частиц: колебания показателя D50 в системе измельчения минимальны, а система сушки позволяет точно регулировать размер частиц готового продукта в диапазоне 5–10 мкм или 20–30 мкм, что обеспечивает стабильные электрохимические характеристики.
Гарантия чистоты: на всех этапах процесса используются инертные материалы, такие как нержавеющая сталь SUS304 и керамика, а также применяются многоступенчатая магнитная сепарация и защита азотом, что позволяет снизить содержание примесей в виде ионов железа и обеспечить соответствие требованиям к чистоте материалов для аккумуляторов.
(3) Энергосбережение и снижение затрат: оптимизация энергопотребления по всей цепочке и вторичное использование ресурсов
Снижение энергопотребления: синхронные двигатели с постоянными магнитами и система утилизации отработанного тепла позволяют сократить общее энергопотребление на 20 %, что обеспечивает значительную ежегодную экономию на энергозатратах.
Снижение расхода мелющих тел: камера измельчения из карбида кремния обладает в пять раз большей износостойкостью, чем традиционная нержавеющая сталь, а расход шариков из диоксида циркония размером 0,3 мм на единицу продукции сокращается на 10 %, что позволяет сэкономить более 10 000 юаней в год на каждой машине за счет снижения затрат на мелющие тела.
(4) «Интеллектуальная гибкость»: совместимость с различными продуктами и цифровое управление
Гибкое производство: линия поддерживает использование таких катодных материалов, как LFP, литий-марганец-железо-фосфат (LMFP), NCM и других, с короткими сроками переналадки рецептуры, что позволяет удовлетворить требования по производству небольших партий продукции с различными техническими характеристиками.
Цифровой двойник: программное обеспечение для четырёхмерного проектирования CADWORX позволяет проводить виртуальные обходы производственных помещений и моделировать технологические процессы, а система MES регистрирует производственные данные в режиме реального времени, обеспечивая удалённый мониторинг и прогнозное техническое обслуживание, а также сокращая количество ручных вмешательств.
(5) Охрана окружающей среды и безопасность: низкий уровень выбросов и полный контроль над технологическим процессом
Соблюдение экологических норм: выбросы летучих органических соединений (ЛОС) ниже 30 мг/м³, а концентрация пыли в выбросах соответствует установленным требованиям; кроме того, связанная с линией система возврата сточных вод обеспечивает повторное использование водных ресурсов.
Защитные блокировки: импульсная струйная система удаления пыли с защитным охлаждением и двойными механическими уплотнениями обеспечивает безопасность производства в средах, подверженных возгоранию и взрыву.
Совместные инновации по всей цепочке — создание экосистемы интеллектуального производства с замкнутым циклом для LFP
Повышение качества LFP невозможно достичь за счет какой-либо одной технологической операции. Ключом к получению высококачественной продукции является скоординированная оптимизация трёх основных этапов — измельчения суспензии, распылительной сушки и прокаливания. Компания Longxin Smart выявила технические проблемы отрасли и создала комплексную технологическую схему, охватывающую измельчение суспензии, распылительную сушку и прокаливание, сформировав интеллектуальную производственную экосистему с замкнутым циклом, которая охватывает весь процесс производства LFP и предоставляет клиентам комплексное решение — от первичной обработки сырья до конечной подготовки готовой продукции.
В процессе производства LFP распылительная сушка является связующим звеном между этапом получения суспензии прекурсора и этапом прокаливания. Она не только обеспечивает быстрое удаление воды, но и изменяет морфологию и структуру вторичных частиц, что напрямую влияет на плотность после утряски, качество углеродного покрытия и гранулометрический состав, а в конечном итоге определяет электрохимические характеристики аккумулятора. Опираясь на глубокое понимание отраслевых процессов, компания Longxin Smart объединяет технологии наноизмельчения и распылительной сушки, чтобы обеспечить точный контроль над всем технологическим потоком — от предварительной обработки сырья до получения готовой продукции.
(1) Измельчение в суспензии
Longxin Smart оптимизирует параметры измельчения, обеспечивая равномерное смешение компонентов суспензии и узкое распределение первичных частиц по размеру. D50 обычно поддерживается в диапазоне 50–200 nm, что эффективно предотвращает осаждение крупных частиц и агломерацию мелкого порошка. Содержание твёрдой фазы и вязкость суспензии точно настраиваются под разные материалы: содержание твёрдой фазы поддерживается на уровне 30–40 %, а вязкость доводится до оптимального диапазона. Для повышения устойчивости суспензии могут добавляться диспергаторы. Это обеспечивает равномерное распределение источников лития, железа, фосфора и углерода и создаёт основу для формирования одной фазы и равномерного углеродного покрытия на последующей стадии распылительной сушки.
(2) Распылительная сушка
Longxin Smart использует инновационную сверхвысокоскоростную центробежную распылительную сушилку. Быстровращающийся распылительный диск выбрасывает суспензию в виде однородных мелких капель, которые мгновенно высыхают при контакте с горячим воздухом. Полученный порошок отличается хорошей сферичностью и равномерным распределением частиц, что делает процесс пригодным для крупномасштабного промышленного производства. Для высокоэффективных продуктов, таких как LFP с высокой плотностью уплотнения и LMFP, оборудование способно обрабатывать суспензии с высоким содержанием твёрдой фазы и высокой вязкостью. Точное управление частотой вращения, расходом и температурой воздуха на входе предотвращает неравномерное распыление и забивание материалом, обеспечивая стабильное качество продукта.
(3) Согласование с прокаливанием
Оборудование распылительной сушки Longxin Smart обеспечивает заданные характеристики прекурсора, которые служат входными данными для процесса прокаливания и помогают заказчикам оптимизировать температурную кривую обжига. Скорость нагрева на низкотемпературной стадии, пиковая температура и время выдержки гибко регулируются с учётом характеристик частиц, полученных распылительной сушкой. Для плотных частиц с высоким содержанием углерода медленный нагрев оставляет достаточно времени для выхода газов; для рыхлых пористых частиц нагрев можно соответственно ускорить. Температура прокаливания и время выдержки точно согласуются с размером первичных частиц и плотностью вторичных частиц, обеспечивая полную карбонизацию источника углерода и полноценный рост кристаллов. В результате свойства материала LFP можно настраивать под конкретные требования.
Высокопроизводительная штифтовая бисерная мельница — от «может измельчать» к «измельчает качественно, экономично и надёжно»
За более чем десять лет последовательного совершенствования технологий Longxin Smart добилась пяти ключевых прорывов на основе традиционных штифтовых бисерных мельниц, обеспечив комплексное превосходство эксплуатационных показателей над общепринятыми отраслевыми значениями:
(1) Эффективность измельчения: рост производительности в два-три раза
Благодаря модульному измельчающему узлу и новой проточной ситовой сепарации эффективное время измельчения материала в камере увеличено в 1.8 раза по сравнению с традиционным оборудованием, а проходная площадь сита — на 40 %. В результате эффективная производительность в два-три раза превышает производительность традиционной бисерной мельницы.
(2) Контроль размера частиц: точное регулирование отклонения D50
Комбинированная конструкция турбины и штифтов создаёт равномерное сдвиговое воздействие на частицы. В сочетании с небольшими шариками из диоксида циркония размером 0.3–0.5 mm и округлостью ≥ 95 % она стабильно удерживает D50 в диапазоне от 100 nm до 2 μm, обеспечивая более узкое распределение частиц по размеру, чем в среднем по отрасли.
(3) Технология сепарации: бесситовая конструкция, решающая две основные отраслевые проблемы
Центробежная бесситовая конструкция устраняет две основные проблемы традиционной ситовой сепарации:
Засорение: устраняется забивание сита высоковязким материалом или волокнистыми примесями, благодаря чему время непрерывной работы увеличивается с традиционных 8 до 72 часов.
Риск загрязнения: устранение контакта металлического сита с материалом снижает загрязнение измельчённого продукта металлами, обеспечивая соответствие требованиям к чистоте в отраслях материалов для новой энергетики и полупроводников.
(4) Энергия и затраты: снижение удельного энергопотребления
Три энергосберегающих конструктивных решения снижают затраты:
Теплопроводность камеры измельчения из карбида кремния в три раза выше, чем у нержавеющей стали. В сочетании с охлаждением стенки камеры это позволяет регулировать рабочую температуру без дополнительного теплообменника, снижая энергопотребление.
Небольшие циркониевые шарики измельчают эффективнее и снижают расход мелющих тел при той же производительности.
Длительный срок службы износостойких материалов снижает затраты на обслуживание.
(5) Интеллектуальность и адаптивность: от автономной работы к согласованной работе всей линии
Интеллектуальная связь: мельница может подключаться к MES. Расход, частота вращения и другие параметры задаются через PLC, а данные поточного контроля размера частиц в реальном времени передаются в центральную диспетчерскую. Это обеспечивает замкнутое управление, при котором отклонения размера частиц вызывают автоматическую корректировку параметров.
Специальные пакеты параметров: технологические рецептуры заранее сохраняются для разных систем, включая слоистые оксиды и катодные материалы на основе берлинской лазури, анодные материалы из твёрдого углерода и кремний-углеродных композитов, а также серебряные пасты для фотоэлектрики и UV-краски. Это позволяет быстро переключать параметры при смене продукта.
Совместимость с различными растворителями: мельница поддерживает водные, масляные системы и системы на основе растворителей. При необходимости камеру измельчения можно изготовить из полиуретана, нитрида кремния или других материалов, отвечающих гигиеническим требованиям пищевой и фармацевтической промышленности; нержавеющая сталь 316L предлагается как опция.
Прорывы в ключевых технологиях распылительной сушки — Longxin Smart продвигает модернизацию отрасли
Как разработчик инновационного оборудования для материалов новой энергетики, Longxin Smart накопила многолетний отраслевой опыт и добилась многочисленных прорывов в крупномасштабном проектировании, ключевых технологиях, надёжности, энергосбережении и интеллектуальных функциях. Разработанная компанией крупная сверхвысокоскоростная центробежная распылительная сушилка стала ключевым оборудованием для модернизации производства LFP.
(1) Крупномасштабное проектирование
Сегодня Longxin Smart предлагает решения производственных линий годовой мощностью 10 000, 30 000, 50 000 и 100 000 тонн, отвечая потребностям компаний разного масштаба. По мере консолидации отрасли LFP и расширения мощностей ведущими компаниями крупные линии Longxin Smart помогают заказчикам быстро наращивать выпуск, получать экономию от масштаба и снижать себестоимость единицы продукции в соответствии с тенденцией укрупнения производства. Серия уже применяется в проектах расширения нескольких ведущих производителей катодных материалов, помогая заказчикам завоёвывать долю рынка.
(2) Ключевые технологии
Longxin Smart развивает собственные инновации. Сверхвысокоскоростной центробежный распылитель собственной разработки отличается повышенной надёжностью, широким диапазоном регулирования частоты вращения и стабильным распылением, обеспечивая точный контроль размера капель. Система распределения горячего воздуха, оптимизированная с помощью CFD, создаёт равномерное поле горячего воздуха, повышая эффективность сушки и стабильность характеристик продукта. Инновационная многоцелевая система центробежного и пневматического распыления адаптируется к суспензиям с разной вязкостью и содержанием твёрдой фазы, предлагая гибкие решения для LFP с высокой плотностью уплотнения, LMFP и других материалов. Эти прорывы в ключевых технологиях дают оборудованию Longxin Smart выраженное конкурентное преимущество при производстве высококачественного LFP.
(3) Стабильность и надёжность
Longxin Smart комплексно модернизировала своё оборудование. Новая двойная система охлаждения, сочетающая масляное и воздушное охлаждение, вместе с интеллектуальным мониторингом в реальном времени обеспечивает стабильную работу распылителя при высоких температурах и предотвращает остановки производства из-за отказов оборудования. Новый рукавный фильтр с очисткой в отключённом состоянии, оснащённый высокотемпературными рукавами и системой защиты холодным воздухом, продлевает срок службы оборудования и обеспечивает высокую степень улавливания ультрадисперсного продукта, сокращая потери сырья. Благодаря строгому контролю качества и оптимизации процессов оборудование Longxin Smart достигает передовых для отрасли показателей продолжительности непрерывной работы и средней наработки между отказами, обеспечивая надёжную основу стабильного производства.
(4) Энергоэффективность
Longxin Smart учитывает принципы экологичного развития на всех этапах проектирования продукции. Система циркуляции горячего воздуха оптимизирована для более эффективного использования тепла и снижения энергопотребления на единицу продукта. Высокоэффективные двигатели и интеллектуальное частотное регулирование динамически подстраивают рабочие параметры под производственную нагрузку, предотвращая потери энергии. Компактная общая конструкция снижает теплопотери и дополнительно повышает энергоэффективность. В рамках двух целей в области углеродных выбросов энергоэффективное оборудование Longxin Smart помогает заказчикам сокращать выбросы углерода в производстве, обеспечивая одновременно экономические и экологические преимущества.
(5) Интеллектуальные функции
Оборудование Longxin Smart объединяет современные датчики и системы сбора данных для мониторинга в реальном времени ключевых технологических параметров, включая содержание твёрдой фазы, вязкость и температуру суспензии, давление распыления и скорость воздуха. Для визуализации данных и удалённого мониторинга используется платформа промышленного интернета. Анализ больших данных и алгоритмы искусственного интеллекта автоматически оптимизируют производственные параметры для точного управления процессом, а предупреждения об отказах и напоминания об обслуживании помогают заказчикам повышать эффективность производства и снижать эксплуатационные затраты. Эти интеллектуальные усовершенствования делают производство более прозрачным и эффективным и обеспечивают ключевую поддержку заказчикам, создающим цифровые заводы.
Инновации для каждого применения и экологичного будущего новой энергетики
Longxin Smart много лет работает в отрасли материалов для новой энергетики. Благодаря технологическим инновациям и точному производству компания разработала интеллектуальные решения для широкого спектра применений. Помимо катодных материалов LFP, её оборудование используется для анодных материалов литиевых аккумуляторов, добавок, катодных материалов NCM, материалов твердотельных аккумуляторов и переработки отработанных литиевых аккумуляторов, обеспечивая оборудование для всей цепочки создания стоимости новой энергетики.
При производстве LFP с высокой плотностью уплотнения комплексная линия наноизмельчения и распылительной сушки Longxin Smart позволяет точно контролировать плотность уплотнения продукта. Она помогает заказчикам масштабировать выпуск высокоэффективных материалов с плотностью уплотнения 2.6 g/cm³ и выше для быстрозаряжаемых аккумуляторов электромобилей и крупных систем накопления энергии. Для LMFP и других многокомпонентных катодных материалов оборудование может обрабатывать суспензии с несколькими составляющими, обеспечивая равномерное распределение элементов и технологическую поддержку повышения удельной энергии и оптимизации затрат. При переработке отработанных литиевых аккумуляторов оборудование Longxin Smart обеспечивает эффективное измельчение и сушку регенерированных материалов, поддерживая оборот ресурсов и экологичное развитие отрасли.
Инновации без границ, интеллект для будущего
Longxin Smart сохраняет приверженность своей миссии: продвигать цифровые инновации и экологичное развитие производства аккумуляторных материалов. Инновации помогают компании преодолевать общие для отрасли технические трудности, а приоритет высокого мастерства лежит в основе разработки качественного интеллектуального оборудования. Благодаря интеллектуальным технологиям Longxin Smart делает производственные процессы заказчиков более прозрачными, эффективными и точными, строго соблюдая требования охраны окружающей среды и энергоэффективности для поддержки экологичного производства. Высокое качество продукции и профессиональные услуги сделали Longxin Smart стратегическим партнёром многих ведущих компаний новой энергетики, с которыми она совместно продвигает технологическую модернизацию и качественное развитие.
Сегодня отрасль LFP находится на важном этапе устойчивого роста спроса, быстрого технологического прогресса и ускоряющейся реструктуризации рынка. LFP с высокой плотностью уплотнения, LMFP и другие высококлассные продукты стали основными направлениями отраслевой конкуренции. Longxin Smart продолжит уделять внимание технологическим инновациям и расширять портфель решений для всей цепочки, постоянно улучшая характеристики продукции и качество услуг, чтобы предлагать новой энергетике более эффективное, энергосберегающее и интеллектуальное оборудование.
Технологические инновации способствуют модернизации промышленности, а экологичное интеллектуальное производство обеспечивает будущий рост. Longxin Smart готова сотрудничать с партнёрами отрасли новой энергетики по всему миру, углублять разработку ключевых технологий, расширять области применения и преодолевать отраслевые ограничения, продвигая новую энергетику к большей эффективности, устойчивости и долгосрочному росту и совместно создавая более экологичное будущее.
