Электролиты твердотельных аккумуляторов являются ключевым компонентом таких аккумуляторов. Это твердые ионопроводящие материалы, которые переносят ионы лития между положительным и отрицательным электродами, выполняя функцию, аналогичную функции жидкого электролита в традиционных аккумуляторах. По мере того как твердотельные аккумуляторы достигают более высокой энергетической плотности и снижают себестоимость, ожидается, что их использование в автомобилях на новых источниках энергии будет постепенно расширяться от моделей высокого класса к моделям среднего и начального уровня. Это будет способствовать развитию отрасли автомобилей на новых источниках энергии и поможет удовлетворить потребительский спрос на большой запас хода, быструю зарядку и высокий уровень безопасности. К основным категориям электролитов для твёрдотельных аккумуляторов относятся:
(1) Полимерные электролиты
Полимерные электролиты, как правило, состоят из полимерной матрицы и соли лития, например полиэтиленоксида (PEO). Они обладают хорошей гибкостью и технологичностью, из них можно изготавливать электролитные мембраны различной формы и размеров, а также обеспечивают хорошую межфазную совместимость с материалами электродов. Однако их ионная проводимость относительно низка, особенно при комнатной температуре, что может влиять на характеристики заряда и разряда аккумулятора. При высоких температурах усиление теплового движения полимерных цепей может нарушать пути ионной проводимости и снижать ионную проводимость. Исследования в области полимерных электролитов продолжают развиваться за счет модификации структуры полимеров, использования высокоэффективных литиевых солей и применения композитных подходов, направленных на улучшение ионной проводимости и механических свойств.
(2) Оксидные электролиты
К оксидным электролитам относятся структуры гранатового типа, типа NASICON, перовскитного типа и другие оксидные структуры. Они обладают относительно высокой ионной проводимостью, хорошей химической стойкостью, высокой механической прочностью, негорючестью, низкой летучестью и высокой безопасностью. Однако процессы их производства сложны и требуют высокотемпературного спекания, что приводит к относительно высокой стоимости. Кроме того, при контакте с материалами электродов они демонстрируют высокое межфазное сопротивление, что может повлиять на общие характеристики аккумулятора. Различные материалы электролитов можно комбинировать с оксидными электролитами, чтобы использовать преимущества каждого материала и формировать многокомпонентные композитные электролитные системы с улучшенной ионной проводимостью, стабильностью и межфазной совместимостью.
(3) Сульфидные электролиты
Сульфидные электролиты, такие как сульфиды аргиродитового типа, обладают чрезвычайно высокой ионной проводимостью и хорошей проводимостью при комнатной температуре, что позволяет эффективно повысить эффективность заряда-разряда аккумулятора и его мощностные характеристики. Кроме того, они демонстрируют хорошую совместимость с литий-металлическими анодами, способствуют подавлению роста литиевых дендритов и позволяют повысить безопасность и циклическую стойкость аккумуляторов. Однако сульфидные электролиты очень чувствительны к влаге и кислороду и подвержены гидролизу и окислению. Поэтому их необходимо производить и использовать в сухих, бескислородных средах. Кроме того, их стоимость относительно высока, а процессы крупномасштабного производства требуют дальнейшей доработки.
Заполнитель изображения
По сравнению с традиционными литиевыми батареями твердотельные батареи обладают более высокой энергетической плотностью и повышенной безопасностью, что позволяет удовлетворить потребности потребителей в более длительном сроке службы и повышенной безопасности электронных устройств и электромобилей. Они имеют широкие перспективы применения в транспортных средствах на новых источниках энергии, бытовой электронике и системах накопления энергии. Твердотельные аккумуляторы считаются ключевым направлением развития аккумуляторных технологий будущего, и многие автопроизводители и производители аккумуляторов активно инвестируют в эту область.
По мере того как эти компании продвигают свои проекты по созданию твердотельных аккумуляторов, ожидается существенное увеличение спроса на электролиты для таких аккумуляторов, что, в свою очередь, будет стимулировать спрос на специализированные установки для распылительной сушки. Поскольку твердотельные аккумуляторы предъявляют строгие требования к свойствам порошка электролита, таким как гранулометрический состав, чистота и степень сушки, компания Jiangsu Longxin продолжает внедрять инновации и разработала специализированную башню для распылительной сушки электролитов для твердотельных аккумуляторов. Благодаря точному контролю процесса сушки система повышает эффективность сушки, снижает энергопотребление и улучшает показатели качества, включая распределение частиц по размеру, чистоту и стабильность, что позволяет удовлетворить эксплуатационные требования производства твердотельных аккумуляторов.
Новое оборудование может быть адаптировано к конкретным технологическим требованиям различных электролитов для твердотельных батарей и обеспечивать сушку различных материалов в условиях массового производства. Например, сульфидные твердые электролиты, используемые в технологиях с сухими электродами, чрезвычайно чувствительны к полярным органическим растворителям и требуют оборудования для сушки, способного обеспечить полную сушку с минимальным количеством остатков растворителя. Благодаря точному контролю параметров и стабильной работе инновационная башня распылительной сушки позволяет добиться высокой степени стабильности свойств порошка электролита от партии к партии, что способствует повышению выхода и стабильности производства твердотельных аккумуляторов, одновременно снижая затраты и укрепляя конкурентоспособность на рынке.
Новая установка для распылительной сушки ультрадисперсного порошка полимерного электролита для твердотельных аккумуляторов с использованием воздушного потока
Поскольку спрос на высокоэффективные аккумуляторы продолжает расти в сфере транспортных средств на новых источниках энергии, систем накопления энергии и других областях, твердотельные аккумуляторы привлекают широкое внимание как важное направление развития технологий аккумуляторов следующего поколения. Полимерные электролиты для твёрдотельных аккумуляторов являются ключевым компонентом таких аккумуляторов, и ожидается, что масштабы их производства будут быстро расти по мере развития отрасли твёрдотельных аккумуляторов. Это создаст широкие рыночные возможности для распылительных сушилок с воздушным потоком, предназначенных для производства полимерных электролитов.
Разработка полимерных электролитов для твердотельных аккумуляторов требует постоянного изучения новых составов материалов и технологических процессов с целью повышения эксплуатационных характеристик электролитов. Спрей-сушилка с воздушным потоком компании Jiangsu Longxin представляет собой передовую систему для производства ультрадисперсных порошков и обладает такими преимуществами, как быстрая сушка и однородный размер частиц, по сравнению с традиционными методами сушки. Она позволяет повысить эффективность производства и качество полимерных электролитов для твердотельных аккумуляторов, а также обеспечивает возможность крупномасштабного промышленного производства.
(1) Принцип работы осушителя электролита для полимерных твердотельных аккумуляторов
В распылительной сушилке с воздушным потоком используется высокоскоростной поток газа для распыления жидкого материала на мелкие капли. Капли вступают в полный контакт с горячим воздухом, обмениваются теплом и за короткий промежуток времени быстро испаряют влагу, образуя сухой порошок. Сжатый воздух или пар выбрасывается из сопла со скоростью ≥300 м/с. Трение, возникающее из-за разницы скоростей газа и жидкости, разбивает раствор электролита полимерной твердотельной батареи на мелкие капли. Капли вступают в контакт с горячим воздухом, влага быстро испаряется, и образуется ультрадисперсный порошок.
(2) Конструктивные особенности распылительной сушилки с воздушным потоком и полимерным электролитом
Эффективная сушка:
Система позволяет сушить мельчайшие порошки размером порядка микрона. Частицы характеризуются относительно узким и крутым нормальным распределением по размеру, хорошей однородностью и регулируемым размером. Полученный в результате ультрамелкий порошок электролита для полимерных твердотельных батарей отличается высоким качеством и стабильными эксплуатационными характеристиками, что позволяет обеспечить соответствие требованиям производства твердотельных батарей.
Усовершенствованная система распыления:
Инновационная конструкция распылителя с воздушным потоком, такая как механизм со смещенным расположением двух отверстий, обеспечивает двухступенчатое распыление и равномерность капель. Сопло может иметь алмазное покрытие, что обеспечивает значительно более высокую износостойкость и более длительный срок службы по сравнению с традиционными соплами из нержавеющей стали SUS304.
Система точного управления:
Система поддерживает как автоматический, так и ручной режимы управления. Цветной сенсорный экран динамически отображает параметры процесса, такие как температура входящего воздуха, температура выходящего воздуха, скорость перистальтического насоса, расход воздуха и частота работы очищающей иглы. ПИД-регулирование с поддержанием постоянной температуры обеспечивает регулировку в режиме реального времени и точное управление процессом сушки, что способствует обеспечению стабильности и однородности продукции.
Простота обслуживания:
Узел распыления не содержит пластиковых прокладок и электродвигателя, что обеспечивает длительный срок службы, а также удобство разборки и очистки. В некоторых конфигурациях предусмотрен очиститель форсунок, который автоматически устраняет засоры, с автоматической регулировкой частоты работы очистительной иглы.
Широкая сфера применения:
Данное оборудование способно обрабатывать растворы электролитов для полимерных твердотельных аккумуляторов, а также эмульсии, суспензии и другие растворы. Кроме того, оно подходит для сушки различных термочувствительных материалов и способно осуществлять сушку практически мгновенно, что позволяет в максимальной степени сохранить активные компоненты и эксплуатационные характеристики материалов.
(3) Преимущества применения распылительной сушилки с воздушным потоком и полимерным электролитом
Повышенная производительность аккумулятора:
Ультрадисперсный порошок электролита для полимерных твёрдотельных аккумуляторов, производимый данной системой, отличается благоприятным распределением частиц по размерам и высокой чистотой, что способствует повышению ионной проводимости и улучшению электрохимических характеристик твёрдотельных аккумуляторов. Это позволяет увеличить энергетическую плотность, эффективность заряда-разряда и срока службы, укрепляя конкурентоспособность твёрдотельных аккумуляторов на рынке.
Поддержка крупномасштабного производства:
Высокая производительность сушки и стабильная работа позволяют данному оборудованию удовлетворять требованиям крупномасштабного промышленного производства, способствуя индустриализации твердотельных аккумуляторов и более широкому применению полимерных твердотельных аккумуляторов в электромобилях, системах накопления энергии и других областях.
Поддержка научно-исследовательской деятельности и инноваций:
Для разработки новых материалов систему можно дооснастить функцией низкотемпературной распылительной сушки, что позволит проводить распылительную сушку в широком диапазоне температур — от 35 до 280 °C. Это облегчает исследования характеристик и технологических процессов производства полимерных электролитов для твердотельных аккумуляторов в различных температурных условиях и способствует ускорению разработки и внедрению инноваций в области новых материалов.
Многокомпонентный композитный оксидный электролит для твёрдотельных аккумуляторов: многоцелевая распылительная сушилка с центробежным и воздушным потоком
Номер патента: ZL 2023 2 1168225.9
Рынок твердотельных аккумуляторов стремительно растет. Согласно прогнозам, в период с 2024 по 2030 год мировой спрос на поставки твердотельных аккумуляторов будет расти со среднегодовым темпом роста 133%. Ожидается, что это существенно увеличит спрос на многокомпонентные композитные оксидные электролиты для твердотельных аккумуляторов и побудит компании инвестировать в центробежные и воздушно-струйные многоцелевые сушилки для крупномасштабного производства. По мере повышения требований к характеристикам и безопасности твердотельных аккумуляторов, требования к размеру частиц ультратонких порошков электролита становятся все более строгими. Благодаря усовершенствованию конструкции оборудования и оптимизации технологических параметров многоцелевая центробежная и воздушно-струйная сушилка для ультратонких порошков компании Jiangsu Longxin обеспечивает более точное регулирование размера частиц для многокомпонентных композитных оксидных электролитов твердотельных аккумуляторов, что помогает гарантировать стабильность качества продукции и повысить эксплуатационные характеристики и безопасность аккумуляторов.
(1) Конструкция центробежной и воздушно-поточной многоцелевой распылительной сушилки с оксидным электролитом
Система распыления:
Многофункциональная распылительная сушилка может быть оснащена центробежным, воздушным или напорным распылителем. Горячий воздух поступает через воздуховод, проходит через вихревой ректификационный канал и подается в башню распылительной сушки через выпускные отверстия для горячего воздуха. Центробежный распылитель устанавливается над выпускными отверстиями горячего воздуха. Для перехода на работу с напорным или воздушным распылителем необходимо лишь заменить распылительный узел. Если одного напорного или воздушного распылителя недостаточно для обеспечения требуемой производительности, внутри внутреннего кольца воздуховода горячего воздуха можно установить дополнительные распылительные ланцы. Благодаря простому переключению система может осуществлять как центробежную, так и напорную/воздушную распылительную сушку, что обеспечивает удобство эксплуатации без существенного увеличения стоимости оборудования.
Система подачи воздуха:
Система подачи воздуха состоит из воздушного фильтра, нагревателя, впускного спирального канала и распределителя горячего воздуха. Воздушный фильтр удаляет примеси и пыль, предотвращая их попадание в твердотельный оксидный электролит и негативное влияние на качество продукции. Нагреватель нагревает отфильтрованный воздух до заданной температуры и обеспечивает тепло, необходимое для сушки. Впускной спиральный канал и распределитель горячего воздуха направляют горячий воздух в сушильную башню и способствуют эффективному контакту с распыленными каплями, повышая эффективность сушки.
Основной сушильный агрегат:
Сушильная башня является сердцем системы, а её внутренняя конструкция напрямую влияет на контакт горячего воздуха с каплями и на общую эффективность сушки. Башня, как правило, имеет цилиндрическую форму, причём её высота и диаметр определяются масштабами производства и технологическими требованиями. Внутренние устройства направления воздушного потока способствуют созданию эффективного контрточного или смешанного контакта между горячим воздухом и каплями, что делает сушку более равномерной и эффективной.
Система сбора пыли:
В многофункциональной центробежной и воздушной распылительной сушилке для ультрамелкого порошка для удаления мелких частиц пыли из запыленного газа используется импульсно-струйный мешочный фильтр с воздушной камерой. Эффективность удаления пыли, как правило, достигает 99,81 TP3T или выше, при этом обеспечивается высокая эффективность улавливания даже частиц микронного размера. Система позволяет соблюдать строгие экологические нормы по выбросам и снижать загрязнение окружающей среды за счет выбросов пыли.
Система управления:
Современная система управления регулирует параметры на протяжении всего процесса сушки, включая температуру входящего и выходящего воздуха, скорость распылителя и расход сырья, что способствует обеспечению стабильной и надежной сушки. Система управления, как правило, включает в себя регуляторы температуры, регуляторы давления, регуляторы расхода и частотно-регулируемые приводы. Она обеспечивает автоматическое управление и мониторинг и может автоматически настраиваться на оптимальные параметры сушки в соответствии со свойствами материала и требованиями к сушке.
(2) Эксплуатационные характеристики центробежной и воздушной многоцелевой распылительной сушилки с оксидным электролитом
Быстрая сушка:
Благодаря использованию как центробежного, так и воздушного распыления система распыляет жидкий материал на мелкие капли и существенно увеличивает площадь контакта с горячим воздухом. Таким образом, влага может быстро испаряться, что значительно повышает эффективность производства. Система особенно подходит для сушки термочувствительных материалов, таких как ультрадисперсные порошки оксидных электролитов для твёрдотельных аккумуляторов, что помогает предотвратить деградацию материала или снижение его характеристик в ходе длительной сушки.
Широкая сфера применения:
Многоцелевая распылительная сушилка центробежно-поточной конструкции позволяет обрабатывать как растворы с низкой вязкостью, так и суспензии или эмульсии с высокой вязкостью, а также материалы, содержащие твердые частицы. Она отличается хорошей адаптируемостью к материалам электролитов для твердотельных оксидных аккумуляторов с различными свойствами и составами и способна удовлетворить разнообразные производственные требования.
Высокая эксплуатационная гибкость:
Пользователи могут выбирать центробежное или воздушное распыление в зависимости от свойств материала и требований к сушке, а также переключаться между методами распыления в процессе сушки для достижения оптимальных результатов. Параметры оборудования также можно настраивать и оптимизировать с учетом фактических условий, что делает его эксплуатацию простой и доступной для освоения.
Высокие экологические показатели:
Эффективная система сбора порошка и оборудование для очистки отработавших газов позволяют надежно собирать высушенный порошок, сокращать выбросы пыли и очищать отработавшие газы, что способствует снижению воздействия на окружающую среду. Система рекуперации тепла позволяет повторно использовать отработанное тепло, образующееся в процессе сушки, что снижает энергопотребление и способствует экономии энергии и сокращению выбросов.
Высокоэффективная установка для распылительной сушки электролита для сульфидных твердотельных аккумуляторов с замкнутым контуром
Спрос на высокоэффективные аккумуляторы для транспортных средств на альтернативных источниках энергии продолжает расти в связи с потребностью в большом запасе хода и быстрой зарядке. Твердотельные аккумуляторы имеют все предпосылки для удовлетворения этих требований. По мере дальнейшего роста производства транспортных средств на альтернативных источниках энергии ожидается соответствующий рост спроса на сульфидные электролиты для твердотельных аккумуляторов, что будет стимулировать развитие рынка соответствующих осушителей.
Твердотельные электролиты сульфидного типа чувствительны к воздействию воздуха и влаги и подвержены окислению. Распылительная сушилка с замкнутым контуром производства компании «Цзянсу Лунсинь» оснащена специальными конструктивными решениями и функциями, включая герметичное уплотнение, защиту инертным газом и низкотемпературную сушку, что позволяет предотвратить загрязнение или деградацию сульфидных электролитов в процессе сушки. Обладая более чем десятилетним опытом работы в отрасли новых источников энергии, компания «Longxin Smart» предлагает эффективные, энергосберегающие и интеллектуальные системы сушки, а также инновационные решения для заказчиков, работающих с сульфидными электролитами. Доступен широкий ассортимент моделей и конфигураций оборудования, отвечающих требованиям от лабораторных исследований до крупномасштабного промышленного производства, включая лабораторные сушилки, сушилки пилотного масштаба и крупные промышленные сушилки.
(1) Принцип работы распылительной сушилки с замкнутым контуром и сульфидным электролитом
В распылительной сушилке с замкнутым контуром в качестве циркулирующей среды используется инертный газ, например азот. Жидкий сульфидный материал, служащий электролитом для твердотельных аккумуляторов, подается в сопло подающим насосом и распыляется на мелкие капли. Внутри сушильной башни капли интенсивно обмениваются теплом с горячим азотом, в результате чего жидкая часть мгновенно испаряется, а твердый материал превращается в порошок. В ходе этого процесса органический растворитель испаряется и поступает в систему рекуперации в газообразном состоянии, где он конденсируется, отделяется и рекуперируется для повторного использования. Весь процесс сушки происходит в герметичной среде.
(2) Технические преимущества распылительной сушилки с замкнутым контуром и сульфидным электролитом
Улучшенные эксплуатационные характеристики материала:
С помощью распылительной сушки можно получать частицы электролита для твердотельных сульфидных батарей с заданной морфологией и размерами, например наноразмерные частицы, что позволяет увеличить удельную поверхность и улучшить ионную проводимость и электрохимические характеристики.
Контролируемая структура материала:
В процессе сушки можно точно регулировать температуру, влажность, скорость воздушного потока и другие параметры, чтобы контролировать кристаллическую структуру и микроструктуру материалов электролита для сульфидных твердотельных аккумуляторов. Это способствует повышению стабильности, улучшению механических свойств и совместимости с материалами электродов, что в итоге повышает общие эксплуатационные характеристики аккумулятора.
Эффективная сушка:
Материалы для электролита сульфидных твердотельных аккумуляторов можно быстро высушить до получения однородных порошков или гранул с хорошей сыпучестью и диспергируемостью, что облегчает их дальнейшую переработку и применение. Точный контроль условий сушки также помогает предотвратить агломерацию, деформацию или разложение в процессе сушки, обеспечивая качество и эксплуатационные характеристики продукта.
Высокий уровень безопасности:
Поскольку в качестве циркулирующей среды используется инертный газ, материал защищен от контакта с кислородом воздуха. Это помогает предотвратить окисление сульфидного твёрдого электролита во время сушки, снижает риск возгорания и взрыва, а также повышает безопасность технологического процесса. Система особенно подходит для обработки легковоспламеняющихся или взрывоопасных органических растворителей и материалов, чувствительных к воздействию воздуха.
Непрерывное производство:
Осушитель распылительного типа с замкнутым контуром обеспечивает крупномасштабное непрерывное производство, повышая эффективность и снижая производственные затраты, а также способствуя промышленному внедрению сульфидных электролитов для твердотельных аккумуляторов.
Высокая степень автоматизации:
Система оснащена современной системой управления, включающей ПЛК и сенсорный интерфейс, что обеспечивает точное отображение и регулирование таких параметров, как температура входящего воздуха, температура выходящего воздуха, частота вращения с переменной частотой и частота движения очистительной иглы. Такие функции, как регистрация данных, анализ кривых, сигнализация и защита от перегрузки, повышают уровень автоматизации и стабильность технологического процесса, одновременно сокращая объём ручного труда и количество ошибок при эксплуатации.
Компания ’Цзянсу Лунсинь» стремится к продвижению технологических инноваций в области сушильного оборудования, промышленных тепловых систем и интеллектуального оборудования и высоко ценит доверие, которое нам оказывают наши клиенты. Интеллектуальная собственность является общей основой существования компании «Лунсинь Драйинг» и её клиентов. В Longxin Group мы считаем честность и профессиональную преданность делу основой нашей деятельности, придерживаемся принципа нулевой терпимости к нарушениям и принимаем решительные меры против любого противоправного поведения, нарушающего права интеллектуальной собственности. Это — важнейшая ответственность, обязанность и обязательство компании «Цзянсу Лонгсинь». Мы искренне оправдаем доверие наших клиентов и будем работать над искоренением всех форм нарушений.
