Какие смесители подходят для материалов батарей (катодных/анодных порошков) для сохранения структуры частиц и электропроводности?
Для батарейных материалов смесители должны равномерно распределять активные материалы, токопроводящие добавки и связующее, не изменяя неконтролируемо чувствительные частицы, покрытия или структуру агломератов. Единого типа смесителя, подходящего для всех применений, не существует. Решающее значение имеют этап процесса, рецептура, а также требуемое соотношение щадящей обработки продукта и энергии диспергирования.
Для сыпучих катодных и анодных порошков особенно подходят вертикальные конусные смесители, вертикальные прецизионные смесители, а также щадяще работающие лопастные или плужные смесители. Они создают трёхмерное движение продукта при сравнительно низкой механической нагрузке. Благодаря этому можно гомогенизировать такие активные материалы, как NMC, LFP, графит или кремниевые композиты, не вызывая излишнего истирания или выраженного измельчения.
Смесители кувыркания (tumble), контейнерные и V-образные смесители также очень щадящие. Они подходят прежде всего для хорошо текучих порошков со схожими физическими свойствами. Для введения и диспергирования очень тонких токопроводящих добавок, таких как технический углерод (carbon black), углеродные нанотрубки или графен, их зачастую недостаточно. Здесь может потребоваться отдельный, целенаправленно дозируемый этап диспергирования.
Для процессов сухого нанесения покрытий (dry coating) и производства сухих электродов применяются интенсивные смесители, у которых транспортировка продукта и локальное диспергирование управляются раздельно. Активный материал щадяще перемешивается. Тонкие токопроводящие добавки и порошкообразное связующее можно целенаправленно вводить. При этом энергию сдвига нужно настраивать так, чтобы агломераты токопроводящей добавки были достаточно распределены, не подвергая активный материал или поверхностные покрытия излишней нагрузке.
Для анодных и катодных суспензий (slurry) зарекомендовали себя вакуумные планетарные смесители, двойные планетарные смесители, а также интенсивные периодические смесители с регулируемым диспергирующим узлом. Они сочетают медленное перемешивание высоковязких масс с целенаправленным диспергированием технического углерода, связующего и других тонких фракций. Вакуум поддерживает дегазацию суспензии и снижает воздухововлечение. Охлаждаемые смесительные ёмкости ограничивают внесение тепла и улучшают воспроизводимость процесса нанесения покрытия.
Для непрерывных крупномасштабных процессов могут подойти непрерывные системы диспергирования и смешивания или двухшнековые экструдеры. Предпосылками являются точное гравиметрическое дозирование, определённое время пребывания и надёжный контроль процесса. Окончательный выбор должен подтверждаться испытаниями с оригинальной рецептурой. Только так можно доказать, что структура частиц, дисперсия, реология, качество покрытия и электрические характеристики ячейки согласуются друг с другом.
Так amixon® решает эту задачу
Так amixon® смешивает батарейные материалы: катодные и анодные порошки без загрязнения и расслоения. amixon® лишь частично активен в области производства суспензий (slurry) и микродезагломерации сухих активных батарейных масс. Значительно более широкая активность amixon® относится к гомогенизации сырья. В частности, когда загрузки до 100 м³ нужно технически идеально смешать. Для этого применяются силосные смесители Gyraton®. Они обеспечивают идеальное качество смешивания при минимально малых приводах. Процесс гомогенизации длится несколько часов. Сочетание двух движений — секрет идеального качества смешивания: вращение спирального смесительного инструмента SinConcave®/SinConvex® и прецессия оси мешалки. Только когда исходные материалы однородны, последующий технологический маршрут может вестись экономично: без колебаний качества и с максимально возможной эффективностью.
Защита от загрязнения начинается с материала
Металлическое истирание — критерий брака качества для батарейных материалов. amixon® противостоит этому многоступенчато: износостойкие материалы (Hardox, дуплексные нержавеющие стали), закалённые или оснащённые твёрдым сплавом смесительные инструменты и керамические плазменные покрытия на нагруженных поверхностях. Тихоходный режим работы (примерно от 0,8 м/с окружной скорости) снижает образование истирания уже у источника — энергия трения и удара остаётся минимальной.
Сохранение структуры и добавок
Катодные и анодные составы содержат чувствительные компоненты — технический углерод, покрытия, сферические частицы. Тотальное обтекание SinConvex® гомогенизирует без зон сдвига и удара; качество смешивания — технически идеальная случайная смесь, также при экстремальных различиях плотности и размера зерна (референтная область — порошковая металлургия: соотношения плотностей свыше 1:20, частицы 2–70 мкм). Расслоение при выгрузке предотвращают элементы ComDisc® или секундное опорожнение KoneSlid® KS.
Безопасность: зона 20 и инертизация
Смесительное пространство рассчитано на зону 20 по ATEX; по желанию работа ведётся под вакуумом, а смешиваемый материал инертизируется — это одинаково актуально как для взрывоопасных тонких пылей, так и для чувствительных к окислению активных материалов. Газонепроницаемые аппараты (VMT, AMT до 5 мбар абс.) надёжно удерживают атмосферы растворителей в системе и позволяют проводить вакуумную сушку при смешивании в том же аппарате.
Типоразмеры вплоть до масштаба гигафабрики
От смесителя испытательного центра через двухвальные смесители HM (стандартный ряд до 20 м³, специальные размеры до 50 м³) до Gyraton® GM, который прямо предназначен для точного и щадящего смешивания также батарейных масс в загрузках от 10 до примерно 100 м³. Доказательства по истиранию, качеству смешивания и инертизации amixon® предоставляет заранее в испытательном центре с оригинальным продуктом — задокументированные, включая анализ частиц и загрязнений, проводимый эксплуатирующей организацией.
Подтверждение в испытательном центре amixon®
Перед инвестицией — подтверждение: в испытательном центре amixon® на головной площадке в Падерборне доступны более 30 испытательных установок разных типоразмеров — дополненные испытательными центрами в Японии, Индии, Таиланде, Китае, Южной Корее и США. Испытания проводятся с оригинальным продуктом, с реальными степенями наполнения и размерами загрузок, в предусмотренном диапазоне температуры и давления. Оцениваются качество смешивания, щадящая обработка продукта, внесение энергии, очищаемость и воспроизводимость в последующем серийном режиме; результаты анализируются и документируются совместно со специалистами amixon® — как надёжная основа для решения, снимающая технические и экономические риски перед покупкой.
Гигиенический дизайн как конструктивная основа
Все названные свойства опираются на гигиенический дизайн amixon®: смесительная камера и мешалка сварены без щелей и отшлифованы, мешалка опирается только сверху — критичный с точки зрения загрязнения нижний вывод вала отсутствует. Большие смотровые двери Clever-Cut® с долговременным уплотнением OmgaSeal® без застойных зон делают все контактирующие с продуктом поверхности эргономично доступными; выпускные органы без застойных зон и встроенные моющие копья (по желанию полностью автоматическая влажная очистка) делают сухую и влажную очистку валидируемой — согласно руководствам EHEDG, гигиеническим требованиям FDA и стандартам 3-A Sanitary Standards.