硅碳负极、碳纳米管“性能优越”,分散与研磨技术“日新月异”


来源:广东派勒智能纳米科技股份有限公司

标签派勒
[导读]  派勒智能研发的新一代分散研磨机iMO Smart 之NIZZOLI 400具有超细研磨和更低磨耗的特点,适用于磷酸铁锂、硅碳负极、碳纳米管等材料的超细分散研磨。

研究背景

 

过去200多年以来,技术进步始终推动电池向能量密度更高、成本更低的方向演进。车用动力电池总体经历了镍氢/锰酸锂/钴酸锂-磷酸铁锂-三元锂电三个阶段,电池性能持续优化,成本不断下降。特斯拉是全球电动车龙头,致力于改变世界能源结构,推动世界向可再生能源转变,其电池技术始终引领行业。

近两年,特斯拉相继收购了超级电容龙头Maxwell和电池制造企业Hibar,这两家公司可能助力特斯拉生产电池;研发方面,加拿大Dalhousie大学的Jeff Dahn团队为特斯拉的电池开发提供了支持,也正在与宁德时代合作开发新型电池。

 

 

作为新型锂离子电池负极材料,硅碳负极对于提升电池能量密度能发挥比当前石墨负极更显著功效。硅碳负极的应用,可以提升电池中活性物质含量,从而大大提升单体电芯的容量。据预测,2020年硅碳负极材料市场空间50亿左右,同时市场集中度将非常高。

 

 

而电池是一个整体,一个小小的变化往往牵一发而动全身。早期硅碳负极由于技术不够成熟,距投放市场还有一段距离,但经过这二年分散与纳米研磨技术的应用技术提升,已解决负极材料制备前期的核心工艺技术。

 

硅碳负极的研磨分散设备

 

派勒智能自主研发能力强,每2年推出一代新产品,通过产品迭代俅持自身竞争力;此外 ,派勒积极探索硅碳负极、碳纳米管在锂电以外如导电塑料、芯片等其他市场的应用。客户关系上,派勒跟比亚迪、天奈、贝特瑞、隆泰丰博、德方纳米、青岛昊鑫、CATL等国内领先锂电生产企业合作紧密,在新产品研发和产业化方面建立了良好的合作关系。

 

 

目前硅碳一般用纳米硅,需要在150nm以下。在产业化应用方面主要是通过砂磨机达到纳米级别的,一般是两部粉碎,粗磨后再细磨,到150nm以下后再进行下一步包覆过程。同时,因为选用的硅原料的不同,需要的研磨过程和配套设备也因料而异。作为锂电材料纳米分散&研磨设备及智能化产线整体解决方案服务商,派勒智能拥有强大的创新研发能力,且掌握了分散与纳米研磨相关核心技术,专门针对硅碳负极自主研发并升级了在线分散设备(InNovaZ? TRL-H 智能粉液混合研磨工作站)和纳米研磨设备(MORPH KDP? 60H 荣耀·双驱动纳米砂磨机),并采用全进口双端面机械密封,并通过冷媒对密封部分进行冷却,把泄露概率降到低,保证机器连续24小时不停机运行,这两款设备突破了传统工艺的品质瓶颈,不但实现高效分散、超细研磨,还提升了产品的品质,降低了成本,且两款设备都具有独立自主的知识产权,均已申请发明专利和实用新型专利。助力碳纳米管、硅碳负极、磷酸铁锂、高镍三元等锂电正负极材料企业发展。

 

 

硅碳负极的研磨分散工艺流程

 

硅碳负极固然好,但在正负极材料纳米化的趋势下,对研磨机的性能是一个极大的挑战。因为不同的锂电材料,在研磨过程中有着不同的表现:有的物料粘度随细度的降低迅速增加,甚至呈现触变性;有的物料磨到一定细度时颗粒粒径不再变化,但单位比表面积还在增长。

从硅原料到分散到纳米硅,经历复合材料的分散再到细化筛分都会经历研磨过程。其中会用到球磨机,砂磨机到等分散研磨设备,当然必不可少的会配上锆珠等研磨介质。

 

 

来源专利《一种高性能硅碳负极材料及其制备方法技术》

 

 

中德合资,德国品质+国民价格

 

随着现代工业智能化、绿色化生产、工业4.0以及物联网的提出,对于纳米砂磨机的设计生产提出了更高的要求,同时为满足超细粉碎行业“微细化、高纯化”的要求,砂磨机的发展更趋向高、精、尖。Cnpowder.com.cn网有统计过2020年纳米砂磨机的供应商和应用领域等,如下图。其中在新能源、新材料、涂料与化工行业,以派勒智能、耐驰机械的棒销式纳米砂磨机的市场正在逐步扩大。

 

Cnpowder.com.cn网有统计纳米砂磨机的供应商TOP 10

 

Cnpowder.com.cn网有统计纳米砂磨机应用领域分布图

 

派勒智能是由派勒科技集团有限公司与德国LEIMIX GmbH强强合作成立于2007年9月,并于2015年12月成功股改,并计划申报科创板上市。公司总部位于广州,是一家专注于混合分散技术、均质乳化技术、干法破碎技术、湿法研磨技术、纳米颗粒制备工程技术、分离及分级技术、智能制造技术、电气科技领域内的技术开发、技术转让、样机制造;从事高端装备与智能制造产业、新能源和新材料成套生产线、在线式锂电池浆料(LIB) 成套生产线、数字化和智能化工厂柔性生产线(FMS) 的咨询、研发、设计、制造、销售、调试安装及配套售后服务的整体解决方案的高新技术企业。

据派勒智能市场部经理唐能娟女士介绍,派勒一直坚定走高品质路线,在原来生产、技术基础上,引进了欧洲技术团队和加工装备,在线分散设备(InNovaZ® TRL-H 智能粉液混合研磨工作站)和纳米研磨设备(MORPH KDP® 60H 荣耀·双驱动纳米砂磨机)开创了国内在线分散和湿法研磨的先河。同时,也利用德国技术在中国应用将原产品进行了升级,实现了系列产品品质的提升。但同时,市场价钱更亲民,可谓是高性价比的体现。如此高品质、低价位,确实是行业典范。

 

 

影响纳米砂磨机的研磨效果及效率的因素

 

在砂磨机运行过程中,转子的形状构造对研磨效率有着较大的影响。转子上的棒销顶端与研磨内桶之间的距离、转子上的棒销数量、棒销的排列方式以及棒销之间的距离(研磨层)是影响棒销式纳米砂磨机研磨效果的主要因素之一。通过对不同转子的分析,根据不同的要求选取最优的转子形状。

 

 

第二,研磨介质选择同样十分重要,对研磨效率起决定性的作用。因此在选取的过程中需要慎重考虑。在早期研磨中,介质一般选取的是国产的钇稳定氧化锆珠。对于目前来说,大部分企业选取日本全进口氧化锆球、氧化铝球为主,以下为选择研磨介质技术参照。

 

 

坚持创新研发,未来发展可期

 

作为高质量、高性价比纳米砂磨机的国际供应商,派勒智能始终秉承“创新引领”的核心价值观和经营理念,每年投入利润的10%与德国LEIMIX GmbH公司合作进行研发,使得纳米砂磨机的应用范围更广,适合在各种类型锂电材材中使用。其中,派勒智能始研发的新一代分散研磨机iMO Smart 之NIZZOLI 400具有超细研磨和更低磨耗的特点,适用于磷酸铁锂、硅碳负极、碳纳米管等材料的超细分散研磨,赢得了行业标杆企业的广泛赞誉。


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