Полное руководство | От лаборатории до производственной линии: анализ процессов сухого/влажного измельчения электродов
Время：2025-05-28
Производительность батареи на 70% определяется электродовым материалом, а основной целью процесса приготовления суспензии является достижение «равномерного распределения трех фаз» — с учетом изменений температуры, вязкости, окружающей среды и т. д. Активное вещество (основной носитель энергии, отвечает за хранение заряда, например, литий-железо-фосфат в катоде, графит в аноде), Токопроводящий агент (путь для прохождения заряда, например, углеродные нанотрубки), Связующее вещество (структурная опора, например, PVDF) в Растворителе (для смешивания в суспензию, например, NMP) образуют стабильную суспензию, которая в конечном итоге наносится в виде электрода с идеальной пористой структурой.
В данной статье рассматриваются два основных метода приготовления суспензии для батарей: «сухой» и «мокрый», а также объясняются основные принципы их различий.
Какой метод приготовления суспензии лучше подходит для вашего проекта?
Как соотнести затраты и эффективность?
Высоки ли технические требования? Поможем вам принять решение по проекту!
Идеальные характеристики электрода
① Равномерное распределение частиц активного вещества, без агломерации;
② Токопроводящий агент образует непрерывную проводящую сеть, покрывающую частицы активного вещества;
③ Равномерное распределение связующего вещества, обеспечивающее механическую прочность и сохранение ионных каналов.
Идеальное распределение материалов в электроде литий-ионного аккумулятора: Источник изображения — интернет, удаление по запросу
WET COATING | Технология приготовления суспензии мокрым способом: сначала раствор, затем смешивание
Основной принцип: с использованием растворителя в качестве среды, путем трехэтапного метода «растворение — диспергирование — стабилизация» создается однородная суспензия, которая в основном зависит от растворяющего действия и сил сдвига для вспомогательного диспергирования.
01. Основные этапы приготовления суспензии мокрым способом
| Этапы | Простое объяснение | Время | Ключевое оборудование |
| Раствор | Размягчение связующего вещества и перемешивание до состояния «клея» | 30-60min | Медленно вращающаяся мешалка |
| Приготовление клея | Добавление «токопроводящего агента» и перемешивание с образованием «токопроводящего клея» | 20-30min | Высокоскоростная диспергатор |
| Смешивание клея | Добавление «мельчайших частиц активного вещества» (например, литий-железо-фосфата) | 60-90min | Планетарный миксер |
| Регулировка вязкости | Добавление/удаление в определенной пропорции для достижения вязкости, подходящей для нанесения | 10-20min | Вискозиметр |
Сравнительная схема процесса смешивания электродов мокрым и сухим способом: Источник изображения — интернет, удаление по запросу
0 2. Принцип диспергирования
Решение проблемы «слипания» частиц. Эффект размера частиц. Микронные частицы активного вещества (например, NCM811, D50 = 10-15 мкм) должны быть измельчены до 5-10 мкм, а наноразмерные токопроводящие агенты (например, сажа, D50 = 50 нм) должны предотвращать агломерацию в
Ключевая проблема: у мелких частиц большая удельная поверхность (например, удельная поверхность литий-железо-фосфата > 10 м²/г), они легко образуют мягкие агломераты из-за сил Ван-дер-Ваальса, поэтому необходимо принудительное диспергирование с помощью сил сдвига (более 5000 об/мин) + поверхностно-активных веществ (например,
03. Стабильность суспензии
Предотвращение «расслоения и осаждения». Оптимальный диапазон вязкости: 5000-15000 мПа·с (регулируется в зависимости от способа нанесения, для ракельного ножа требуется более низкая вязкость, для головки нанесения — более высокая).
核心公式：粘度 =（固含量 × 颗粒比表面积）/（溶剂流动性 × 粘结剂分子量），NMP 溶剂体系粘度比水系高 30%-50%。
粘结剂作用PVDF：通过极性基团（-CF2-）吸附活性物质（如 NCM 表面羟基），形成物理交联网络，分子量需 > 50 万以保证粘结强度（剥离强度 > 30N/m）。
CMC/SBR（负极常用）：CMC 提供静电排斥（负电荷基团），SBR 提供弹性网络，协同抑制石墨颗粒（膨胀率 12%）的脱落。
浆料存放超 48 小时易分层，因重力作用导致导电剂下沉（密度差 > 1g/cm³），需添加防沉剂（如气相二氧化硅）或定期搅拌。
版权所有 (2023)Springer：干电极粘合剂特性，(a) PTFE用作干电极粘合剂的代表性聚合物，(b) 通过粘合剂原纤化制造干电极的典型步骤。(c) 通过 PTFE 原纤化产生电极及其 SEM 图像，图片来源网络侵删
DRY COATING丨干法制浆工艺：先拌干粉再揉匀
核心原理：无溶剂条件下通过 Высокая сила сдвига Разрушение агломератов сухого порошка, формирование физической сети за счет волокнизации связующего вещества, реализация принципа «смешивание сухого порошка - смачивание растворителем - градиентное диспергирование»
01 Основные этапы сухого способа приготовления пульпы
Быстрое перемешивание сухой смеси активного вещества, проводящего агента и связующего вещества, измельчение крупных агломератов;
Добавление растворителя в несколько этапов, после каждого добавления - высокоскоростное сдвиговое перемешивание, чтобы растворитель проник в зазоры между частицами сухого порошка, обеспечивая равномерное диспергирование и формирование высококонцентрированной пульпы.
| Этапы | Время | Ключевое оборудование |
| Смешивание сухих порошков | 60-120min | Высокоскоростная мешалка со сдвигом |
| Смачивание растворителем | 30-40min | Как указано выше |
| Градиентное разбавление | 40-60min | Ультразвуковой диспергатор |
（Процесс производства сухих электродов для батарей: источник изображения из сети, просьба удалить при нарушении авторских прав）
Сравнение применения сухого и мокрого способов
Не существует лучшего технологического процесса, есть только наиболее подходящий вариант.
Сухой и мокрый способы приготовления пульпы подобны «правой и левой ногам» литиевых батарей:
-
Если вы стремитесь к оптимальному соотношению цены и качества, мокрый способ поможет вам контролировать затраты и производить стандартные продукты;
-
Если вы ориентируетесь на высококачественную продукцию, сухой способ станет ключевым инструментом для преодоления технологических ограничений.
Для исследователей необходимо углубить изучение взаимосвязи между «силой сдвига - конформацией молекул - свойствами поверхности»;
Для предприятий следует выбирать «стабильный мокрый способ» или «инновационный сухой способ» в зависимости от позиционирования продукта.
Источник изображения: особенности различных технологий производства электродов из статьи группы Сунь Хао в Advanced Materials
Заключение по суперконденсаторам
С развитием технологий материалов и ужесточением экологических норм, значение сухого способа производства постоянно возрастает, однако в настоящее время в отрасли преобладает мокрый способ, поскольку он подходит для зрелых материалов и крупномасштабного производства, и его доминирующее положение на зрелых рынках вряд ли изменится в ближайшее время. Несмотря на это, такие ведущие компании, как CATL, уже разработали «комбинированный мокро-сухой способ» - предварительное диспергирование проводящего агента мокрым способом, а затем вторичное усовершенствование сухим способом, при этом характеристики приближаются к чисто сухому способу.
Для предприятий, работающих в сфере новых источников энергии, и исследователей понимание основных различий между двумя способами и выбор или комбинирование технологий в соответствии с собственными потребностями является залогом успеха.
Каждый этап совершенствования технологии приготовления пульпы для батарей является ключевым мостом для перехода новых источников энергии из лаборатории в масштабное промышленное применение.
Основные источники данных и ссылки на литературу статьи:
Kim, Y. et al. "Effect of shear rate on carbon nanotube dispersion in lithium-ion battery electrodes." Journal of The Electrochemical Society 168, 050513 (2021)
Группа ученых из Университета Цинхуа, "Влияние механически индуцированной фибриллизации PTFE на стабильность межфазного слоя кремниевых анодов", Advanced Energy Materials 14, 2303892 (2024). Исследование MIT: "Фрактальная размерность проводящей сети в электродах литий-ионных батарей", Joule 8, 1234-1248 (2024). Прогресс в разработке щелочестойких связующих веществ, группа ученых из Чжэцзянского университета, ACS Applied Materials & Interfaces 15, 32456-32465 (2024). Группа Сунь Хао, Advanced Materials: стратегия управления фазовыми переходами для создания устойчивых и высокопроизводительных сухих электродов.
Часть информации взята из открытых источников в сети.
👉Вы придерживаетесь проверенного мокрого способа, делаете ставку на сухой способ будущего или ищете прорыв в комбинированной технологии? Поделитесь своим опытом!
✋ Подпишитесь на WeChat-аккаунт Wuhan Chaodian Technology, напишите нам в личные сообщения, чтобы получить «Отчет экспертов конференции по технологии твердотельных батарей в Китае 2025».zip Пакет материалов (презентации экспертов)
*Отказ от ответственности*: все мнения, изложенные в данной статье, взяты из сети и не отражают точку зрения автора. Часть материалов (включая изображения) взята из сети и используется только для обучения и обмена, не в коммерческих целях. Авторские права принадлежат первоисточнику, благодарим коллег из отрасли за их вклад. В случае споров, касающихся содержания работы, авторских прав и других вопросов, вы можете связаться с нами по электронной почте cj017@spcmach.com, мы проверим информацию и ответим в течение 24 часов. Данная статья не может быть перепечатана без разрешения, мы не несем никакой юридической ответственности за последствия перепечатки.
Сухой электрод,Сухой метод обработки,Твердотельный электролит,Технология мокрого процесса,Технология производства суспензии для батарей
Предыдущая страница
Предыдущая страница
Следите за нами на
