超360Wh/kg鋰電池量產(chǎn)在即！前段設(shè)備“升階”
數(shù)據(jù)顯示，2023年中國鋰電池出貨量達886GWh，創(chuàng)歷史新高;2024年一季度，出貨量200GWh，同比增長18%，呈現(xiàn)出規(guī)模大、增長快之趨勢。業(yè)界預計，2024年全年中國鋰電池出貨量有望逼近1TWh。
電池中國觀察到，動力鋰電池領(lǐng)域，目前可量產(chǎn)的電芯能量密度最高超過360Wh/kg，在高能量密度電芯制造體系下，正負極漿料、電解液(質(zhì))都朝著高固含量的方向發(fā)展，隨之往往需要升級原有產(chǎn)線設(shè)備;另一方面，中國電池企業(yè)在邁向TWh時代過程中，鋰電極限制造和電芯安全性的需求，也對產(chǎn)線設(shè)備提出更高要求。
在此背景下，鋰電設(shè)備在技術(shù)、產(chǎn)品創(chuàng)新方面迎來更嚴峻的升級挑戰(zhàn)。
不管是磷酸鐵鋰，還是三元鋰電池，其制造過程對水分的控制要求極高。目前，鋰電池前段工序中，粉體材料干燥、混合分散環(huán)節(jié)仍存在材料水分含量高、生產(chǎn)成本高、耗能高等痛點，容易導致材料溫度均勻性差、水分去除不充分、電池組一致性不高、安全性低等問題，進而影響動力電池產(chǎn)品性能，對新能源汽車產(chǎn)生重大安全隱患。同時，電芯高能量密度，以及極限制造等需求，進一步拔高了鋰電粉體材料干燥、混合分散的技術(shù)難度。
瞄準鋰電企業(yè)高安全、高一致性、高能量密度電池量產(chǎn)，以及極限制造中提質(zhì)降本的需求，深圳市曼恩斯特科技股份有限公司從前段粉料材料干燥到混合分散、制漿，再到涂布環(huán)節(jié)不斷投入研發(fā)力量，通過一系列創(chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計及應用助力電池制造的升級。
圖為曼恩斯特鋰電涂布研究院院長李寧演講
日前，在“第五屆新能源汽車及動力電池(CIBF2024重慶)國際交流會”上，曼恩斯特鋰電涂布研究院院長李寧，向與會代表分享了曼恩斯特在鋰電領(lǐng)域，粉體(包括前驅(qū)體、正負極原材料等)干燥、多種材料混合分散/制漿設(shè)備的前沿技術(shù)和研發(fā)成果。
電池中國發(fā)現(xiàn)，作為鋰電涂布設(shè)備的龍頭企業(yè)，曼恩斯特近年來在鋰電工序上，其業(yè)務(wù)范圍從涂布環(huán)節(jié)不斷向前延展，不僅在2023年成功推出智能調(diào)度雙螺桿制漿系統(tǒng)，而且創(chuàng)新研發(fā)了新一代粉體干燥、材料混合分散設(shè)備。那么，曼恩斯特如此布局有何邏輯，其相關(guān)設(shè)備如何解決行業(yè)痛點?受到業(yè)界的關(guān)注。
01
粉體干燥，保障電池本征安全
實際上，干燥是鋰電生產(chǎn)過程中的核心工序之一，其主要作用是去掉水分，提高電池安全性，減少電池熱失控的發(fā)生，而干燥設(shè)備的迭代，則要在干燥的同時，降低能耗、提高生產(chǎn)效率、延長設(shè)備壽命、減少成本。
在粉體干燥環(huán)節(jié)，曼恩斯特新一代噴霧干燥機組、雙支撐單錐真空干燥機組、高溫單錐干燥機等產(chǎn)品應運而生。
>>新一代噴霧干燥機組
比如，磷酸鐵鋰前驅(qū)體在干燥的同時，對粉體分散顆粒度大小、一致性要求極高，曼恩斯特新一代噴霧干燥機組的優(yōu)勢顯現(xiàn)。
據(jù)李寧介紹，該組設(shè)備干燥后的產(chǎn)品顆粒度D50≤10um(原料粒徑<500nm)，處于行業(yè)領(lǐng)先水平;設(shè)備驅(qū)動功率較目前主流水平降低30%，節(jié)能降耗;設(shè)備體積小重量輕，重量僅為同等變速箱形式的30%;設(shè)備分散口陶瓷化，可以提高粉體產(chǎn)品安全性，降低部件維護成本;其電機直連驅(qū)動，避免了機油泄露和乳化現(xiàn)象給粉體干燥、加工帶來的不良影響。
值得注意的是，為了降低電池的自放電，在生產(chǎn)過程減少金屬混入是非常必要的。該組設(shè)備陶瓷分散口較金屬分散口，更耐磨、耐腐蝕，不僅可以減少金屬異物引入，而且延長了部件使用壽命，降低了維護成本。
>>雙支撐單錐真空干燥機組
曼恩斯特雙支撐單錐真空干燥機組是一種集減壓蒸餾、混粉、干燥為一體的高效多功能全密閉立式真空干燥設(shè)備，主要適用于三元鋰電池前段粉體干燥、加工。
李寧指出，“該設(shè)備干燥效率是同等規(guī)格雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機、真空烘箱的3-5倍，能適應粘度大、熱穿透性差，易滾球、易抱團成塊的物料干燥。”
據(jù)介紹，該設(shè)備熱效率高，盤管強制導流換熱，加熱效率提高10%;收料率高，鈦棒濾芯與主機一體;磁性異物少，內(nèi)壁及螺帶均帶有涂層;穩(wěn)定性高，主軸雙支撐，扭矩高，跳動小;故障率低，主軸穩(wěn)定不掃膛，機械密封磨損低，故障率降低70%;維修方便，維修時間降低90%以上。
>>高溫單錐干燥機
值得一提的是，脫離結(jié)晶水在粉體干燥中至關(guān)重要，其技術(shù)要求高、能耗高。
曼恩斯特高溫單錐干燥機溫度高，加熱溫度可到600℃，并可以根據(jù)客戶更高溫度要求，采用更加耐高溫的密封材料，進一步提升干燥溫度。此外，該設(shè)備采用電磁感應加熱方式，升溫快;比常規(guī)傳導加熱，節(jié)能超30%;與各種配套設(shè)施組合，還可以實現(xiàn)配液、常壓、負壓的工作環(huán)境，使用場景進一步拓展。
02
混合分散，決定電池關(guān)鍵性能
混合分散/制漿環(huán)節(jié)決定了電池原材料混合均勻與一致性的程度，是確保電芯能量密度、倍率、循環(huán)壽命等電化學性能釋放的基礎(chǔ)。
曼恩斯特在2023年8月推出智能調(diào)度雙螺桿制漿系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)設(shè)備，該系統(tǒng)實現(xiàn)“一鍵制漿”，人工減少50%;其雙螺桿高速分散工藝，使能耗降低20%，且設(shè)備具有高精度、高效率、長壽命等優(yōu)勢;整個制漿系統(tǒng)一次成本減少10%，運營成本減少15%。該系統(tǒng)不僅能夠滿足多種配方同時生產(chǎn)，而且提升了部件利用效率，降低了設(shè)備成本。
重點是，該設(shè)備可使?jié){料達到更高固含量的要求，滿足高能量密度電池技術(shù)發(fā)展趨勢，并且適配干法電極電池生產(chǎn)。
此外，曼恩斯特VC高效混合機、犁刀真空干燥混合機、臥式螺帶混合機等產(chǎn)品，也適用于粉體/粉液混合、不同粘度漿料混合分散或包覆。
03
掌握材料需求，升級材料設(shè)備
在鋰電領(lǐng)域，曼恩斯特長期以來主要提供包括高精密狹縫式涂布模頭、涂布設(shè)備及涂布配件在內(nèi)的涂布先進解決方案。多年前，憑借其自研領(lǐng)先的涂布技術(shù)，寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航和ATL等鋰電頭部企業(yè)紛紛向曼恩斯特采購相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)國產(chǎn)替代。數(shù)據(jù)顯示，曼恩斯特的高精密狹縫式鋰電池極片涂布模頭在中國市場占有率持續(xù)領(lǐng)先。
基于其涂布設(shè)備多年來在鋰電行業(yè)廣泛的應用經(jīng)驗，曼恩斯特對上游漿料和粉體材料積累了全面且深入的理解。一方面，隨著其智能調(diào)度雙螺桿制漿系統(tǒng)的應用，曼恩斯特進一步掌握了制漿環(huán)節(jié)對粉體及粉體干燥設(shè)備的要求;另一方面，進一步拓展研發(fā)了更多適用于不同場景的混合分散設(shè)備。
值得一提的是，曼恩斯特的粉體干燥設(shè)備，擁有先天的驗證優(yōu)勢。采用其粉體干燥設(shè)備加工的粉體，可以在其制漿和涂布設(shè)備上進行充分驗證，縮短電池企業(yè)驗證時間，并形成“粉體干燥-混合分散/制漿-涂布”一體化解決方案。
整體看，鋰電前段設(shè)備企業(yè)的競爭壁壘主要包括設(shè)備工藝精益求精、技術(shù)持續(xù)迭代、能耗不斷減少、效率越來越高、產(chǎn)品多元化設(shè)計、成本大幅降低等。綜合目前鋰電制造要求，上述一體化解決方案，將有助于前段設(shè)備企業(yè)進一步提高市場競爭力。
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