11.1v 리포 배터리 펄핑 공정: 펄핑 장비의 종류와 특성

1. 11.1v 리포 배터리 펄핑용 이중 행성 믹서

현재 11.1v 리포 배터리 제조업체들이 주로 사용하는 주류 균질화 장비는 대부분 이중 행성 믹서이며, PD 믹서라고도 합니다. 이중 행성 믹서의 저속 교반 부는 두 개의 접힌 프레임형 교반 패들로 구성됩니다.

행성 기어 구동을 사용하여 교반 패들이 공전할 때 회전하게 하여 재료가 상하 및 주변으로 움직이며 짧은 시간 내에 이상적인 혼합 효과를 달성합니다. 고속 분산 부품은 톱니 분산 디스크로, 행성 캐리어와 함께 공전하며 고속으로 회전하여 11.1v 리포 배터리 재료에 강한 전단 및 분산 작용을 가합니다.

PD 믹서는 다량의 고체와 소량의 액체를 효과적으로 혼합할 수 있습니다. 두 개의 접힌 프레임형 교반 패들의 행성 운동을 통해 데드 스팟 없이 강력한 반죽 효과를 달성할 수 있으며, 고속 분산 디스크의 충격 및 전단 효과를 발휘하여 우수한 11.1v 리포 배터리 슬러리 분산 효과를 냅니다. PD 믹서는 더 나은 분산 균일성을 가집니다.

11.1v 리포 배터리 펄핑 공정에 사용되는 이중 행성 믹서의 주요 문제점은 다음과 같습니다:
장비 부피와 장비 높이가 작업장에 높은 요구를 하며 전체 면적이 큽니다;
11.1v 리포 배터리 슬러리 부피가 교반 효과에 미치는 영향과 기본 믹서의 유효 부피가 작습니다;
교반 시간이 길고 11.1v 리포 배터리 슬러리의 분산 효율이 낮습니다;
간헐적 공급 방식을 사용하여 배치 간 일관성이 떨어집니다;
생산 환경의 온도, 습도 및 먼지 제어가 어렵습니다.
현재 이중 행성 믹서에 대한 연구는 교반 패들 및 분산 디스크의 구조 설계와 이중 행성 혼합 과정 중의 유동장 시뮬레이션을 포함합니다.

2. 11.1v 리포 배터리 펄핑 고속 전단 분산기

11.1v 리포 배터리의 생산 능력이 지속적으로 향상되고 고성능 11.1v 리포 배터리에 대한 시장 수요가 급증함에 따라, 이중 행성 믹서만으로는 요구 사항을 충족하기 어려워 11.1v 리포 배터리의 대규모 생산이 제한되고 있습니다.
2007년 일본의 PRIMIX는 연속 가공 가능한 11.1v 리포 배터리 전극 슬러리 생산 장치인 고속 전단 분산기를 개발했다고 발표했습니다.

TK.FILMICS의 분산 원리는 "고속 회전 박막 방식"입니다. 고속 회전하는 로터가 슬러리를 고정자 실린더 벽에 던지고, 고속 흐르는 슬러리와 정지된 실린더 벽 사이의 속도 차이가 강한 전단력을 발생시켜 슬러리를 분산시킵니다. 11.1v 리포 배터리 슬러리의 층류, 난류 및 와류 효과는 슬러리 내 입자들이 충돌 전단을 일으켜 11.1v 리포 배터리 슬러리를 분산시킵니다.

TK.FILMICS는 단일 기계로 11.1v 리포 배터리 슬러리 준비를 완료할 수 없으며, 먼저 PD 믹서로 사전 혼합이 필요합니다. 전통적인 이중 행성 교반 및 분산 장비와 비교할 때, 고속 전단 11.1v 리포 배터리 슬러리 분산 장비는 다음과 같은 특징을 가집니다:
(1) 전단 원리를 기반으로 재료를 혼합 및 분산하며, 효과가 뛰어나고 에너지 소비가 적습니다;
(2) 장비 크기가 작고 차지하는 면적이 적으며, 생산 작업이 유연하고 간단합니다;
(3) 자체 흡입 능력과 자동 세척 능력을 갖추고 있어 장비 유지보수가 용이합니다;
(4) 생산 요구에 따라 회전하는 고정자 층 수를 늘릴 수 있어, 분산 과정 중 재료가 여러 번 작용하여 분산 효과를 강화합니다;
(5) 장비는 높은 분산 강도를 가지며, 11.1v 리포 배터리 슬러리는 우수한 분산 균일성과 작은 입자 크기를 가집니다.

전통적인 이중 행성 믹서와 고속 전단 분산기의 응력 분포 및 펄핑 효율을 비교 분석했습니다. 고속 전단 분산기가 작동할 때 내부 응력이 높고 분포가 균일했습니다. 동시에 고속 분산은 11.1v 리포 배터리의 펄핑 효율을 크게 향상시켰습니다.

3. 11.1v 리포 배터리 펄핑 트윈스크류 연속 압출기

11.1v 리포 배터리의 펄핑 효율을 더욱 향상시키고 펄프 배치의 균일성을 개선하기 위해, 2010년 이미 한국의 삼성 SDI는 일본의 Asada Iron Works Co., Ltd.와 협력하여 리튬이온 배터리 연속 펄핑 장비를 개발했습니다. 11.1v 리포 배터리 연속 펄핑에 사용되는 트윈스크류 연속 압출기는 주로 두 부분으로 구성됩니다: 분말과 용매의 연속 계량 및 중량 측정을 위한 공급 계량 시스템과 각 성분의 분산 및 반죽을 위한 호스트 시스템(트윈스크류 연속 압출기)입니다.

전통적인 펄핑 공정은 모든 분말을 모든 액체 성분에 한 번에 넣고 4~10시간의 긴 시간 동안 균일한 슬러리로 분산시킵니다. 쌍나사 연속 펄핑은 전통적인 11.1v 리포 배터리 펄프를 여러 작은 부분으로 나누어 연속적으로 분산시키고 다시 전체 배치로 집합하는 방식입니다. 쌍나사 연속 압출 펄핑은 펄핑 효율과 펄핑 균일성 면에서 전통적인 공정보다 확실히 우수합니다.

쌍나사 압출기의 작동 원리는 활성 물질, 전도제, 바인더 및 용매를 관형 압출기에 지속적으로 투입하는 것입니다. 쌍나사 연속 압출 펄퍼의 중요한 구조 단위는 쌍나사 구조 구성입니다. 쌍나사는 여러 개의 순방향 및 역방향 전달 요소와 여러 개의 순방향 및 역방향 분산 요소, 그리고 순방향과 역방향 요소 사이의 스페이서와 지지 축으로 구성됩니다. 전통적인 11.1v 리포 배터리 펄핑 공정과 쌍나사 연속 펄핑 공정으로 얻은 NCM 양극 시트의 활성 입자 크기와 형태에는 큰 차이가 없으므로 쌍나사 펄핑기는 11.1v 리포 배터리의 고효율 펄핑에 사용할 수 있습니다.

요약
11.1v 리포 배터리 펄핑 공정의 효율 향상과 품질 개선은 전극 제조에서 중요한 주제입니다. 기계적 교반은 입자 응집체의 해체와 균일하게 분산된 펄핑이라는 중요한 미시적 과정을 달성하는 데 사용됩니다. 단일 분산 방법으로는 미세하고 균일한 슬러리를 얻기 어렵습니다. 보통 PD 믹서를 사용해 사전 혼합을 하고, 고속 분산기를 사용해 고강도 분해를 하여 점도가 낮고 고형분 함량이 높으며 안정성이 높은 11.1v 리포 배터리 슬러리를 얻습니다. 현재 쌍나사 연속 펄핑기의 대규모 적용은 적습니다. 연속적이고 효율적인 펄핑 방법으로서, 공간 차지가 적고 펄핑 시간이 짧으며 큰 발전 잠재력을 가지고 있습니다.
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