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鋰電池負(fù)極漿料研磨分散設(shè)備
詳細(xì)信息品牌：IKN 類型：剪切分散機(jī) 物料類型：固-液 適用物料：化學(xué)品 應(yīng)用領(lǐng)域：化工 型號(hào)：ERS2000 速度類別：單速 調(diào)速范圍：15000 r/min 分散輪直徑：115 mm 升降行程：1000 mm 電機(jī)功率：22 Kw 變速方式：變頻變速 罐容量：300 L 外形尺寸：1-1-2 mm 整機(jī)重量：400 kg 材質(zhì)：316 外形尺寸：1-1-2 mm 整機(jī)重量：400 kg 鋰電池負(fù)極漿料研磨分散設(shè)備，鋰電池正極漿料研磨分散設(shè)備，鋰電池漿料研磨分散設(shè)備是定、轉(zhuǎn)子狹窄的間隙中受到強(qiáng)烈的機(jī)械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，形成懸浮液。高剪切均質(zhì)機(jī)從而使不相溶的固相、液相、氣相在相應(yīng)熟工藝和適量添加劑的共同作用下，瞬間均勻精細(xì)的分散均質(zhì)，經(jīng)過高頻管線式高剪切分散機(jī)的循環(huán)往復(fù)，***終得到穩(wěn)定的高品質(zhì)產(chǎn)品。
鋰電池負(fù)極漿料 負(fù)極材料：
高容量電池的基石。炭材料是負(fù)極市場主流，而天然石墨因成本優(yōu)勢逐步侵蝕其它負(fù)極材料。人造石墨和中間相炭微球在動(dòng)力電池領(lǐng)域更具競爭力，合金負(fù)極材料是高儲(chǔ)能鋰電池的首選。對(duì)具體負(fù)極材料供應(yīng)商來看：天然石墨方面是日本炭素和中國寶安旗下的深圳貝特瑞；人造石墨類日立化成的 MAGD 系列產(chǎn)品占據(jù)主導(dǎo)地位，其次是上海杉杉的FSN 和3H 系列；中間相炭微球依次為JFE Chemical 和上海杉杉。
鋰電池負(fù)極漿料研磨分散設(shè)備鋰離子電池漿料是由多種不同比重、不同粒度的原料組成，又是固-液相混合分散，形成的漿料屬于非牛頓流體。鋰離子電池漿料是一種像油狀的流動(dòng)的液體，所以具有一般流體所具有的特征如粘性、流動(dòng)性等，同時(shí)因?yàn)殡姵貪{料是一種液固兩相流，所以還具有一些自身特殊的性能。
2.1.1 鋰離子電池漿料流變性
流變性是指物質(zhì)在外力作用下的變形和流動(dòng)性質(zhì)。由于液體不能承受剪切力，因而不能保持其外形的穩(wěn)定。在外力的作用下，液體就會(huì)發(fā)生流動(dòng)和變形等的性質(zhì)，稱為流變性。
漿體的流變性十分復(fù)雜．一種漿體在低濃度時(shí)可能表現(xiàn)為牛頓流體或假塑性流體；濃度稍高產(chǎn)生絮團(tuán)后，可能表現(xiàn)為賓漢流體；更高的濃度下又可能會(huì)出現(xiàn)脹塑性流體。對(duì)同—種漿料，在剪切率不太高時(shí)，不出現(xiàn)脹流現(xiàn)象，剪切率高時(shí)又可能轉(zhuǎn)化為脹塑性流體。有些非牛頓流體在低剪切速率和高剪切速率下都可能呈現(xiàn)牛頓流體形象，這可能是因?yàn)樵诘图羟兴俾氏�，分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢，體現(xiàn)不出剪切速率對(duì)其中物料重新排列使表觀粘度的變化，當(dāng)剪切速率增高到一定限度后，剪切定向達(dá)到了***佳程度，因而也使表觀粘度不隨剪切速率而變。如前所述，許多非牛頓體其流變特性受到體系中結(jié)構(gòu)變化的影響。
影響鋰離子電池漿料流變性的一些主要參數(shù)：
(1) 分散相或固相的類型及表面電荷的大小。對(duì)于不同種類的正負(fù)極活性物質(zhì)，如正極常用的鈷酸鋰、錳酸鋰，負(fù)極常用的石墨粉、中間相炭微球，由于其種類不同，因而具有不同的水化膨脹特性以及不同的表面電荷，這樣，不同種類的活性物質(zhì)其分散特性、膠溶特性以及形成具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體系的能力也各不相同，其宏觀表現(xiàn)是不同種類的活性物質(zhì)配制而成的漿料具有不同的流變特性。
(2) 固相的濃度。分散相或固相濃度的大小主要影響漿料的屈服應(yīng)力和塑性粘度或表觀粘度。在一般槽況下，固相濃度越大，其屈服應(yīng)力、塑性粘度或表觀粘度越大。
(3) 固相顆位的大小、形狀以及粒徑的分布。在固相濃度不變的條件下，顆粒的粒徑越小，由于其總的表面積增加，因而漿料的屈服應(yīng)力和粘度將隨之增加。
(4) 分散介質(zhì)本身的粘度。不同的溶劑具有不同的粘度，使得漿料的粘度也將隨之變化。
(5) 溫度和壓力。在不同的溫度和壓力下漿料具有不同的流變特性。
(6) 漿料的 PH 值。
2.1.2 鋰離子電池漿料觸變性
觸變性是指流體在剪切力作用下的一種結(jié)構(gòu)破壞與恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)的效應(yīng)。
描述鋰離子電池漿料的觸變性主要包括觸變的***后效果和觸變過程，觸變過程是指在一定的條件下鋰離子電池漿料中的膠鏈結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的破壞和恢復(fù)過程，它反映了觸變性的時(shí)間效應(yīng)。觸變的***后效果是指在一定實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的***大觸變量。這里所說的達(dá)到穩(wěn)定是指漿料內(nèi)的結(jié)構(gòu)破壞與恢復(fù)的一種動(dòng)態(tài)平衡，而其宏觀表現(xiàn)則為鋰離子電池漿料剪切應(yīng)力的固定不變，亦即剪切應(yīng)力具有不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)定數(shù)值。
2.1.3 分散效果對(duì)鋰離子電池漿料的影響
混合分散工藝在鋰離子電池的整個(gè)生產(chǎn)工藝中對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)影響度大于 30%，是整個(gè)生產(chǎn)工藝中***重要的環(huán)節(jié)。鋰離子電池的電極制造，正極漿料由粘合劑、導(dǎo)電劑、正極材料等組成；負(fù)極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負(fù)極漿料的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過程,而且在這個(gè)過程中都伴隨著溫度、粘度、環(huán)境等變化。在正、負(fù)極漿料中，顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運(yùn)動(dòng)，因此在鋰離子電池生產(chǎn)中各極片材料的漿料的混合分散至關(guān)重要，漿料分散質(zhì)量的好壞，直接影響到后續(xù)鋰離子電池生產(chǎn)的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。
合分散工藝在鋰離子電池的整個(gè)生產(chǎn)工藝中對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)影響度大于 30%，是整個(gè)生產(chǎn)工藝中***重要的環(huán)節(jié)。鋰離子電池的電極制造，正極漿料由粘合劑、導(dǎo)電劑、正極材料等組成；負(fù)極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負(fù)極漿料的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過程,而且在這個(gè)過程中都伴隨著溫度、粘度、環(huán)境等變化。在正、負(fù)極漿料中，顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運(yùn)動(dòng)，因此在鋰離子電池生產(chǎn)中各極片材料的漿料的混合分散至關(guān)重要，漿料分散質(zhì)量的好壞，直接影響到后續(xù)鋰離子電池生產(chǎn)的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。
目前傳統(tǒng)的鋰離子電池漿料的制備都是在雙行星分散設(shè)備中完成的。盡管目前在小型電池生產(chǎn)技術(shù)上已日趨成熟，但目前鋰離子電池的生產(chǎn)過程中，電池的一致性控制仍然是鋰離子電池制作的技術(shù)難點(diǎn)，尤其是對(duì)于大容量、大功率的動(dòng)力型鋰離子電池。另外，隨著鋰離子電池材料的不斷進(jìn)步，原材料顆粒粒徑越來越小，這不僅提高了鋰離子電池性能，也非常容易形成二級(jí)團(tuán)聚體，從而增加了混合分散工藝的難度。
(1) 原料的物理性能
a. 石墨：非極性物質(zhì)，易被非極性物質(zhì)污染，易在非極性物質(zhì)中分散；不易吸水，也不易在水中分散。被污染的石墨，在水中分散后，容易重新團(tuán)聚。一般粒徑 D50為 20μm左右。顆粒形狀多樣且多不規(guī)則，主要有球形、片狀、纖維狀等。
b. 水性粘合劑（SBR）：小分子線性鏈狀乳液，極易溶于水和極性溶劑。
c. 防沉淀劑（CMC）：高分子化合物，易溶于水和極性溶劑。
d. 異丙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑網(wǎng)狀交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度。乙醇：弱極性物質(zhì)，加入后可減小粘合劑溶液的極性，提高石墨和粘合劑溶液的相容性；具有強(qiáng)烈的消泡作用；易催化粘合劑線性交鏈，提高粘結(jié)強(qiáng)度。
e. 去離子水（或蒸餾水）：稀釋劑，酌量添加，改變漿料的流動(dòng)性。
(2) 原料的預(yù)處理
a. 石墨：經(jīng)過混合，使原料均勻化，提高一致性，然后在 300~400℃常壓烘烤，除去表面油性物質(zhì)，提高與水性粘合劑的相容能力，修圓石墨表面棱角（有些材料為保持表面特性，不允許烘烤，否則效能降低）。
b. 水性粘合劑：適當(dāng)稀釋，提高分散能力。
(3) 摻和、浸濕和分散：
a. 石墨與粘合劑溶液極性不同，不易分散。
b. 可先用醇水溶液將石墨初步潤濕，再與粘合劑溶液混合。
c. 應(yīng)適當(dāng)降低攪拌濃度，提高分散性。
d. 分散過程為減少極性物與非極性物距離，提高勢能或表面能，所以為吸熱反應(yīng)，攪拌時(shí)總體溫度有所下降。如條件允許應(yīng)該適當(dāng)升高攪拌溫度，使吸熱變得容易，同時(shí)提高流動(dòng)性，降低分散難度。
e. 攪拌過程如加入真空脫氣過程，排除氣體，促進(jìn)固-液吸附，效果更佳。
(4) 稀釋
加入溶劑將漿料調(diào)整為合適的濃度，便于涂布。
2.3.3傳統(tǒng)分散工藝面臨的問題
（1）根據(jù)傳統(tǒng)工藝中的葉輪剪切/循環(huán)特性，可以把葉輪的作用分為兩大類，*類是對(duì)葉輪附近產(chǎn)生的剪切作用；第二類則是通過葉輪泵出的流量產(chǎn)生循環(huán)作用。漿體的進(jìn)一步分散作用主要依靠葉輪的剪切作用，而葉輪的流量決定了葉輪的分散的能力。而在離葉輪端部較遠(yuǎn)的區(qū)域，總會(huì)存在一層漿料始終停滯不動(dòng)，這個(gè)區(qū)域也就是人們常說的“死區(qū)”，分散設(shè)備的工作區(qū)域越大，而且漿料黏度越高，“死區(qū)”的問題就越突出，就算采用不同的葉輪和結(jié)構(gòu)，死區(qū)仍然難以避免，因此在鋰離子電池漿料的制備過程中，所制得的漿料產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)混合分散不均勻、粉體顆粒與粘合劑接觸不均勻、易分層和發(fā)生硬性沉淀等一系列問題。
（2）在操作過程中雙行星攪拌也會(huì)遇到諸多問題：
1.批次分散工藝，混合分散時(shí)間長，能量消耗大。
2 電極粉末材料由行星攪拌器頂部加入，粉塵容易飛揚(yáng)、漂浮。更重要的是粉末與液相混合極易發(fā)生團(tuán)聚
3. 物料易殘留于行星攪拌器的罐蓋、罐壁及攪拌槳上，清洗操作困難。
4. 空氣易存留于分散混合罐，氣泡的產(chǎn)生影響分散效果。
5. 批次工藝致使量產(chǎn)受到限制，生產(chǎn)線占地面的大，維護(hù)成本高。
鋰電池負(fù)極漿料研磨分散設(shè)備影響分散乳化結(jié)果的因素有以下幾點(diǎn)
1 分散頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次好）
2 分散頭的剪切速率 （越大，效果越好）
3 分散頭的齒形結(jié)構(gòu)（分為初齒，中齒，細(xì)齒，超細(xì)齒，約細(xì)齒效果越好）
4 物料在分散墻體的停留時(shí)間，乳化分散時(shí)間（可以看作同等的電機(jī)，流量越小，效果越好）
5 循環(huán)次數(shù)（越多，效果越好，到設(shè)備的期限，就不能再好）
線速度的計(jì)算
剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對(duì)速率。
– 剪切速率 (s-1) = v 速率 (m/s)
g 定-轉(zhuǎn)子 間距 (m)
由上可知，剪切速率取決于以下因素：
– 轉(zhuǎn)子的線速率
– 在這種請(qǐng)況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子 間距。
IKN 定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm
速率V= 3.14 X D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM / 60
高的轉(zhuǎn)速和剪切率對(duì)于獲得超細(xì)微懸浮液是***重要的。根據(jù)一些行業(yè)特殊要求，依肯公司在ERS2000系列的基礎(chǔ)上又開發(fā)出ERX2000超高速剪切乳化機(jī)機(jī)。其剪切速率可以超過200.00 rpm，轉(zhuǎn)子的速度可以達(dá)到66m/s。在該速度范圍內(nèi)，由剪切力所造成的湍流結(jié)合專門研制的電機(jī)可以使粒徑范圍小到納米級(jí)。剪切力更強(qiáng)，乳液的粒經(jīng)分布更窄。由于能量密度極高,無需其他輔助分散設(shè)備,可以達(dá)到普通的高壓均質(zhì)機(jī)的400BAR壓力下的顆粒大小.
2、設(shè)備特點(diǎn)
- ERS設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備相比：
傳統(tǒng)設(shè)備需8小時(shí)的分散加工過程，ERS設(shè)備1小時(shí)左右完成，超細(xì)分散效果顯著，能耗*降低；
高速、高品質(zhì)
傳統(tǒng)設(shè)備的攪拌轉(zhuǎn)速每分鐘幾十轉(zhuǎn)，帶分散功能的轉(zhuǎn)速每分鐘1500轉(zhuǎn)以內(nèi)，只完成宏觀分散加工，超細(xì)分散能力極為有限；ERS設(shè)備的轉(zhuǎn)速每分鐘10000～15000轉(zhuǎn)之間，超高線速度產(chǎn)生的剪切力，瞬間超細(xì)分散漿料中的粉體。
- ERS設(shè)備與同類設(shè)備相比：
同類設(shè)備的定轉(zhuǎn)子等部件結(jié)構(gòu)單一，多級(jí)多層的結(jié)構(gòu)是單純重復(fù)性加工，相同的齒槽結(jié)構(gòu)易發(fā)生物料未經(jīng)分散便通過工作腔的短路現(xiàn)象；
ERS設(shè)備的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)采用多層多向剪切概念，裝配式結(jié)構(gòu)使物料得到不同方向剪切分散，杜絕了短路現(xiàn)象，超細(xì)分散更為徹底。
3、工藝應(yīng)用
鋰電池正負(fù)極漿料的超細(xì)分散 電路板基材漿料粉液超細(xì)分散
高粘度物料粉液超細(xì)混合分散 納米材料團(tuán)聚物超細(xì)解聚分散
鋰電池負(fù)極漿料研磨分散設(shè)備
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