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尚水智能刘建：钠电从材料到电池极片的智能装备创新

时间：2024-04-19 来源： 浏览：

尚水智能刘建：钠电从材料到电池极片的智能装备创新

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钠储一日同风起扶摇直上九万里，2024年4月9日-10日，由起点钠电、起点储能、PECA光储充联盟主办，金钠科技总冠名的2024（第四届）起点钠电论坛暨鲁班奖颁奖典礼-2024中国国际钠电&光储充大会暨展览会在深圳福田国际会展中心7号馆隆重举办。
在9日下午举办的专场论坛二：钠电池及储能智能制造专场上， 尚水智能 产品经理 刘建发表《钠电从材料到电池极片的智能装备创新》的演讲。
图：尚水智能 产品经理 刘建
刘建在演讲中表达了钠离子电池的发展趋势：由于政策的导向，2022年到2023年，钠离子电池处于快速发展期，2024年之前生产企业的规模多数是在试验性和千吨级规模，预计2025年底千吨企企业超过10家，万吨级企业产线即将落地。
以前钠电主要是延续锂电行业思路，并没有找到非常合适的赛道，因此没有非常好的发展。现在的钠电应该更加聚焦于差异化的赛道，来替代铅酸电池，并与锂电池形成互补的市场。钠电是有非常广阔的应用场景，由于它的低温特性好、倍率性高、安全性、成本低廉，它有非常多的应用前景。比如大型储能和二轮车领域，尤其是能源丰富的西北地区对大型储能模块有非常大的需求。
那么，钠电行业核心诉求是什么呢？刘建表达了看法：降本增效。
刘建接着表示：“尚水智能作为一家设备企业，非常擅长在工业创新和设备创新方面达到降本增效的目的。带着这个问题来考虑如何做好钠电的材料。尚水，在锂电行业有非常深的技术积累，在钠电正负极材料方面已经进行了产品布局，钠电跟锂电行业非常接近。比如层状氧化物的产线，是跟高镍三元的产线非常接近，尚水可以提供混合机、包覆机和粉碎机等，这样的设备可以在钠电行业应用。聚阴离子产线，是跟磷酸铁锂产线比较接近，尚水可以提供砂磨机、风干燥机等设备。尚水在钠电行业可以提供规划设计等的全面解决方案。”
尚水智能拥有电池制造的核心装备，包括粉碎研磨、干燥、混合、包覆、存储配料输送。粉碎研磨有气流粉碎机、干式球磨机等。干燥有喷雾干燥及、单椎干燥机等。
尚水智能拥有研磨粉碎解决方案，其中，干式球磨系统，主要应用于氢氧化锂等粉碎场景，氧化锂的粉碎场景主要是用气流磨进行粉碎，我们之所以用干式粉碎机，因为气流磨的能耗高，而干式球磨系统有非常高的能耗优势。相比气流粉碎机，干式球磨机可以覆盖非常多气流粉碎机的工作范围。干式球磨机的运动状态下，通过大量仿真对比，可以对搅拌结构进行优化，进一步提高研磨效果。
此外，用干式球磨机对玻璃粉和氢氧化锂等不同的物料进行研磨都有比较好的粒径分布和研磨效果。对于粒径要求比较高的场合，可以在干式球磨机上增加分级机，分级机可以通过把细粉筛选出来，把粗粉进行多次粉碎。我们还把干式球磨机和气流粉碎机进行产能对比，在同样产能下，干式球磨机的单位能耗是每吨可以节省800度电，每条线面积上可以节省40平方米，每条线的成本可以省200万。
因此，干式球磨机是具有成本低、能耗低、连续出料、稳定运行和无污染的特点，对于钠电行业，对成本非常敏感，干式球磨机是非常好的选择。
对分式的气流粉碎机，特点是更紧凑的布置、更低的能耗和更好的粒径控制。气流粉碎机的粉碎原理是，压缩空气通过拉瓦尔喷嘴被加速，颗粒被气体带着加速到超音速，颗粒与颗粒之间进行碰撞，粉碎。气流磨的分级原理，通过调节分级轮转速打破叶片附近的颗粒离心力与气流的曳力的平衡，实现粒径的控制。
尚水最新流化床气流粉碎机闭式循环系统，相比传统气流磨系统，我们对系统进行了优化。通过对冷干机和吸干机的优化，减少了压缩空气的损耗，进一步降低了能耗，与传统气流磨对比，我们装机功率减少96.5KW，每年电费节省41.7W元，集成化更高，露点控制稳定，粒度控制更好。
材料干燥整体解决方案，尚水智能的喷雾干燥系统，具有更节能、更紧凑、产品质量更稳定的特点。传统喷雾干燥设备具有成本高，雾化器寿命短，能耗高，浆料粘壁，颗粒形貌差等特点。基于理论设计与仿真分析，持续优化喷雾干燥机结构，达到更优的产品结果，仿真图标要隐藏。
喷雾干燥系统实验后的产品颗粒呈规则球形，粒径均匀分布，我们的喷雾干燥机聚焦于钠电行业对成本的敏感性，设计高能量利用率的余热回收装置，以万吨产线为例，每年可以节省100-200万元的能耗成本；自主研发的超高转速雾化，可以实现客户所需的粒径。
再介绍一下混合包覆解决方案，从能量转化角度解释包覆原理就是叶片在不同粒子间产生速度差，有效打开粉体团聚，达到分散、包覆效果。双传动包覆机通过高低速桨形成对流，提高包覆效率，相比传统包覆机节能1/3-1/2。
尚水智能全自动拆包机，分为风淋区，卸料区和回收区，相较传统拆包设备，回本周期1-1.5年，后每年节省约30W。
如何做好钠电极片呢？钠电极片的工序包括了制浆、涂布、辊压、分切，我们想要得到理想的微观结构，是由于制浆的稳定性和涂布的均一性决定的。
从电池的极片角度来说，传统制片技术，采用双行星搅拌机制浆、低速单层转移或者挤压涂布并依次进行辊压、分切。整个过程效率低，能耗高，且产品质量无法有效控制，占地空间大，只适合小规模消费类电芯市场。目前主要采用新型高效制浆设备（如循环式制浆系统、双螺杆制浆系统），并搭配宽幅高速双层高精密涂布系统及一体式辊压分切设备、一体式模切分切设备进行制片。整个过程具备高效率、高精度、高稳定性，极大的提升的系统的生产能力，为当前动力及储能电池的产能需求提供有力保证。
尚水智能具有钠电和锂电极片制造整体的解决方案，主要是聚焦在自动化、智能化、集成化，包括立体仓库自动投料系统等。在电池制浆端的核心设备，包括混合分散、研磨分散。
那么尚水智能在技术方向还有哪些创新？
刘建表示：“尚水智能深耕电池行业的制浆领域12年，以制浆例子展示了对于极片制造环节的理解，未来的极片制造必然向着多技术方向的发展趋势，伴随材料体系越来越丰富，伴随着应用端需求的差异，必然导致我们在整个电池的制造环节、各个工序段也向细分领域发展，目前已经形成了循环式高效制浆、捏合式高效制浆和连续高效制浆的3条技术路线共同发展的趋势，主要是匹配不同的材料、不同的效率，以及不同的电池产品。”
循环式高效制浆系统的核心是将粉末/液体预混合和精细分散集成在一台机器中，能够快速地完成高质量电池浆料的制备。他的特点是更快的润湿，更好的分散效果，更短的分散时间以及更好的浆料一致性，锂电以前搅拌机，现在改成制浆机，钠电也在沿用很早之前的设备，但是现在制浆机已经迭代很多代了，20-2500均有。
尚水智能高速狭缝式挤压涂布系统是一种高精度的预计量涂布系统，通过将制备好的浆料均匀高精密的涂布在基材上，再经干燥处理后收卷，为后工序做准备。解决了传统转移涂布存在的精度差、效率低、能耗高、涂布液暴露在环境中等问题，适用于锂/钠电池的正负极涂布等，亦可广泛应用于造纸、光学膜等行业。
还有锂电池高速涂布系统，尚水智能高速涂布系统是一种新型的涂布设备，采用了微凹版涂布技术，能够实现高速高精度的双面同时涂布功能。解决了传统凹版涂布存在的精度差、效率低、能耗高、涂布液暴露在环境中等问题，适用于锂离子电池的正负极导电碳底涂、隔膜陶瓷涂布。全自动生产，自动换卷，支持AGV及自动物流对接；设备机械速度140m/min，运行速度120m/min，设备稳定性好；力控制稳定±2N以内，收卷滑差轴张力锥度控制模式，保证收卷整齐度在±0.5mm内；有自动测厚单元，测量误差≤0.3μm，与辊压单元实现厚度闭环控制，实时调整厚度等等。
最后简单介绍一下尚水智能。公司以分散制浆业务起家，这个领域已经深耕12年，目前已经投资的电池厂线超过400条，服务于目前头部的前10大、前20大企业，形成了独有的锂电池电极制造装备技术，并向原材料端进一步开拓，包括形成了配料混合等多样化的极片和材料加工装备。尚水智能拥有设备较为高端的实验室，工艺开发团队，很多分析检测仪器，可以根据客户的需求来进行应用型的测试，对产品质量进行评估，可以提供测试报告。此外，还可以给客户提供定制化的设备，也非常欢迎大家来尚水做实验。
注：上述内容根据速记整理，未经演讲嘉宾审核

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