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德國Optris助力激光干燥技術實現重大突破 - IDEEL項目展示高效電池生產的可擴展性

激光干燥技術突破:IDEEL項目展示高效電池生產可擴展性

激光干燥技術實現重大突破

IDEEL項目展示高效電池生產的可擴展性,提供更經濟、更環保的陽極與陰極干燥方案
2025年3月19日   |   柏林 / 穆爾海姆-卡爾里希

項目概述

IDEEL研究項目于2024年12月順利完成,該項目歷時三年,致力于開發激光輔助干燥工藝,并獲得德國聯邦教育與研究部(BMBF)在"Battery 2020"資助計劃下的支持。該技術有望大幅提升鋰離子電池生產中至關重要的電極干燥過程的效率。

Optris GmbH & Co KG及其開發的Xi系列紅外熱像儀(特別是Xi 80型號)是該項目成功完成的重要組成部分。這些自主式紅外熱像儀可用于確保目標溫度持續穩定。此外,Xi 80相機在干燥線上的電極質量控制方面表現**,即使在極高的生產速度下,也能可靠地記錄材料的溫度及潛在缺陷。

柏林 / 穆爾海姆-卡爾里希,2025年3月19日

在鋰離子電池的工業生產中,電極干燥一直是其中*關鍵的環節之一。在卷對卷(R2R)工藝中,將活性漿料涂覆到集流體箔材上的干燥過程,因其高能耗、長時間以及巨大的空間需求,成為整個電池生產過程中成本*高、二氧化碳排放量*大的制造步驟之一。

在此背景下,歷時三年研究、于2024年12月31日完成的IDEEL(為經濟與生態的鋰離子電池生產實施激光干燥工藝)研究項目,探索了利用高效大面積激光輻照的替代干燥工藝。該項目由德國聯邦教育與研究部在“Battery 2020”資助計劃下支持,由Laserline GmbH協調。其他項目合作伙伴包括:亞琛工業大學電動汽車部件生產工程教席(PEM)、Coatema Coating Machinery GmbH、Optris GmbH & Co. KG、弗勞恩霍夫激光技術研究所(ILT)、明斯特大學明斯特電化學能源技術(MEET)電池研究中心以及弗勞恩霍夫電池生產研究機構(FFB)。

激光干燥技術實驗室研究
IDEEL項目激光干燥技術實驗室研究

激光干燥的開發與優化是項目核心

optris紅外熱像儀
IDEEL項目激光干燥技術實驗室研究

IDEEL研究合作的首要重點是開發和逐步優化合適的激光干燥工藝。為此,項目團隊專門驗證了適用于激光應用的陽極和陰極涂層材料,并成功測試了基于石墨、磷酸鐵鋰和硅石墨的水性配方(由亞琛工業大學PEM和明斯特大學MEET電池研究中心完成)。項目采用了一種效率超過50%的高效二極管激光系統,以及配備同軸熱成像耦合和寬度超過0.5米矩形激光光斑的新型加工頭(由Laserline提供)作為熱源。

為了實現非接觸式、自動化的過程監控與控制,項目開發了一款高度集成、兼容工業PC數據輸出的熱成像相機系統。該系統確保即使在不同幅材速度和涂層厚度下,也能保持穩定的目標溫度(由Optris、Laserline和弗勞恩霍夫ILT完成)。基于這些系統組件,項目開發了一個模塊化激光干燥單元作為演示系統,該系統采用專門的空氣管理概念和定制的雙腔寬縫噴嘴,以實現水性電池漿料的快速可靠涂布(由Coatema完成)。在此演示系統中,基于激光的R2R干燥工藝被放大到具有工業相關性的進料速率,同時確定并驗證了*優工藝配置(由弗勞恩霍夫ILT和FFB完成)。

混合工藝實現工業級規模化

由于干燥過程既需要加熱也需要通過抽氣進行質量傳輸,技術上和經濟上*有前景的方案是實施熱風與激光模塊相結合的混合配置。在此R2R工藝配置中,激光干燥實現了漿料的快速加熱和預干燥,而下游的對流烘箱則延長了溫度暴露時間,確保電極涂層徹底干燥。這種方法也允許現有設施通過加裝激光模塊來受益于新技術,實現了技術優化與資本品可持續利用的結合。

在此努力下,項目合作伙伴開發了一種**的混合干燥系統,**實現了每分鐘30米的幅材速度,并將干燥時間縮短了 60%以上 。此外,工藝起始段的激光助推器將所需烘箱長度縮短了一半,節約了寶貴的生產空間,并顯著降低了對高能耗干燥室的需求。干燥過程的運營成本總體降低了 20%至30% 。更重要的是,烘箱運行的減少,加上改造后的系統在其剩余生命周期內的持續使用,使得整體的 CO?排放足跡 得到顯著改善。這種新方法實現了更具成本效益和環保的生產流程,從而顯著提升了電池生產的經濟與生態效益。

激光干燥技術實驗室研究
IDEEL項目激光干燥技術實驗室研究

項目合作伙伴

項目合作伙伴協作會議
IDEEL項目合作伙伴技術協作與討論

IDEEL研究項目由德國聯邦教育與研究部在"Battery 2020"資助計劃下支持,由Laserline GmbH協調。其他項目合作伙伴包括:

研究成果驗證

由弗勞恩霍夫ILT、亞琛工業大學PEM、MEET電池研究中心和弗勞恩霍夫FFB進行的實驗研究表明,混合干燥的結果與已確立的對流干燥效果相當。盡管產量增加,電極性能在附著力、殘余水分、導電性和電化學性能方面至少保持了同等質量。

同等質量,更高產量

實驗證明,在實現更高生產速率的同時,電極性能在關鍵指標上保持與現有技術相當的水平,包括:附著力、殘余水分含量、電導率及電化學性能。

新開發工藝的工業適用性因此得到充分驗證。IDEEL項目中開發的過程見解將被納入弗勞恩霍夫FFB的工作中,該機構將成為德國及其歐洲合作伙伴的現代電池生產開發中心。

optris紅外熱像儀
電極性能測試驗證混合干燥工藝效果

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