雙螺桿制漿機(jī) Twin-screw Slurry Mixer

在電池勻漿工藝中，**雙螺桿制漿機(jī)（Twin-screw Slurry Mixer）**是用于高效混合高粘度正負(fù)極漿料的核心設(shè)備，其通過(guò)雙螺桿協(xié)同剪切、捏合與輸送作用，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)粉體（如活性材料、導(dǎo)電劑）與溶劑的均勻分散，確保漿料穩(wěn)定性（粘度偏差≤±3%）與一致性（固含量CV值≤0.5%）。以下是針對(duì)電池勻漿工藝的雙螺桿制漿機(jī)解決方案：

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### **一、功能需求與挑戰(zhàn)**

1. **漿料特性適配**  

  - **高固含量**：正極漿料固含量達(dá)50%~70%，粘度＞20,000cP（需高強(qiáng)度剪切）。  

  - **納米分散**：炭黑、CNT等導(dǎo)電劑需分散至D90＜500nm（防止團(tuán)聚影響導(dǎo)電性）。  

  - **低金屬污染**：Fe、Cu異物管控≤30ppm（避免電池內(nèi)短路）。  

2. **工藝痛點(diǎn)**  

  - 傳統(tǒng)行星攪拌機(jī)效率低（混合時(shí)間＞4小時(shí)）、能耗高（＞100kWh/噸漿料）。  

  - 漿料分層與顆粒沉降導(dǎo)致涂布缺陷（如面密度波動(dòng)＞±3%）。  

  - 設(shè)備清洗困難（換料耗時(shí)＞6小時(shí)），交叉污染風(fēng)險(xiǎn)高。  

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### **二、雙螺桿制漿機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)**

#### **1. 核心結(jié)構(gòu)與技術(shù)**

| **模塊**               | **功能描述**                                                                 | **技術(shù)要點(diǎn)**                                                                 |

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| **雙螺桿系統(tǒng)**         | 同向/異向旋轉(zhuǎn)螺桿（長(zhǎng)徑比40:1~60:1），分段式設(shè)計(jì)（輸送、剪切、捏合區(qū)）       | 螺桿元件鍍碳化鎢/陶瓷（耐磨壽命≥10,000小時(shí)），表面鏡面拋光（Ra≤0.2μm）       |

| **溫控系統(tǒng)**           | 分段溫控夾套（-20℃~200℃）與螺桿內(nèi)冷通道（防局部過(guò)熱）                       | PID**控溫（±1℃），適應(yīng)NMP揮發(fā)（正極）與水系溶劑（負(fù)極）                     |

| **驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)**         | 高扭矩伺服電機(jī)（功率50~500kW）+行星齒輪箱（傳動(dòng)效率≥95%）                    | 扭矩密度≥15Nm/kg，支持0.1~600rpm無(wú)級(jí)變速（能耗≤0.08kWh/kg漿料）               |

| **真空脫泡系統(tǒng)**       | 多級(jí)真空腔（真空度≤-0.098MPa），集成消泡劑自動(dòng)添加模塊                        | 漿料含氣量＜0.1%，孔隙率下降50%（提升涂布均勻性）                             |

| **在線監(jiān)測(cè)**           | 粘度計(jì)、激光粒度儀、金屬檢測(cè)儀實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)                                   | AI算法動(dòng)態(tài)優(yōu)化螺桿轉(zhuǎn)速與溫度（分散度D90誤差≤5%）                              |

#### **2. 智能化與潔凈設(shè)計(jì)**

- **密閉防污染**  

 - 全不銹鋼316L焊接結(jié)構(gòu)，雙端面機(jī)械密封（泄漏率＜0.01mL/h），N?惰性氣體保護(hù)（氧含量＜0.5%）。  

- **自清潔系統(tǒng)**  

 - 螺桿快拆設(shè)計(jì)+CIP在線清洗（高壓溶劑噴射+超聲波），清洗后殘留≤10ppm（滿足NCM/LFP切換要求）。  

- **數(shù)據(jù)集成**  

 - 通過(guò)OPC UA接入MES系統(tǒng)，記錄工藝參數(shù)（轉(zhuǎn)速、溫度、真空度）、質(zhì)量數(shù)據(jù)（粘度、粒度）及設(shè)備健康狀態(tài)。  

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### **三、應(yīng)用場(chǎng)景與配置方案**

| **場(chǎng)景**                | **特殊需求**                   | **定制化設(shè)計(jì)**                                                             |

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| **高鎳三元正極漿料**    | 高氧化活性（需超低氧環(huán)境）     | 全程N(yùn)?保護(hù)（氧含量＜0.1%），螺桿鍍氮化鈦涂層（防金屬析出）                    |

| **硅碳負(fù)極漿料**        | 高膨脹性（體積變化＞300%）     | 高剪切螺桿元件（轉(zhuǎn)速≥800rpm）+預(yù)分散模塊（納米硅顆粒包覆）                   |

| **水系負(fù)極漿料**        | 易揮發(fā)（控溫＜40℃）            | 低溫螺桿（-10℃~50℃）+真空脫泡（水分蒸發(fā)量≤0.3%）                            |

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### **四、實(shí)施效益對(duì)比**

| **指標(biāo)**         | **傳統(tǒng)行星攪拌機(jī)**           | **雙螺桿制漿機(jī)**             | **提升效果**               |

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| 混合時(shí)間         | 4~6小時(shí)                    | 0.5~1.5小時(shí)                | 產(chǎn)能提升3~5倍             |

| 分散均勻性       | D90=1~3μm                  | D90≤0.5μm                  | 電芯內(nèi)阻降低15%~20%       |

| 能耗效率         | ＞100kWh/噸漿料            | ≤50kWh/噸漿料              | 運(yùn)營(yíng)成本下降40%~50%       |

| 換料清洗時(shí)間     | 6~8小時(shí)（人工）            | ≤0.5小時(shí)（全自動(dòng)CIP）      | 設(shè)備利用率提升80%         |

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### **五、關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策**

1. **納米粉體分散不足**  

  - **對(duì)策**：多級(jí)剪切區(qū)設(shè)計(jì)（齒形盤(pán)+反螺紋元件），集成在線超聲波分散（頻率40kHz）。  

2. **高粘度漿料傳質(zhì)差**  

  - **對(duì)策**：螺桿非對(duì)稱螺紋優(yōu)化（輸送效率提升30%），夾套分區(qū)溫控（ΔT≤1℃）。  

3. **金屬異物混入風(fēng)險(xiǎn)**  

  - **對(duì)策**：全陶瓷材質(zhì)螺桿與缸體（硬度≥HRA90），在線金屬檢測(cè)+自動(dòng)截留裝置。  

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### **六、未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)**

1. **數(shù)字孿生優(yōu)化**  

  - 基于CFD（計(jì)算流體力學(xué)）模擬漿料流場(chǎng)，優(yōu)化螺桿構(gòu)型與工藝參數(shù)（轉(zhuǎn)速、溫度梯度）。  

2. **AI工藝閉環(huán)**  

  - 機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)漿料性能（如粘度、固含量），動(dòng)態(tài)調(diào)整螺桿運(yùn)行參數(shù)。  

3. **零排放制造**  

  - 溶劑回收系統(tǒng)（冷凝+吸附）實(shí)現(xiàn)NMP循環(huán)利用率≥95%，碳足跡降低60%。  

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### **七、供應(yīng)商選型建議**

- **國(guó)際品牌**：德國(guó)，Cope，rion（高剪切分散）、日，本東，芝機(jī)械（耐腐蝕設(shè)計(jì)）。  

- **國(guó)內(nèi)領(lǐng)，先**：科倍，?。暇?，）機(jī)，械（定制化方案）、上海，新，威（高性價(jià)比）。  

- **關(guān)鍵參數(shù)**：  ，

 - 產(chǎn)能：0.5~10噸/小時(shí)（模塊化擴(kuò)展）  

 - 螺桿直徑：50~200mm（長(zhǎng)徑比可調(diào)）  

 - 防護(hù)等級(jí)：IP67（防塵防水），Ex d IIB T4（防爆型）  

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通過(guò)雙螺桿制漿機(jī)的部署，電池企業(yè)可實(shí)現(xiàn)勻漿工藝的**高效化、精密化、綠色化**，顯著提升電芯能量密度、循環(huán)壽命及生產(chǎn)良率。選型時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注漿料特性（粘度、固含量）、分散度要求及與涂布設(shè)備的協(xié)同匹配，必要時(shí)通過(guò)CFD仿真驗(yàn)證混合流場(chǎng)與熱管理效能。