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德国Optris助力激光干燥技术实现重大突破 - IDEEL项目展示高效电池生产的可扩展性

激光干燥技术突破:IDEEL项目展示高效电池生产可扩展性

激光干燥技术实现重大突破

IDEEL项目展示高效电池生产的可扩展性,提供更经济、更环保的阳极与阴极干燥方案
2025年3月19日   |   柏林 / 穆尔海姆-卡尔里希

项目概述

IDEEL研究项目于2024年12月顺利完成,该项目历时三年,致力于开发激光辅助干燥工艺,并获得德国联邦教育与研究部(BMBF)在"Battery 2020"资助计划下的支持。该技术有望大幅提升锂离子电池生产中至关重要的电极干燥过程的效率。

Optris GmbH & Co KG及其开发的Xi系列红外热像仪(特别是Xi 80型号)是该项目成功完成的重要组成部分。这些自主式红外热像仪可用于确保目标温度持续稳定。此外,Xi 80相机在干燥线上的电极质量控制方面表现**,即使在极高的生产速度下,也能可靠地记录材料的温度及潜在缺陷。

柏林 / 穆尔海姆-卡尔里希,2025年3月19日

在锂离子电池的工业生产中,电极干燥一直是其中*关键的环节之一。在卷对卷(R2R)工艺中,将活性浆料涂覆到集流体箔材上的干燥过程,因其高能耗、长时间以及巨大的空间需求,成为整个电池生产过程中成本*高、二氧化碳排放量*大的制造步骤之一。

在此背景下,历时三年研究、于2024年12月31日完成的IDEEL(为经济与生态的锂离子电池生产实施激光干燥工艺)研究项目,探索了利用高效大面积激光辐照的替代干燥工艺。该项目由德国联邦教育与研究部在“Battery 2020”资助计划下支持,由Laserline GmbH协调。其他项目合作伙伴包括:亚琛工业大学电动汽车部件生产工程教席(PEM)、Coatema Coating Machinery GmbH、Optris GmbH & Co. KG、弗劳恩霍夫激光技术研究所(ILT)、明斯特大学明斯特电化学能源技术(MEET)电池研究中心以及弗劳恩霍夫电池生产研究机构(FFB)。

激光干燥技术实验室研究
IDEEL项目激光干燥技术实验室研究

激光干燥的开发与优化是项目核心

optris红外热像仪
IDEEL项目激光干燥技术实验室研究

IDEEL研究合作的首要重点是开发和逐步优化合适的激光干燥工艺。为此,项目团队专门验证了适用于激光应用的阳极和阴极涂层材料,并成功测试了基于石墨、磷酸铁锂和硅石墨的水性配方(由亚琛工业大学PEM和明斯特大学MEET电池研究中心完成)。项目采用了一种效率超过50%的高效二极管激光系统,以及配备同轴热成像耦合和宽度超过0.5米矩形激光光斑的新型加工头(由Laserline提供)作为热源。

为了实现非接触式、自动化的过程监控与控制,项目开发了一款高度集成、兼容工业PC数据输出的热成像相机系统。该系统确保即使在不同幅材速度和涂层厚度下,也能保持稳定的目标温度(由Optris、Laserline和弗劳恩霍夫ILT完成)。基于这些系统组件,项目开发了一个模块化激光干燥单元作为演示系统,该系统采用专门的空气管理概念和定制的双腔宽缝喷嘴,以实现水性电池浆料的快速可靠涂布(由Coatema完成)。在此演示系统中,基于激光的R2R干燥工艺被放大到具有工业相关性的进料速率,同时确定并验证了*优工艺配置(由弗劳恩霍夫ILT和FFB完成)。

混合工艺实现工业级规模化

由于干燥过程既需要加热也需要通过抽气进行质量传输,技术上和经济上*有前景的方案是实施热风与激光模块相结合的混合配置。在此R2R工艺配置中,激光干燥实现了浆料的快速加热和预干燥,而下游的对流烘箱则延长了温度暴露时间,确保电极涂层彻底干燥。这种方法也允许现有设施通过加装激光模块来受益于新技术,实现了技术优化与资本品可持续利用的结合。

在此努力下,项目合作伙伴开发了一种**的混合干燥系统,**实现了每分钟30米的幅材速度,并将干燥时间缩短了 60%以上 。此外,工艺起始段的激光助推器将所需烘箱长度缩短了一半,节约了宝贵的生产空间,并显著降低了对高能耗干燥室的需求。干燥过程的运营成本总体降低了 20%至30% 。更重要的是,烘箱运行的减少,加上改造后的系统在其剩余生命周期内的持续使用,使得整体的 CO₂排放足迹 得到显著改善。这种新方法实现了更具成本效益和环保的生产流程,从而显著提升了电池生产的经济与生态效益。

激光干燥技术实验室研究
IDEEL项目激光干燥技术实验室研究

项目合作伙伴

项目合作伙伴协作会议
IDEEL项目合作伙伴技术协作与讨论

IDEEL研究项目由德国联邦教育与研究部在"Battery 2020"资助计划下支持,由Laserline GmbH协调。其他项目合作伙伴包括:

研究成果验证

由弗劳恩霍夫ILT、亚琛工业大学PEM、MEET电池研究中心和弗劳恩霍夫FFB进行的实验研究表明,混合干燥的结果与已确立的对流干燥效果相当。尽管产量增加,电极性能在附着力、残余水分、导电性和电化学性能方面至少保持了同等质量。

同等质量,更高产量

实验证明,在实现更高生产速率的同时,电极性能在关键指标上保持与现有技术相当的水平,包括:附着力、残余水分含量、电导率及电化学性能。

新开发工艺的工业适用性因此得到充分验证。IDEEL项目中开发的过程见解将被纳入弗劳恩霍夫FFB的工作中,该机构将成为德国及其欧洲合作伙伴的现代电池生产开发中心。

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电极性能测试验证混合干燥工艺效果

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