新能源產業——電極漿料過濾方案設計

在新能源產業迅猛發展的時代背景下，鋰離子電池作為動力電池、儲能系統的核心載體，其制造工藝的精密化、智能化水平直接決定了產品的性能、安全性和市場競爭力。電極漿料過濾作為涂布前的關鍵工序，是保障電極質量、提升電池一致性與良品率的重要環節。科學、系統、可落地的過濾方案設計，不僅能有效去除漿料中的有害雜質，更能優化生產效率、降低運營成本，助力企業實現高質量發展。

以下從目標定位、工藝流程、設備選型、系統集成、質量控制與未來趨勢六大維度，全面解析電極漿料過濾方案的設計邏輯與實踐路徑。

一、過濾核心目標：為何必須過濾？

電極漿料由活性物質（如NCM、LFP、石墨、硅碳）、導電劑（如炭黑、CNT）、黏結劑（如PVDF、SBR）與溶劑（如NMP、水）混合而成，在攪拌、輸送過程中易引入以下風險：

● 大顆粒或團聚體：導致涂布不均、模頭堵塞、表面劃傷；

● 金屬雜質（尤其是鐵、銅、鋅等）：可能引發內部短路、自放電、熱失控等安全問題；

● 未充分分散的顆粒：影響電極結構均勻性，降低能量密度與循環壽命；

● 纖維、膠團等非金屬雜質：造成涂層缺陷，增加電池內阻。

過濾核心目標：

1. 有效去除≥75μm顆粒，控制≤10μm微粒含量；

2. 清除鐵磁性及非磁性金屬雜質，確保漿料高潔凈度；

3. 保障涂布連續性與均勻性，降低缺陷率，提升電池一致性。

二、典型過濾工藝流程設計（三級過濾體系）

根據行業主流實踐與技術驗證，推薦采用“除鐵預處理 + 多級微孔過濾”的三級過濾方案，實現“粗濾→精濾→安全保障”的梯度凈化。

第一級：除鐵過濾（磁性凈化）

● 功能：高效去除鐵屑、金屬顆粒等磁性雜質。

● 技術方案：

○ 采用高磁通量磁棒或電磁過濾器（磁感應強度≥12000高斯），可吸附微米級含鐵顆粒；

○ 多組過濾單元串聯設計，提升雜質吸附概率與處理效率；

○ 可配置自動清洗或手動拆洗結構，減少停機維護時間。

● 優勢：非消耗性、可重復使用、運行成本低，是性價比極高的前置保護。

第二級：粗濾（100μm PP濾芯）

● 功能：攔截大顆粒、凝膠團聚物、纖維等非磁性雜質。

● 設備配置：

○ 采用3芯結構PP折疊濾芯，處理量大，過濾壽命為單芯的3倍以上；

○ 濾機具備底部進出口 + 上封頭壓縮空氣接口，實現殘料完全排盡，減少浪費與環境污染；

○ 卡箍或法蘭連接，便于拆裝與CIP清洗。

● 優勢：成本低、密封性好、泄漏風險小，適合連續化生產。

第三級：精濾（75μm或更細）

● 功能：進一步去除細小顆粒，確保進入涂布頭的漿料高度潔凈。

● 濾芯選擇：

○ 可選用75μm PP濾芯，或根據工藝需求升級至25μm、10μm無紡布深層濾芯；

○ 推薦使用梯度孔徑結構濾芯（外粗內精），提升納污能力與使用壽命；

○ 對高要求產線（如高鎳、硅碳體系），可采用囊式濾芯，更換快捷、清潔方便、污染風險低。

● 注意事項：

○ 避免使用單一極細濾芯，防止壓降快速上升導致供料中斷；

○ 建議采用“上游到下游孔徑遞減”設計，實現梯度過濾，延長系統壽命。

三、關鍵設備選型與系統設計要點

四、系統運行與生產適配優化

1. 過濾壽命管理：

○ 清洗/更換周期建議 ≥ 3天，匹配常規涂布生產節奏；

○ 實時監測壓降變化，設置閾值報警，避免因堵塞導致供料中斷。

2. 過濾經濟性優化：

○ 采用“梯度過濾”策略，延長濾芯壽命；

○ 定期清洗金屬網與除鐵裝置，降低耗材消耗；

○ 評估濾芯再生技術可行性，推動綠色制造。

3. 與涂布系統聯動：

○ 過濾后漿料應盡快使用，避免長時間靜置導致沉降或二次團聚；

○ 建議與MES系統聯動，實現過濾數據追溯與工藝參數閉環控制。

五、質量控制與缺陷預防

1. 在線檢測手段：

○ 在涂布頭后設置CCD視覺檢測系統，實時識別：

■ 漏箔、亮劃線、凝膠團聚、起泡、涂布凹坑等缺陷；

○ 缺陷數據反向追溯過濾系統運行狀態，實現質量閉環。

2. 漿料質量驗證：

○ 定期取樣進行激光粒度分析，確認粒徑分布符合工藝要求；

○ 過濾前后對比顆粒數變化，評估過濾效率。

3. 缺陷根因分析：

○ 若出現短路、低循環壽命等問題，應優先排查過濾是否充分，尤其是鐵含量與大顆粒殘留。

六、未來發展趨勢與建議

1. 智能化過濾系統：

○ 集成AI算法，預測濾芯壽命；

○ 結合物聯網實現遠程監控、自動報警與備件管理。

2. 綠色可持續設計：

○ 推廣濾芯再生技術、廢漿回收系統；

○ 降低廢棄物排放，符合ESG與碳中和要求。

3. 適應新材料體系：

○ 針對高鎳、硅碳、固態電池、鈉離子電池等新型漿料，開發專用過濾工藝；

○ 提升對高粘度、高固含量、非牛頓流體漿料的過濾適應性。

4. 標準化與模塊化：

○ 推動過濾單元標準化設計，便于產線復制與快速部署；

○ 支持快換、快裝、防錯設計，提升運維效率。

總結與建議

電極漿料過濾雖為“輔助工序”，卻是決定電池一致性與良品率的關鍵環節。建議企業從以下方面著手：

? 構建三級過濾體系：除鐵 + 100μm + 75μm，兼顧效率與成本； ? 優選高可靠性設備：注重密封性、排料設計與維護便捷性； ? 強化過程監控：集成壓差、CCD、粒度分析等多維數據； ? 推動智能化升級：實現過濾系統與生產系統的深度融合。

通過系統化設計與持續優化，企業可在激烈的新能源競爭中，以更高的產品品質、更低的制造成本與更強的可持續能力贏得未來。