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關(guān)鍵詞

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)；高壓均質(zhì)機(jī)；鋰硫電池；硫/碳復(fù)合材料；儲(chǔ)能材料 

摘要

鋰硫電池作為下一代高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)的核心方向，其商業(yè)化進(jìn)程受限于硫單質(zhì)低導(dǎo)電性、多硫化物穿梭效應(yīng)及體積膨脹等關(guān)鍵瓶頸。硫/碳復(fù)合材料通過碳基質(zhì)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建物理化學(xué)雙重限域，成為解決上述問題的核心路徑，但傳統(tǒng)制備工藝普遍存在硫顆粒分散不均、界面結(jié)合薄弱、規(guī)模化生產(chǎn)難度大等痛點(diǎn)。TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)憑借高效剪切-空化協(xié)同作用及連續(xù)化處理優(yōu)勢(shì)，從應(yīng)用端為硫/碳復(fù)合材料的高效制備提供創(chuàng)新方案——無需復(fù)雜工藝調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)硫顆粒納米級(jí)分散、碳基質(zhì)孔道精準(zhǔn)填充及界面結(jié)合強(qiáng)化，顯著提升復(fù)合材料的導(dǎo)電性能與循環(huán)穩(wěn)定性。該設(shè)備兼容從實(shí)驗(yàn)室小試到工業(yè)量產(chǎn)的全流程需求，操作便捷、工藝可控，為鋰硫電池企業(yè)及材料研發(fā)機(jī)構(gòu)提供低成本、高效率的規(guī)模化制備工具，加速高性能鋰硫電池的產(chǎn)業(yè)化落地。

一、行業(yè)痛點(diǎn)：硫/碳復(fù)合材料制備的核心難題

在新能源產(chǎn)業(yè)對(duì)高能量密度電池的迫切需求下，鋰硫電池憑借超高理論容量與環(huán)境友好特性，成為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。然而，硫/碳復(fù)合材料的制備工藝始終制約著鋰硫電池的批量生產(chǎn)與性能提升，核心痛點(diǎn)如下：

1. 分散效果差，導(dǎo)電性不足：傳統(tǒng)機(jī)械球磨、超聲分散等方法難以將硫顆粒破碎至納米級(jí)，且易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，導(dǎo)致硫與碳基質(zhì)接觸不充分，電子傳輸效率低，電池倍率性能受限；

2. 界面結(jié)合弱，循環(huán)穩(wěn)定性差：硫與碳基質(zhì)多為物理混合，界面間隙大，充放電過程中易發(fā)生硫顆粒脫落與多硫化物穿梭，導(dǎo)致電池容量快速衰減，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的循環(huán)壽命要求；

3. 工藝可控性低，規(guī)模化困難：實(shí)驗(yàn)室級(jí)制備方法流程復(fù)雜、周期長(zhǎng)，且難以放大；傳統(tǒng)設(shè)備處理過程中參數(shù)波動(dòng)大，導(dǎo)致產(chǎn)品批次穩(wěn)定性差，無法匹配工業(yè)生產(chǎn)的高效、均質(zhì)需求。

針對(duì)上述痛點(diǎn)，市場(chǎng)亟需一種兼具分散效果優(yōu)、工藝易放大的制備設(shè)備，而TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)的技術(shù)特性恰好契合這一應(yīng)用需求。

二、TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)的原理和核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)依靠強(qiáng)大壓力驅(qū)動(dòng)和分散物料。物料在超高壓力下，經(jīng)過分散單元的狹小縫隙，瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大剪切力，將大顆粒物料裁剪成微小碎片。同時(shí)，物料高速流動(dòng)相互撞擊，還會(huì)形成空穴效應(yīng)。這些綜合作用，讓大小不一的顆粒被粉碎并均勻分散。

該設(shè)備不堵不漏，配備10寸工業(yè)觸控屏實(shí)時(shí)監(jiān)控壓力曲線，壓力可達(dá)3000bar。

圖1 均質(zhì)機(jī)原理圖

圖2 TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī) 

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)通過核心結(jié)構(gòu)優(yōu)化與工藝設(shè)計(jì)，為硫/碳復(fù)合材料制備提供針對(duì)性解決方案，其關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下方面：

1.       高壓協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)硫顆粒納米級(jí)分散

設(shè)備采用最高300MPa的超高壓設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)物料以超高速通過金剛石均質(zhì)閥的微小孔徑，瞬間產(chǎn)生剪切、空化、撞擊三重協(xié)同作用：剪切力高效破碎硫團(tuán)聚體，空化效應(yīng)抑制顆粒二次團(tuán)聚，撞擊力促進(jìn)硫與碳基質(zhì)緊密接觸。相較于傳統(tǒng)球磨法，TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)可將硫顆粒粒徑從微米級(jí)快速降至納米級(jí)，且分散均勻性顯著提升，從源頭解決硫?qū)щ娦圆畹膯栴}。

2.       界面工程強(qiáng)化，提升復(fù)合材料穩(wěn)定性

超高壓作用下，硫顆粒被精準(zhǔn)“壓入"多孔碳的孔道內(nèi)部，不僅提高硫的負(fù)載量與孔道填充率，更實(shí)現(xiàn)硫與碳基質(zhì)的緊密貼合，形成穩(wěn)定的界面結(jié)合。這種“物理嵌入+界面吸附"的復(fù)合效果，能有效抑制充放電過程中多硫化物的溶解與擴(kuò)散，同時(shí)緩解硫的體積膨脹，大幅提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性與使用壽命。

3.       連續(xù)化工藝設(shè)計(jì)，兼容規(guī)模化生產(chǎn) 

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室小試到中試、工業(yè)量產(chǎn)的無縫銜接。設(shè)備操作簡(jiǎn)單，僅需設(shè)定壓力等關(guān)鍵參數(shù)即可自動(dòng)運(yùn)行，且工藝重復(fù)性強(qiáng)，能確保不同批次產(chǎn)品性能一致，解決了傳統(tǒng)工藝“實(shí)驗(yàn)室效果好、工業(yè)化難落地"的核心矛盾。

4.       低能耗高適配，降低生產(chǎn)成本

設(shè)備采用高效動(dòng)力系統(tǒng)與優(yōu)化的均質(zhì)腔結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)超高壓處理的同時(shí)，能耗較傳統(tǒng)設(shè)備大幅降低；兼容NMP、水等多種溶劑體系，可匹配不同類型碳基質(zhì)（多孔碳、碳納米管、石墨烯等）與硫的復(fù)合需求，無需額外調(diào)整設(shè)備結(jié)構(gòu)，顯著降低企業(yè)的工藝調(diào)整成本與研發(fā)投入。

三、實(shí)際應(yīng)用價(jià)值：從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)線的全流程賦能

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)在硫/碳復(fù)合材料制備中的應(yīng)用，不僅聚焦技術(shù)突破，更注重實(shí)際生產(chǎn)中的落地價(jià)值，為用戶提供全場(chǎng)景解決方案：

1.       研發(fā)端：加速材料配方迭代

對(duì)于科研機(jī)構(gòu)及電池企業(yè)的研發(fā)部門，TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)操作便捷、參數(shù)可調(diào)，可快速優(yōu)化硫碳配比、均質(zhì)壓力等工藝參數(shù)，短時(shí)間內(nèi)獲得高性能復(fù)合材料樣品，大幅縮短配方研發(fā)周期。同時(shí)，設(shè)備的小試機(jī)型處理量?jī)H需30 mL，能有效降低研發(fā)過程中的物料損耗與實(shí)驗(yàn)成本。 

2.       生產(chǎn)端：保障產(chǎn)品批次穩(wěn)定

在工業(yè)化生產(chǎn)中，設(shè)備的連續(xù)化處理能力與精準(zhǔn)參數(shù)控制，可避免傳統(tǒng)工藝中批次間性能波動(dòng)的問題。通過設(shè)定固定的工藝參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)中產(chǎn)品性能的一致性，滿足動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池等應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)材料穩(wěn)定性的嚴(yán)苛要求。

3.       成本端：優(yōu)化全產(chǎn)業(yè)鏈效率

相較于傳統(tǒng)多步制備工藝，TRILOS超高壓納米均質(zhì)機(jī)將“分散-復(fù)合-界面強(qiáng)化"集成于一體，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，減少設(shè)備投入與人工成本；其高效的分散與復(fù)合效果，能提高硫的利用率，降低材料損耗；同時(shí)，設(shè)備的低能耗設(shè)計(jì)與易維護(hù)特性，可進(jìn)一步降低企業(yè)的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本。 

四、總結(jié) 

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