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导语
讲解了先驱体合成、过滤、清洗、干枯以及三元材料配混料、烧结、毁坏、除铁等工序的财产化关键设施运用状况，较量了不同设施的上风和劣势，为三元材料及其先驱体的财产化供应严重鉴戒。锂离子电池是当前归纳本能最佳的二次蓄电池，由于比能量高、轮回寿命长、自放电小、无影象效应及平安性好等特性，普遍运用于便携式电子设施、电动汽车、电动自行车、军用设施、调峰储能以及分开式储能等多个周围。正极材料是锂离子电池的关键材料，在很大水准上决计了电池的本能。罕见的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料（LiNixCoyM1?x?yO2，M为Mn或Al）。三元材料具备较为均衡的成本、能量密度、轮回及平安本能等上风，成为电动汽车、电动自行车等产物的首要取舍，特殊在乘用车周围，三元材料凭仗其更高的性价比上风，慢慢高出磷酸铁锂和锰酸锂成为干流车企的取舍。跟着近几年电动汽车的加紧进展，国内三元材料的产能和销量增进迅猛，但与日韩一流企业的三元材料本能比拟，仍有较大差异，首要题目是临盆工艺和安设水准差异较大，急需转型进级。三元材料的本能和成本首要取决于临盆工艺和关键设施的取舍。当前产业化临盆采取的干流临盆工艺为：积淀法制备先驱体，而后将其与锂源混杂固相烧结制成三元材料，详细工艺过程见图1。本文将中心讲解关键设施的运用状况，为三元材料财产化供应参考，具备严重的有用价钱。
1先驱体的关键设施
1.1反映釜
反映釜是先驱体反映的中央设施，其釜体巨细、搅拌器模样、挡板数目及尺寸、有无导流筒、进料地方、有无增固安设等布局特性均会影响先驱体的密度、描述、比表面积、结晶水准、粒度巨细及散布等本能。
孙卫华等打算了一种专用于临盆三元材料先驱体的反映釜，如图2(a)所示，囊括釜体、搅拌系统、进液管道、进气安设等，釜体内侧设有6块挡板。该反映釜在搅拌、气体掩护、溢流方法等方面均做了鼎新，反映料液入釜时混杂速率快、分开才能好，先驱体元素散布平匀，球形度好，振实密度高档，手艺目标好。程磊等打算了一种合成三元材料先驱体的反映釜，如图2(b)所示，其首要特性是釜体内部设有导流筒，在搅拌以及釜内流体导进取做了很大的改革，料液加入反映釜弥漫速率快，成球平匀且球形度好，描述、粒度、振实密度等手艺目标好。万春荣等打算了一种制备高密度球形固体颗粒的结晶反映器，如图2(c)所示，囊括釜体、搅拌系统、固体颗粒筛分器、固体颗粒采纳罐和固液分别器。该反映器也许灵验掌握固体颗粒所占的体积分数，提升固体颗粒的密度，同时低沉先驱体中的细粉含量。刘文泽等打算了一种高电压正极材料先驱体的合成设施，如图2(d)所示，囊括挨次毗连的甲第反映器、在线母液分别安设、在线过滤安设、二级反映器。该合成设施一方面也许提升反映液的固液最近制备大粒径高密度的电池材料先驱体，另一方面也许将流出的细粉颗粒从头返回反映釜成长，以此提升先驱体产物的成品率。
1.2过滤和清洗设施
过滤和清洗设施的影响是将反映获得的先驱体浆料完结固液分别，而后采取清洗液对获得的先驱体滤饼举办清洗，去除残留在滤饼中的硫酸根、氯根、钠离子等。当前大普遍先驱体厂家采取过滤清洗一体化设施，首要有压滤机、离心术、微孔过滤机、过滤清洗“二合一”设施等。
（1）压滤机压滤机是一种罕用的过滤、清洗设施。保守压滤机个别须要人为操纵周全压滤进程，囊括进料、压迫、气吹、卸料，特殊卸料做事强度较大，滤饼难脱，周全压滤周期长，责罚量小，脱水和清洗成就差，而且材质每每为铸铁，原料重，易磨损。近几年，压滤机手艺水准有了较大的提升，全主动压滤机获得优异的运用[7-8]，周全压滤进程完结主动掌握，材质上取舍不锈钢或合成材料，布局上扩充滤室和增大隔阂打算，而且提升了过滤压力，责罚量大，压滤周期短，脱水效率高，清洗成就好，也许餍足三元先驱体的临盆请求。
（2）离心术离心术是欺诈离心力，分别液体与固体颗粒或液体混杂物中不同组分的机器。离心术的中央部件是转鼓，其环绕本身轴线高速扭转的圆筒，每每由机电启动。固液混杂物加入转鼓后，被火速动员与转鼓同速扭转，在离心力影响下固液分别，固体颗粒被拦挡在转鼓内壁，液体从离心术排出。罕用的离心术类别有三足式离心术、平板式离心术、卧式螺旋离心术、碟片式分别机、管式分别机等，个中三足式离心术平和板式离心术实用于三元先驱体临盆。金倬敏等[9]在临盆中采取PGZ平板式全主动下部卸料离心术对镍钴超细粉体材料举办过滤和清洗，每批次也许责罚大概kg镍钴超细粉体材料滤饼，清洗6次后，产物中的Na0.01%SO2?0.4%、Cl?0.05%，也许餍足清洗工艺请求，而且金属回收率在99.7%以上，临盆效率较高
（3）微孔过滤机微孔过滤机为新式固液分别设施，具备运行效率高，过滤精度高的特性。微孔过滤机的布局是在立式密闭机体内吊挂特种高分子的PE和PA微孔管，滤液通过微孔管清除。比年来，在超细粉体临盆中的过滤和清洗工序获得了较好的运用。张有新等在临盆中采取微孔过滤机对粒度小、黏性大的超细碳酸钴粉体举办过滤和清洗，终究清洗用水单耗在4.0t/h，也许使Na含量小于0.%，而且金属回收率在99.7%以上，母液中金属钴的含量为20mg/L，滤饼含水量约20%。
（4）过滤、清洗“二合一”设施过滤、清洗“二合一”设施是在过滤、清洗、干枯“三合一”设施的基本上简化后的产物，在一个密闭容器内实现过滤、清洗二道工序，首要用于医药行业，办理了易燃、易爆、有毒产物的连结临盆，特殊适应清洗成就请求较高的物料，而且也许削减操纵进程的做事强度，削减了成品的消耗。该设施比年来最先在三元先驱体临盆上运用。上述4种先驱体过滤清洗设施的首要上风和劣势如表1所示。
1.3干枯设施
在三元材料先驱体临盆中，干枯操纵单位决计了先驱体成品的水份含量，而且对晶体布局有必定的影响，是一个严重工序，干枯设施是否的确取舍直接相干到产物的原料、操纵处境和临盆成本。当前罕用的先驱体干枯设施有炎风轮回烘箱、盘式干枯机、闪蒸干枯机、反转滚筒干枯机等。
（1）炎风轮回烘箱炎风轮回烘箱是一种较保守的干枯设施，内部首要布局有：逐层安插的物料盘、框架、电热元件加热器。该烘箱通过风机构成轮回震动的炎风，吹到湿物料的表面完结加热，以此到达干枯方针。干枯进程所用的热源为蒸汽、电也许导热油。
（2）盘式干枯机盘式干枯机是一种多层不乱空腹加热圆形载料盘、立式连结、热传导为主的干枯设施，由干枯盘、耙臂、装在耙臂上的多少耙叶、主轴、传动安设、外壳等构成。将热源通入各层中空的干枯盘内，以热传导的方法加热干枯盘上的湿物料，干枯盘停止不动，在转化耙叶的影响下，湿物料不休挪动翻腾干枯，水蒸汽随设施风机排出，及格的干枯成品从设施底部连结排出[11]。
（3）闪蒸干枯机闪蒸干枯机是一种底部带有扭转毁坏安设的竖式流化床干枯设施，能同时实现物料的毁坏、干枯、分级等操纵[12]，首要用于膏糊状、滤饼状、泥浆状物料的干枯。其主体为一个圆筒形干枯室，首要由三部份构成：底部的毁坏流化段、中部干枯段和顶部份级段。闪蒸干枯机是流化手艺、旋流手艺、喷动手艺及对宣扬热手艺的优化组合。
（4）反转滚筒干枯机反转滚筒干枯机的主体是略带歪斜并能反转的圆筒体，湿物料从干枯机高端投入后，在内筒均布的抄板器翻动下，物料在干枯器内平匀散布与分开，并与热空气和内壁充足来往，完结干枯，物料在带有歪斜度的抄板和重力影响下，行动至干枯机低端排出成品。上述4种先驱体干枯设施的首要上风和劣势如表2所示。
2三元材料的关键设施
2.1配混料设施
在三元材料临盆中，配混料是将化学计量比的锂盐、先驱体、增加剂列入混杂设施举办平匀混杂，其平匀性会影响烧结进程中锂、增加剂的平匀性，直接影响三元材料的结晶水准和残碱量，终究展如今电本能上。
配混料工序决计了三元材料锂配比的不乱性和平匀性，个中不乱性取决于原材料称量的的确度，平匀性取决于混料机的混杂成就。
在保守的配混料工序华夏材料称量首要采取电子秤举办，即便无误度也许餍足请求，然则简单产新人为操纵错误，而且人为成本较高。因而，为了避免上述题目，比年来，三元材料配料个别采取主动称量系统，该系统由PLC掌握称重传感器，输入掌握记号，实行定值称量，掌握外部给料系统的运行，完结主动称量和配料。主动称量系统启动时，各资料仓内的物料通过螺旋喂料运送到称料罐，称量及格后排入混料机举办混杂。
混杂个别分湿法混杂和干法混杂，三元材料每每采取干法混杂。当前罕用的三元材料混料设施有斜式混料机、高速混料机、V型混料机、犁刀飞刀混料机等。
（1）斜式混料机斜式混料机采取筒体中间与水准面成夹角的布局，构成做事时物料行动没法则，进而到达混料平匀无死角。三元材料配混料采取斜式混料机时，个别会增加必定量的聚氨酯球或刚玉球等为研磨介质，来提升混杂效率。进程中首要须要掌握料球比、巨细球比例、混料量、混料时候等。
（2）高速混料机高速混料机的混杂效率高，平匀性好。做事时，通过桨叶的高速扭转，使混杂物沿桨叶切向行动，同时混杂物在离心力影响下被抛向混杂锅内壁，再沿壁面回升必定高度后，借助设施内表面腻滑凹陷的弧形折流板不休变动方位，通过变向散射构成物料紊流，紊流的物料又落回到桨叶中间，而后循环不息，这类回升和切向行动的分离使混杂物呈连结螺旋状高低行动形态，加紧扭转行动的混杂物彼此碰撞冲突、穿插混杂。三元材料用高速混料机个别装有2层桨叶，为了避免桨叶磨碎，每每在桨叶表面举办碳化钨责罚。
（3）V型混料机V型混料机的主体是两个圆筒成型焊接起来的容器，其形态相关于轴优劣对称的。在反转行动进程中，混杂料在歪斜圆筒中连结地一再瓜代、分隔、兼并；混杂物随机地从一侧圆筒转到达另一侧圆筒，同时混杂物颗粒间构成滑移，举办空间屡屡叠加，颗粒不休散布在新构成的表面上，如斯一再剪切、分散混杂，直至混杂平匀。
（4）犁刀飞刀混料机犁刀飞刀混料机是一种新式、高效粉体混杂设施，犁刀随主轴扭转使物料沿筒臂做径向圆周湍动，同时径向物料沿线流经飞刀组，被高速扭转的飞刀抛散，不休更迭、复合，使物料在较短时候内到达混杂平匀。
上述4种三元材料混料设施的首要上风和劣势如表3所示。
2.2烧结设施
烧结设施是三元材料制备的中央设施，首要指窑炉，其布局对三元材料的物理本能和电化学本能均有较大影响。当前三元材料产业化临盆首要采取推板窑和辊道窑，个中尤以辊道窑应用最为普遍。
三元材料用窑炉的传动系统、温控系统、进排气系统和冷却系统是设施的关键。三元材料烧结进程是将物料装入匣钵，而后从炉头加入，在炉膛内烧结后，从炉尾移出。三元材料的烧结温度是最严重的工艺参数，也许影响材料的大部份本能，因而三元材料对窑炉温度的不乱性和精度请求较高，温控系统对三元材料的烧结相当严重。三元材料烧结每每须要通入空气或氧气，而且会构成大批二氧化碳、水蒸气等废气，因而窑炉须要遵循现实请求打算适当的抽风系统和进气系统。
（1）推板窑推板窑因而推板做为窑内运载用具，推板由促成器施加推力，个别采取液压促成器，通过冲突到达传递成品的方针。由于须要征服冲突力来传输物料，因而，推板砖及支柱板耐磨性的好坏直接影响着窑炉的应用寿命。由于推板窑的传动方法束缚，每每推板窑的窑长不宜太长，个别在30m如下。
（2）辊道窑辊道窑是通过连结排布的辊子传动而完结物料的连结传输，不用应用窑车或耐火垫板。因而，辊道窑比推板窑削减了由推板带走的热量，越发节能。更严重的是辊道窑无窑体蓄热，窑内温度平匀，预热带温差小，辊棒高低都可加热，为产物快烧创做了前提。跟着辊道窑的涌现，特殊是比年来宽断面辊道窑的应用、进展，使得锂电池正极材料的品格与产能均获得较大提升，能耗上显著低于推板窑。
上述两种三元材料烧结设施的首要上风和劣势如表4所示。
2.3毁坏设施
在三元材料临盆中，由于烧结料颗粒之间有团圆和粘连局势，因而须要采取毁坏设施对烧结料举办解离，以此来掌握粉体的粒度巨细及其散布。粒度巨细及其散布会影响三元材料的比表面积、振实密度、压实密度、加工本能和电化学本能等，因此毁坏工序是三元材料临盆的严重工序之一。
三元材料毁坏每每先将烧结料举办粗碎，再举办粉磨。粗碎设施个别采取鄂式粉碎机或辊式粉碎机；粉磨设施个别采取气流磨、机器磨、胶体磨。三元材料的毁坏水准首要取决于粉磨进程，因而本文中心讲解粉磨设施。
（1）气流磨气流磨是最罕用的超细粉体毁坏设施之一。气流磨的做事旨趣是：将紧缩空气通过拉瓦尔喷管加快成亚音速或超亚音速气流（～m/s），喷出的射震动员物料做高速行动，使物料碰撞、冲突剪切而毁坏；被毁坏的物料随气流至分级区举办分级，到达粒度请求的物料由搜聚器搜聚下来，未到达粒度请求的物料再返回。
气流磨毁坏体制首要由空压机、空气净化系统、气流磨、分级机、旋风分别器、除尘器、排风机等构成，气流磨由料仓、加料器、进料室、喷嘴、毁坏室等构成。气流磨的毁坏强度较大，个别适实用于烧结料较硬，粘连严峻的三元材料。
（2）机器磨机器磨是高速机器攻击磨的简称，物料通过螺旋喂料加入毁坏室，在高速扭转的反转体（棒、锤和叶片）的剧烈攻击下，颗粒与颗粒或不乱体间产生攻击碰撞，完结物料毁坏。
机器磨的单位功率毁坏才能大，运用规模广，但由于其本身简单磨损，因而不宜用于毁坏硬度大的物料和粒渡细致的物料，个别适实用于烧结料硬度适中庸较软的三元材料。
（3）胶体磨胶体磨是欺诈一双不乱磨体与高速扭转磨体相对行动构成剧烈的剪切、冲突、攻击等做使劲，使物料通过两磨体之间的轻微空隙，并在高频振荡的影响下，被灵验地研磨、毁坏、分开。上述3种三元材料毁坏设施的首要上风和劣势如表5所示。
2.4除铁设施
三元材料的金属异物须要掌握在几十ppb（1ppb=1×10?9m）级水准，金属异物太高会致使电池自放电率大，乃至影响到电池的平安本能。三元材料的金属异物首要来历于原材料和临盆进程中的设施磨损，而且首要以磁性金属杂质为主，特殊是金属铁。三元材料临盆进程中须要对成品举办除铁一次乃至屡屡，罕用的除铁设施有电磁除铁器和永磁除铁器。
（1）电磁除铁器电磁除铁器的励磁系统通过电磁感觉构成强壮磁场，当物料从上方进料口加入除铁器内部磁场后，同化在物估中的磁性杂质被吸附，个别物料从下方出料口排出。电磁除铁器的做事磁场强度高，个别也许到达00GS以上，由于运行进程中温度抬高会致使磁力强度低沉，因而，电磁除铁器须要控温冷却以保证除铁成就。
（2）永磁除铁器永磁除铁器的品种较多，首要有管道除铁器、抽屉式除铁器、扭转式除铁器等，其磁系是采取高矫顽力、高剩磁的永磁体材料构成，当前主假如钕铁硼，磁系应用寿命10年以上。当物料通过永磁除铁器时，同化在物估中的磁性杂质被吸附在磁棒的不锈钢外衣表面，个别物料从出料口流出。当永磁铁吸附磁性杂质较多时，人为用非磁性刮板清除或戴手套摘除，有的设施也许主动整理。永磁除铁器的做事磁场强度个别在0～GS，除铁才能个别，实用于含金属铁较低的物料。
上述两种三元材料除铁设施的首要上风和劣势如表6所示。
近几年，我国新动力汽车进展操办和财务补助方面均对动力电池的能量密度提议了更高的请求，一系列战术的推行鞭策了三元材料向高镍方位进展。高镍三元材料对临盆的工艺、安设、处境、氛围请求较高，临盆线必定完结较高的主动化水准，以此餍足高镍三元材料的临盆，因而，周全临盆进程的主动化掌握对三元材料特殊高镍三元材料相当严重。保守的临盆设施没法完结临盆线的主动化掌握，近几年国内首要正极材料企业均从海外引进了主动化水准高的临盆设施，而且国内设施厂商已慢慢完结国产化。从当前三元材料主动化临盆工艺的水准来看，根基完结了全过程无断点，临盆工艺参数主动精确掌握，关键工序氛围可控，但在设施的适应性取舍、主动化设施保护以及临盆车间的温湿度、氛围掌握方面仍有较大不够。
3论断
三元材料及其先驱体的财产化是一个系统工程，其关键设施的取舍对材料的本能相当严重，从周全三元材料临盆设施的进展趋向来看，将慢慢向智能化、大产能、低能耗、处境和好的方位进展，以此来餍足动力电池对三元材料高本能、低成本的请求。
来历：1北京当升材料科技股分有限公司2北京矿冶研讨总院
做家：宋顺林1,2；刘亚飞1,2；陈彦彬1,2
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