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      干貨丨三元正極材料的分級、篩分與包裝

      2018-04-25 16:22:43 134

      【導讀】三元材料生產的三大主要環節是混料磨料、高溫燒結、粉碎分解,每個環節的控制以及設備的性能都會對最終產品產生直接或間接的影響。


             隨著新建產能的陸續完工投產,近年來,以三元鋰材料為正極的動力電池已經大范圍取代了過去以磷酸鐵鋰為正極的動力電池。

             三元材料生產的三大主要環節是混料磨料、高溫燒結、粉碎分解,每個環節的控制以及設備的性能都會對最終產品產生直接或間接的影響。其中分級、篩選和包裝是三元材料的最后環節,我們來了解下這些環節。


      01分級

             三元材料粒度分布會影響材料的比表面積、壓實密度、極片加工性能及電池的電性能。而粉碎設備只能控制材料的粒徑,卻不能控制材料的粒度分布,若要控制材料的粒度分布,就要用到分級設備。三元材料的分級一般在氣流粉碎機之后加上氣流分級裝置,直接對粉碎后的產品進行分級。

             根據三元材料的粒度分布要求,可選擇不同的氣流分級機和分級工藝。

      鋰離子電池正極材料|鈷酸鋰|三元材料

      分級前后產品SEM圖和粒度圖對比

             從粒度分布圖中可以看出,分級后產品的粒度分布比分級前產品的粒度分布窄了很多,從粒度分布圖中可以看出,一些粒徑很小的顆粒已經被分離出去了。


      02篩分

             為了避免材料中含有異物或粗大顆粒,還需對三元材料進行篩分。三元材料的Dmax至少小于50μm,但有時會出現Dmax超標的情況。如圖所示。

      鋰離子電池正極材料|鈷酸鋰|三元材料

      三元材料中的大顆粒SEM圖

             選擇合適目數的篩網可以控制材料的Dmax。從表中可以看出,三元材料需要選擇300目或400目的篩網。

      鋰離子電池正極材料|鈷酸鋰|三元材料

      數目與篩網對照表

             常見的篩分機有固定格篩、圓筒篩、振動篩等,三元材料常用的篩分機是振動篩。振動篩是工業上使用最廣泛的篩子,它利用篩網的振動來進行篩分。篩網振動的次數為900~3000次·min-1。振幅的范圍在0.5~12mm,振幅越小,振動次數越多。篩子的傾斜角在0~40度之間。

             振動篩篩分效率高,一般是80%~95%;篩分原料粒度的范圍大,從大于250mm到0.1mm或0.01mm;單位面積產量大;易于調整,篩孔較少堵塞。這種篩子需要專門的傳動設備且消耗動力。

             將超聲波控制器與振動篩有機結合在一起即超聲波振動篩,在篩網上面疊加一個高頻率低振幅的超聲振動波,粉體接受巨大的超聲加速度,使篩面上的物料始終保持懸浮狀態,從而抑制黏附、摩擦、平降、楔入等堵網因素,性能較振動篩更為優異。

      鋰離子電池正極材料|鈷酸鋰|三元材料

      超聲波振動篩

             超聲波振動篩的特點有:具備自潔功能,網孔不易堵塞;無須添加彈跳球等防堵網裝置,防止造成污染,使篩網壽命延長;篩分精度很高,適用于40~635目,尤其是篩分100目以下的顆粒。

             對于振動篩的整個工作而言,最主要的部件是篩網、電機和軸承。在三元材料的使用中,篩網的選擇很關鍵。因為三元材料的制程過程應避免帶入鐵雜質或者其他金屬,所以篩網的材質需要選擇非金屬材質,且要耐堿腐蝕。


      03包裝

             三元材料包裝一般采用真空包裝或真空后再充入惰性氣體。

             真空包裝機品種較多,通常分為機械擠壓式、插管式、室式輸送帶式、旋轉臺式和熱成型式等。下面簡單介紹一下機械擠壓式真空包裝機、插管式真空包裝機和室式真空包裝機。

             機械擠壓式真空包裝原理是:包裝袋充填結束后,在其兩側用海綿等彈性物品將袋內的空氣排除,然后進行封口。這種方法最簡單,但真空度低,用于真空度要求不高的場合。

             插管式真空包裝機最大的特點是沒有真空室,操作時將包裝袋套在吸管上,直接對塑料袋抽氣或抽氣——充氣。此機型省去真空室后結構大大簡化,體積小,重量輕,造價低,故障率低;生產效率高,平均比室內真空包裝機高2~3倍;缺點是產品真空度低于室內真空包裝機。

             室內真空包裝機的形式有臺式、單室式和雙室式,其基本結構相同,由真空室、真空/充氣系統和熱封裝置組成。真空/充氣系統由一組電磁閥和真空泵組成,通過控制器控制各閥啟閉,自動完成抽真空—充氣—熱封的操作或真空—熱封操作。

             室式真空包裝機的特點是:結構緊湊,外形美觀,安裝方便;真空度較高;需人工放袋、取袋,因此生產率不是很高,其中臺式及單室較低,雙室要略高。

             真空包裝機品種繁多,在選擇真空包裝機時,由于各個用戶包裝尺寸不盡一樣,真空包裝技術等級要求不同,工作效率的要求不同,應根據用戶自己產品的特點、包裝袋尺寸的大小等。用戶確定機型的依據除了包裝機的封口長度,雙排間距。真空室最大可利用的高度等,還應考慮下列因素:

             包裝速度:出于提高生產效率的考慮,可選用雙室或多室的真空包裝機,以提高整個生產的進度。

             真空泵:是真空包裝機中最主要的部件,真空泵的好壞直接影響著真空包裝機的包裝效果。

             包裝機材質:現在有噴漆的冷板機柜和不銹鋼機柜,真空機包裝機上用得最好的是304不銹鋼。

             真空度:真空包裝使用的包裝材料是塑料復合薄膜或塑料鋁箔復合薄膜,如滌綸/聚乙烯、滌綸/聚丙烯、尼龍/聚乙烯等等。

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