干货丨三元正极材料的分级、筛分与包装

2018-04-25 16:22:43 215

【导读】三元材料生产的三大主要环节是混料磨料、高温烧结、粉碎分解,每个环节的控制以及设备的性能都会对最终产品产生直接或间接的影响。


       随着新建产能的陆续完工投产,近年来,以三元锂材料为正极的动力电池已经大范围取代了过去以磷酸铁锂为正极的动力电池。

       三元材料生产的三大主要环节是混料磨料、高温烧结、粉碎分解,每个环节的控制以及设备的性能都会对最终产品产生直接或间接的影响。其中分级、筛选和包装是三元材料的最后环节,我们来了解下这些环节。


01分级

       三元材料粒度分布会影响材料的比表面积、压实密度、极片加工性能及电池的电性能。而粉碎设备只能控制材料的粒径,却不能控制材料的粒度分布,若要控制材料的粒度分布,就要用到分级设备。三元材料的分级一般在气流粉碎机之后加上气流分级装置,直接对粉碎后的产品进行分级。

       根据三元材料的粒度分布要求,可选择不同的气流分级机和分级工艺。

锂离子电池正极材料|钴酸锂|三元材料

分级前后产品SEM图和粒度图对比

       从粒度分布图中可以看出,分级后产品的粒度分布比分级前产品的粒度分布窄了很多,从粒度分布图中可以看出,一些粒径很小的颗粒已经被分离出去了。


02筛分

       为了避免材料中含有异物或粗大颗粒,还需对三元材料进行筛分。三元材料的Dmax至少小于50µm,但有时会出现Dmax超标的情况。如图所示。

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三元材料中的大颗粒SEM图

       选择合适目数的筛网可以控制材料的Dmax。从表中可以看出,三元材料需要选择300目或400目的筛网。

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数目与筛网对照表

       常见的筛分机有固定格筛、圆筒筛、振动筛等,三元材料常用的筛分机是振动筛。振动筛是工业上使用最广泛的筛子,它利用筛网的振动来进行筛分。筛网振动的次数为900~3000次·min-1。振幅的范围在0.5~12mm,振幅越小,振动次数越多。筛子的倾斜角在0~40度之间。

       振动筛筛分效率高,一般是80%~95%;筛分原料粒度的范围大,从大于250mm到0.1mm或0.01mm;单位面积产量大;易于调整,筛孔较少堵塞。这种筛子需要专门的传动设备且消耗动力。

       将超声波控制器与振动筛有机结合在一起即超声波振动筛,在筛网上面叠加一个高频率低振幅的超声振动波,粉体接受巨大的超声加速度,使筛面上的物料始终保持悬浮状态,从而抑制黏附、摩擦、平降、楔入等堵网因素,性能较振动筛更为优异。

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超声波振动筛

       超声波振动筛的特点有:具备自洁功能,网孔不易堵塞;无须添加弹跳球等防堵网装置,防止造成污染,使筛网寿命延长;筛分精度很高,适用于40~635目,尤其是筛分100目以下的颗粒。

       对于振动筛的整个工作而言,最主要的部件是筛网、电机和轴承。在三元材料的使用中,筛网的选择很关键。因为三元材料的制程过程应避免带入铁杂质或者其他金属,所以筛网的材质需要选择非金属材质,且要耐碱腐蚀。


03包装

       三元材料包装一般采用真空包装或真空后再充入惰性气体。

       真空包装机品种较多,通常分为机械挤压式、插管式、室式输送带式、旋转台式和热成型式等。下面简单介绍一下机械挤压式真空包装机、插管式真空包装机和室式真空包装机。

       机械挤压式真空包装原理是:包装袋充填结束后,在其两侧用海绵等弹性物品将袋内的空气排除,然后进行封口。这种方法最简单,但真空度低,用于真空度要求不高的场合。

       插管式真空包装机最大的特点是没有真空室,操作时将包装袋套在吸管上,直接对塑料袋抽气或抽气——充气。此机型省去真空室后结构大大简化,体积小,重量轻,造价低,故障率低;生产效率高,平均比室内真空包装机高2~3倍;缺点是产品真空度低于室内真空包装机。

       室内真空包装机的形式有台式、单室式和双室式,其基本结构相同,由真空室、真空/充气系统和热封装置组成。真空/充气系统由一组电磁阀和真空泵组成,通过控制器控制各阀启闭,自动完成抽真空—充气—热封的操作或真空—热封操作。

       室式真空包装机的特点是:结构紧凑,外形美观,安装方便;真空度较高;需人工放袋、取袋,因此生产率不是很高,其中台式及单室较低,双室要略高。

       真空包装机品种繁多,在选择真空包装机时,由于各个用户包装尺寸不尽一样,真空包装技术等级要求不同,工作效率的要求不同,应根据用户自己产品的特点、包装袋尺寸的大小等。用户确定机型的依据除了包装机的封口长度,双排间距。真空室最大可利用的高度等,还应考虑下列因素:

       包装速度:出于提高生产效率的考虑,可选用双室或多室的真空包装机,以提高整个生产的进度。

       真空泵:是真空包装机中最主要的部件,真空泵的好坏直接影响着真空包装机的包装效果。

       包装机材质:现在有喷漆的冷板机柜和不锈钢机柜,真空机包装机上用得最好的是304不锈钢。

       真空度:真空包装使用的包装材料是塑料复合薄膜或塑料铝箔复合薄膜,如涤纶/聚乙烯、涤纶/聚丙烯、尼龙/聚乙烯等等。