4、烧结窑炉:锂离子电池正极材料工业化生产通常采用高温固相烧结合成工艺,其核心关键设备是烧结窑炉。锂离子电池正极材料生产原料经均匀混合、干燥后装入窑炉进行烧结,然后从窑炉卸料后进入粉碎分级工序。
1)对正极材料生产而言,窑炉的控温温度、温度均匀性、气氛控制与均匀性、连续性、产能、能耗和自动化程度等技术经济指标至关重要。目前用于正极材料生产的主要烧结设备有推板窑、辊道窑、钟罩炉。
2)烧结窑炉价值量较高,并以国外和合资品牌为主。以应用最广的辊道窑(负极材料生产也用此设备)为 例,其价值量占产线比约30%-40%。德国萨克米、日本NGK、日本则武、日本高砂、广州中鹏、广州高砂、苏州汇科、湖南金炉、博涛机电、湖南新天力(天通股份)等厂家拥有窑炉生产制造能力。
3)辊道窑是一种连续式加热烧结的中型隧道窑。按照炉体氛围,同推板窑一样,辊道窑也分为空气窑和气氛窑。
(1)空气窑:主要用于锰酸锂材料、钴酸锂材料、三元材料等需要氧化性气氛的材料烧结;
(2)气氛窑:用于NCA三元材料、磷酸铁锂(LFP)材料、石墨负极材料等需要气氛(如N2或O2 )气体保护的烧结材料。
4)辊道窑采用滚动摩擦工进,因此在窑炉长度上不会受到推进力的影响,理论上可以做到无限长度,而窑腔结构的特色,烧制产品时一致性更好,大窑腔结构更利于炉内气流的运动和产品的排水排胶等,是替代推板窑真正实现大规模生产的首选设备。
目前锂电池正极材料钴酸锂、三元、锰酸锂等均采用空气辊道窑进行烧结,而磷酸铁锂采用氮气保护的辊道窑进行烧结,NCA则采用氧气保护的辊道窑进行烧结。
5、粉碎与分级设备:经过高温烧结工序出来的半成品一般需要经过粉碎分级才能达到产品标准,不同的正极材料烧结温度不同,有些材料由于烧结温度较高,结块比较严重,需要进行不同级别的粉碎,如需要颚式破碎、辊式破碎和超细粉碎等,主要涉及到的设备有颚式破碎机、辊式破碎机、旋轮磨、高速机械冲击式粉碎机和气流粉碎机。
6、合批设备:尽管在锂离子电池正极材料生产过程中采取了严格品管手段,但为了保证产品的一致性,对不同批次生产的产品进行合批,合成一个大批次,使同一个大批次的产品均匀化。目前普遍采用大型混合机进行混合合批处理,主要有双螺旋锥形混合机和卧式螺带混合机。
7、除磁设备
1)由于微量单质铁在正极材料中的分布是极不均匀的,有时带有很大的偶然性,所以为了确保产品的品质,目前在产品最后进入包装工序之前要加一套除铁工序。
2)磁选法尤其是电磁选法效率高、成本低、弃铁简单易行而被普遍采用。目前国内生产的电磁除铁机难以满足要求,通常从日本和韩国进口。
8、包装计量设备:为了防止在储存和周转过程中材料受到外界的污染,成品粉料制备完成后应尽快装袋、计量和密封保存,为了在周转过程中对其外包装进行保护还需装桶或装箱并做好信息的贴标和记录登记。用于锂离子电池材料包装计量设备的种类有自动上袋设备、热合封口机、贴标与喷墨打印、自动码垛机和缠包机。
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