6、混合研磨设备:锂离子电池正极材料的工业化生产将有关原材料进行精确计量后一起进行均匀混合,然后高温煅烧,再经过粉碎分级、包装即得成品。而高温高温固相反应是一个多相反应,发生反应的组份不像均相体系如溶液体系中组份分布那么均匀,均相体系中各组份能达到分子或原子级均匀分布。高温固相反应的各组份由于受扩散速率的限制,反应速率慢,反应时间长,因此,为了提高高温固相反应的速率与材料结构的均匀性,物料的均匀混合是必要条件。 物料的混合分湿法混合与干法混合,湿法混合主要有搅拌球磨机和砂磨机,干法混合主要有高速混合机、高效循环混合机和机械融合机等。
1)干法混合——高速混合机锂离子电池三元正极材料的前躯体一般都是由共沉淀法制备而得到的类球形粉末,所以,混合设备如果采用具有强剪切力的设备,会造成破坏,进而影响后期性能。目前许多企业采用一种称之为高速混合机的设备。其原理在混合机底部设计一个搅拌叶片,通过叶片的高速旋转实现各种粉末物料的强力对流混合、扩散混合、剪断混合,从而快速均匀混合,一般混合时间10-20分钟,对物料形貌不会有破坏性影响。
*混合设备:为了提高高温固相反应的速率与材料结构的均匀性,物料的均匀混合是必要条件。物料的混合分湿法混合与干法混合,湿法混合主要有搅拌球磨机和砂磨机,干法混合主要有高速混合机、高效循环混合机和机械融合机等。
2)湿法混合——砂磨机
*砂磨机:近年来,随着我国材料科学的飞速发展,各行业对精细材料需求日益增加。砂磨机是精细材料制备的关键设备之一,广泛应用于冶金、矿业、非金属矿物材料、化工、陶瓷和新材料领域。
(1)砂磨机简介:砂磨机属于湿法超细研磨设备,因最初使用天然砂作为研磨介质而得名,是从球磨机发展而来,主要分为敞开型和密闭型两类,每一类又可分为立式砂磨机和卧式砂磨机两种。卧式砂磨机由机座、主轴部件、研磨装置、冷却装置、控制系统、辅助装置等组成。
(2)砂磨机通过腔体内珠子之间的剪切力、碰撞力将流经腔体的浆料分散、破碎、研磨、均质、解聚,适用物料粒径广泛、先进性强、研磨效率高,单位体积的能量密度大,结合高质量的冷却系统和自动控制体系,可完成浆料的连续研磨和连续出料。
A.立式砂磨机:立式砂磨机由进料系统、研磨筒、研磨盘、传动系统和电控系统等组成。工作时研磨筒内大部分装填研磨介质,其介质是用陶瓷或特殊材料制成的粒径不等球形颗粒。
B.卧式砂磨机:卧式砂磨机主要由机座、主轴部件、研磨装置、冷却装置、控制系统、辅助装置等部分组成,是具有水平筒体的可连续生产的超微粒研磨分散机械。
(3)卧式砂磨机的工作原理与立式砂磨机相同,但将立式砂磨机的研磨缸横向放置,就会提高介质的填充率,因此卧式砂磨机的研磨效率比立式砂磨机的更高。例如,在相同的循环研磨工艺条件下,用400L的搅拌磨生产涂布级重钙产量为100-200kg/(台·h),而250L的国产卧式砂磨机产量可达到300-600kg/(台·h)。
(4)卧式砂磨机工作原理是:预先进行分散润湿处理的固-液相混合物料经计量泵,从卧式砂磨机上部进料管输入筒体内,电动机带动主轴上的分散器旋转产生动能,物料和筒体内的研磨介质一起被高速旋转的分散器搅动,从而使物料中的固体微粒和研磨介质相互间产生强烈的碰撞、摩擦、剪切作用,介质间的物料粒子受力变形并产生应力场。当应力达到颗粒的屈服或断裂极限时,便产生塑性变形或破碎。未被粉碎的颗粒受离心力作用被甩向砂磨机筒壁,此区研磨介质密度最大,从而强化了粉碎作用,粉碎后的微小颗粒经分离器与研磨介质分离后,从出料管流出。
(5)砂磨机选择:首先,立式砂磨机由于避免了密封方面的问题,在制造上就较为容易,成本造价较低;所以立式砂磨机更加适合一些对产品要求比较低,但产量较大的研磨产品。其次,卧式砂磨机的制造成本较高,但它能保证物料的密封性,防止产品的污染,较好的保证产品的纯度,适合一些要求高精度和高细度的产品。
3)研磨介质的选择和填充:为了达到好的研磨效果,选择的研磨介质的规格及材料要适当。研磨介质选择参考三个依据:污染情况、介质材料及直径、效率。
(1)在研磨生产过程中介质通过速度改变来传递部分能量,达到研磨效果。当搅拌速度一定时,能量的释放与研磨介质的数量有关。当研磨介质数量与搅拌速度一定时,还与介质的密度有关。质量相同时较大直径的研磨介质,也能够达到相同的效果。但有一点,相同质量研磨介质数量减少,效率降低。在具体操作中必须考虑研磨介质的效率,包括3个方面:研磨介质的需求量、功率的消耗和研磨容量。
(2)关于研磨介质填充量,要考虑研磨介质的材质和粒径再进行选择,最优填充量为70%-80%;如果物料体质颜料较多、细度要求不高、物料易发热时,研磨介质应控制充填量在60%-70%,才能提高能量输入和产品产量,提高研磨率。
4)砂磨机在粉体材料加工中的应用:砂磨机最初应用于油墨、涂料等化工领域,逐渐发展成为无机纳米粉体材料常用的一种研磨和分散手段。
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