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高鎳三元材料前驅(qū)體干燥機的工藝

 鎳鈷錳三元材料是近年來開發(fā)的一類新型鋰離子電池正極材料,具有容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本適中等重要優(yōu)點,比鈷酸鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰、鎳酸鋰和磷酸鐵鋰等正極材料更具發(fā)展前景。根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鋰業(yè)分會統(tǒng)計,2017年我國鋰離子電池正極材料產(chǎn)量32.3萬噸,其中三元材料產(chǎn)量為12.6萬噸,三元材料已經(jīng)成為了鋰電池正極材料的選擇,且其市場占有率有逐漸升高的趨勢。而三元前驅(qū)體在三元材料產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)重要位置,并對三元材料的生產(chǎn)有重大影響,其性能好壞會直接決定著三元材料性能的品質(zhì)。

 


    目前國內(nèi)外主流的鎳鈷錳三元材料前驅(qū)體生產(chǎn)采用的是氫氧化物共沉淀工藝,即將鎳、鈷、錳混合溶液,沉淀劑,絡合劑等并流加入反應釜中,在一定條件下即可合成三元前驅(qū)體(鎳鈷錳氫氧化物),所得產(chǎn)物經(jīng)洗滌、烘干、篩分、除磁、包裝等工序便可得到合格的產(chǎn)品。

    在三元材料前驅(qū)體生產(chǎn)中,干燥操作單元決定了前驅(qū)體成品的水分含量,并且對晶體結(jié)構(gòu)有一定的影響,是一個重要工序,干燥設備能否正確選擇直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量、操作環(huán)境和生產(chǎn)成本。目前常用的前驅(qū)體干燥設備有熱風循環(huán)烘箱、盤式干燥機、閃蒸干燥機、回轉(zhuǎn)滾筒干燥機等。

(1)熱風循環(huán)烘箱

    熱風循環(huán)烘箱是一種較傳統(tǒng)的干燥設備,內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)有:逐層放置的物料盤、框架、電熱元件加熱器。該烘箱通過風機產(chǎn)生循環(huán)流動的熱風,吹到濕物料的表面實現(xiàn)加熱,以此達到干燥目的。干燥過程所用的熱源為蒸汽、電或者導熱油。

(2)盤式干燥機

    盤式干燥機是一種多層固定空心加熱圓形載料盤、立式連續(xù)、熱傳導為主的干燥設備,由干燥盤、耙臂、裝在耙臂上的若干耙葉、主軸、傳動裝置、外殼等組成。將熱源通入各層中空的干燥盤內(nèi),以熱傳導的方式加熱干燥盤上的濕物料,干燥盤靜止不動,在轉(zhuǎn)動耙葉的作用下,濕物料不斷移動翻滾干燥,水蒸汽隨設備風機排出,合格的干燥成品從設備底部連續(xù)排出。

(3)閃蒸干燥機

    閃蒸干燥機是一種底部帶有旋轉(zhuǎn)粉碎裝置的豎式流化床干燥設備,能同時完成物料的粉碎、干燥、分級等操作,主要用于膏糊狀、濾餅狀、泥漿狀物料的干燥。其主體為一個圓筒形干燥室,主要由三部分組成:底部的粉碎流化段、中部干燥段和頂部分級段。閃蒸干燥機是流化技術、旋流技術、噴動技術及對流傳熱技術的優(yōu)化組合。

(4)回轉(zhuǎn)滾筒干燥機

    回轉(zhuǎn)滾筒干燥機的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體,濕物料從干燥機投入后,在內(nèi)筒均布的抄板器翻動下,物料在干燥器內(nèi)均勻分布與分散,并與熱空氣和內(nèi)壁充分接觸,實現(xiàn)干燥,物料在帶有傾斜度的抄板和重力作用下,運動至干燥機低端排出成品。

 


高鎳三元材料前驅(qū)體干燥機的主要優(yōu)勢和劣勢對比表

    通過采用熱風循環(huán)烘箱、盤式連續(xù)干燥器、閃蒸干燥機和回轉(zhuǎn)窯干燥器四種不同的干燥方式處理NCM523三元正極材料前驅(qū)體,結(jié)果表明前驅(qū)體的干燥方式對前驅(qū)體的形貌、振實密度、比表面積和粒徑分布等都有一定的影響,其中熱風循環(huán)烘箱干燥處理的產(chǎn)品在球形度、表面規(guī)整度、產(chǎn)品一致性和細粉量等產(chǎn)品質(zhì)量指標在一定程度上優(yōu)于盤式連續(xù)干燥器和回轉(zhuǎn)窯干燥器處理的產(chǎn)品?紤]到烘箱雖然適用性廣,但干燥時間長,熱效率低于其他兩種干燥方式,且自動化程度低,適用于中小批量生產(chǎn);而盤式連續(xù)干燥器調(diào)控容易、適用性強、熱效率較高且產(chǎn)品質(zhì)量也較穩(wěn)定,可使用大批量、連續(xù)化生產(chǎn);回轉(zhuǎn)窯干燥器自動化程度高、熱交換面大,可大批量生產(chǎn),但對進樣水分和頻率有一定要求,需要綜合考慮前端過濾洗滌設備的配置。



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