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盘点|锂离子电池正极材料粉体设备及相关厂家
2022年12月19日 发布 分类:行业要闻 点击量:2598
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正极材料是锂离子电池核心关键材料,它决定了锂离子电池的性能。当前锂电池的正极材料活性物质体系主要有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料和锰酸锂等多种技术路线。

锂离子正负极极片材料组成

▲锂离子正负极极片材料组成

当前锂离子电池正极活性材料的大规模生产主要采用“湿法制备前驱体-高温固相合成”技术路线,即使是采用溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法和溶剂热法等,往往还是需要在较高的温度下进行固相反应或固相烧结(高温固相反应的活性材料晶型结构更稳定)。

磷酸铁锂主要厂家生产工艺流程

▲磷酸铁锂主要厂家生产工艺流程

三元正极工艺流程

▲三元正极工艺流程

正极材料的加工生产线包含前道工序(锂化混合→装钵),煅烧工序(窑炉烧结),后道工序(粉碎→分级→混批→除铁→干燥→筛分→包装),改性工序等,不同技术路线正极材料固相合成过程基本相似,部分工艺根据材料体系及应用略有不同。正极材料生产中涉及到的设备繁多,下文一起来盘一下其中粉体设备都有啥?

物料的破碎、粉磨、配比、均匀混合和输送技术是正极材料自动化生产流程中的重要环节。为了防止金属单质对物料的污染,很多设备采用了陶瓷和特氟龙等涂覆技术。

原料的混合设备

目前锂离子电池正极材料的主流制备技术都包含固相反应工艺,因此在生产过程中,物料的混合效果对产品质量有重要的影响,物料混合是固相工艺控制中的重要环节,常见的物料混合有两种情况。

①第一种混合的目的是实现原料的均匀混合。因此,各种原料需要按工艺要求,按重量比例配比进行混合。这种混合主要应用于高温固相法的合成环节,对物料混合的效果要求比较高,常用高速混合。高速旋转混料会带来物料温度过高的问题,需要通过冷却循环水的方法控温。

相关厂家:江苏贝尔机械有限公司(高速混合设备)

江苏贝尔机械有限公司成立于1998年,是中国专业的锂电混合机&配混系统制造商。贝尔配混系统应用于:锂电正极材料(三元,磷酸铁锂,钴酸锂,锰酸锂),锂电负极材料(硅碳负极,石墨负级),钠离子电池材料以及化工原料,塑料原料的精确计量,配混。

1000L锂电高混机

1000L锂电高混机(产品来源:江苏贝尔机械有限公司)

相关厂家:深圳市凯德利冷机设备有限公司(冷水机)

深圳市凯德利冷机设备有限公司(以下简称凯德利),是以生产、设计、研发、经营“凯德利”牌冷水机、热回收机组、环保冷水机、激光冷水机、冷油机、模温冷水机、低温冷冻机等制冷设备及以及厂房舒适中央空调工程、 无尘室车间、冷冻工程所需配套产 品加工制造、制冷空调系统设计制造安装维修调试和技术服务。



凯德利主力产品(点击相关阅读)

②第二种混合是为了保障产品的批次稳定性而进行的前后几批产品之间的混合,也称为“混批”。通常固相反应法制备的样品存在一定的不均匀性,尤其是不同批次的产品会有些微的差异,这将对电池品质产生较大的影响。为消除这种批次产品之间的微小差异,除在固相反应工艺中优化过程及参数、提高批次稳定性,还可将前后数次批生产的物料进行混合,通过平均效应保障供应电池生产企业的产品具有相对稳定的品质。常用于混批的混合机有卧式常见的卧式混合机-螺带混合机和立式常见的立式混合机-双螺旋锥形混合机两种。

相关厂家:上海申银机械(集团)有限公司

上海申银机械(集团)有限公司是国内较早从事工业混合设备生产的厂家,在三十多年的发展中, 积累了专业混合机及其配套设备的专业生产、安装、调试、维护的经验,已成为国内乃至世界知名的混合设备供应商。

卧式螺带混合机

卧式螺带混合机(产品来源:上海申银机械)

双螺旋锥形混合机

双螺旋锥形混合机(产品来源:上海申银机械)

煅烧及窑炉

锂离子电池正极材料高温固相合成技术生产工艺中,窑炉烧结过程是一个很重要的工艺阶段。窑炉的造价也是在高温固相合成法生产线成本中占有最大的比重。

锂离子电池正极材料煅烧窑炉的种类常用的有推板窑、辊道窑、钟罩窑和回转窑等。锂离子电池正极材料烧结工艺中,窑炉烧结温度的均匀性、温度控制的精度是至关重要的指标,其次是产能、能耗、自动化程度的高低。对于气氛保护窑炉则还有气氛控制的能力,均匀性和连续性也是十分重要的指标。

推板窑。锂离子电池正极材料推板窑一般都是全自动的,它由推板系统、炉体、出料循环、温度智能控制、电气自控、加热系统、气路系统几大部分组成。在空气气氛中烧结的窑目前主要用于生产锰酸锂、钴酸锂、三元等正极材料,如NCA三元材料LFP磷酸铁锂正极材料则需在氮气或氧气保护下烧结。

燃气推板窑

燃气推板窑(来源:江苏前锦炉业)

辊道窑(应用较多)。也是一种连续加热式的中型窑炉,它与推板窑最大不同之处在于匣钵的推进方式不同。辊道窑中每根辊道都自行转动,装有锂离子电池正极粉料的匣钵放在一块垫板上,垫板直接放在辊道上,辊道转动时,匣钵便被传送。每个辊子上有一个小链轮,由链条带动自转,圆而直的辊道长度最长可达2.5m,直径为25~50mm。辊道的材质为耐高温的陶瓷材料,如刚玉瓷辊、碳化硅辗。因为辊道长期使用在一千多摄氏度的高温中,所以辊道的使用寿命直接影响窑炉的性能。辊道必须在高温下保持圆而直,直径要求一致。辊道的长度比较长,因此辊道窑的体量比推板窑大,可以容纳匣钵的数量多。较宽大的窑甚至可一排进入6个匣钵,若采用双层匣钵那么每进一排便可进入12钵。

气氛辊道窑

气氛辊道窑(来源:江苏前锦炉业)

回转窑回转窑中被烧结的物料不需要装匣钵,而是直接注入回转窑的炉筒内。由于炉筒具有一定的倾斜角,因此物料一边随着炉筒的旋转作上下翻腾运动,同时又缓慢地向后方移动,物料便在炽热的炉膛内烧结,因此回转窑烧结的效率比较高。回转窑加热系统的热源常用天然气燃烧或电加热。

连续气氛回转窑

连续气氛回转窑(来源:江苏凤谷节能)

相关厂家:江苏前锦炉业设备有限公司

江苏前锦炉业成立于1999年,下属江苏燊焱窑业有限公司、宜兴市前锦特陶科技有限公司,是一家集电加热窑炉、燃气窑炉、窑具、窑炉配件、特种陶瓷为一体的高新技术企业,注册资金1800万,年销售产值逾1.5亿,固定资产5600万,员工150人,其中专业工程师22人,内设中国宜兴新材料高温装备研发中心一个,公司具有独立自营进出口贸易权。公司产品主要应用于锂电新能源材料,稀土材料,陶瓷材料,磁性材料,电子器件,硬质合金,催化剂,等它无机新材料等产品的烧结之用。

相关厂家:江苏凤谷节能科技有限公司

江苏凤谷节能科技有限公司是无锡凤谷工业炉制造有限公司的母公司。凤谷节能科技是专注于热工加热设备的设计研发和产品开发的专业炉窑公司。企业秉承自主创新、精益求精的理念,专注于锂电、轧钢、锻造、热处理及有色金属熔炼等领域的节能减排相关技术的研发。

有推板窑、辊道窑、钟罩窑的共性是物料都需装钵后才能进入窑炉进行煅烧,煅烧过程中需要使用大量的匣钵承载原料粉体,相关企业盘点可以点击相关阅读:盘点|锂电正极陶瓷匣钵生产企业

原料的粉碎及粉磨设备

物料经窑炉高温煅烧后会凝结成团块,有的甚至会凝结成大块且很坚硬,因此必须将其破碎。常见的有如下设备:

对辊粉碎机两轧辊之间距离可以根据物料粒径大小来调节。对辊机可设置成上下两对双轧辊,当然,下面一对轧辊的间隙要比上面一对小得多。用很小的电量即可处理很多产品。

陶瓷对辊破碎机(来源:苏州兮然)

气流粉碎:采用气流粉碎设备可使物料的粒径更细,经高速气流粉碎后,物料粒径一般可以达到2~20μm。其工作原理简述如下:压缩空气经拉瓦尔喷管加速成超速气流后射入粉碎区,使物料呈流态化。物料在运动中高速碰撞而被粉碎。粉碎后的物料被上升气流输送至分级器分级,达到规定粒度要求的物料被筛出,未达到要求的返回粉碎器继续粉碎。合格的细粉进入高效旋风分离器进行收集,而粉尘再由除尘器过滤净化。

沈飞粉体(航盛实业)设计的陶瓷化机械超细粉碎系统

机械粉碎磨:机械粉碎机,也称为机械粉碎磨,其粒径比上述气流磨大些,也可达到5~250μm。利用高速旋转的粉碎盘产生的气流和里衬间的冲击力对物料进行粉碎,调节内藏的分级轮的旋转数来得到希望粒度的产品。合格的物料随上升气流进入收集区收集,未达到细粒要求的返回粉碎区继续粉碎。

机械粉碎机(来源:苏州兮然)

相关厂家:兮然科技(江苏)股份有限公司

自2013年成立以来,主要关注锂电行业、化学制品、食品行业、金属行业、医药行业、矿物元素、树脂混合几大领域,尤其是在锂电材料的粉碎、球磨、混合、干燥上,有着丰富且成熟的经验。目前兮然是日本富仁德·达博株式会社和株式会社固乐工程的中国总代理,并获得株式会社Itactsystems和槇野産業株式会社的技术支持,实验数据库与日本共享,公司内部更是有中方技术人才负责新技术的研发。

相关厂家:营口航盛科技实业有限责任公司沈阳分公司

原沈阳飞机研究所粉体公司,作为研制粉碎机、分级机、机械磨的专业企业,二十多年来航盛粉体(原沈飞粉体)一直坚持"航空品质、可靠卓越" 的理念来服务用户。航盛粉体是沈阳飞机设计研究所(中航工业集团601所)的直属国有企业,创立于一九八五年三月十一日;位于中国工业装备制造基地沈阳市区内。

凭借战斗机研究所的技术、人才和专业设备、材料工艺等有利条件,航盛粉体在国内率先研制成功流化床式气流磨和卧式涡轮分级机,QLM-II、QLM-IV型流化床式气流磨被科技部等部门评为国家级新产品。经过二十多年的发展,航盛粉体已成为闻名中外的粉体设备企业。

相关厂家:宜兴市精新粉体机械设备有限公司

“宜兴精新”是国内一家专业研发、生产、销售前沿粉体新材料自动化深加工装备的高新技术企业。企业掌握核心技术。产品的创新性始终与同行业的企业比拼,国内是行业标准的制订者和技术领军者。涵盖粗粉碎、中粉碎、超微粉碎、上下料、输送、分级、分散、混和、球形化等等功能的加工工艺装备。产品规格从实验室的微型机、到数吨小时的大型装备一应俱全。

主流产品有:全陶瓷液流化床气流粉碎机系列产品、扁平式陶内衬气流粉碎机系列产品。全陶瓷机械式粉碎机系列产品。全陶瓷分散、粉碎和球形化一体机。亚微米卧式机械式粉碎机。

相关厂家:苏州金远胜智能装备股份有限公司

专业生产气流超细粉碎系统设备的高新技术企业,坐落于美丽的江南水乡古镇——江苏省太仓市沙溪镇,紧邻204国道,沿江高速(S38),距离上海20公里、昆山仅10公里,交通便捷。


主要产品包括:流化床气流粉碎机、圆盘式超音速气流粉碎机、气流分级机、符合GMP/FDA要求的气流粉碎机、智能环保型农药粉碎混合系统及智能防爆型气流粉碎装备系统等。

颗粒分级设备

电池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。根据电池材料的粒度分布要求,可选择不同的分级工艺,筛分及气流分级都是常见的颗粒分级手段。

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,为了防止材料中含有异物或粗大颗粒,还需对锂离子电池材料进行筛分。

相关厂家:纳维加特(上海)筛分技术有限公司

起始于2005年的纳维加特(Navector)是一家致力于全球化的公司,在7个国家与地区设立事务处,与德国、瑞士、韩国、马来西亚、泰国等国家的企业技术与产品合作。公司主要产品有超声波振动筛、摇摆筛、超声波摇摆筛、旋振筛、圆形旋振筛、3D打印筛分机等,拥有可达微米级筛分技术的筛分机,以创新的解决方案,设计并制造筛分线与筛分工程。纳维加特以筛分技术为核心的产品线,涵盖了过滤、输送、除尘、准确给料、实验室等的整套解决方案。

除铁设备

当正极材料中存在铁、铜、铬、镍、锌、银等金属杂质时,电池化成阶段的电压达到这些金属元素的氧化还原电位后,这些金属就会先在正极氧化再到负极还原,当负极处的金属单质累积到一定程度,其沉积金属坚硬的棱角就会刺穿隔膜,造成电池自放電。自放电对锂离子电池会造成致命的影响,因而从源头上防止金属异物的引入就显得格外重要。生产设备是异物引入的主要环节,比如跟物料接触的设备部件和工具出现生锈、固有材质磨损等现象;未直接跟物料接触的设备部件和工具,粉尘粘附后因车间气流作用漂浮到物料中。

尽管可以通过采用刷漆、更换为非金属材质涂层(塑料、陶瓷类)、裸露金属部件进行包裹等手段减少金属污染的可能,但也不能保障每个环节都能防守成功。为了除去金属异物,电磁除铁已成为生产正极材料的必经工序,电磁除铁机被普遍使用,但该设备对非磁性金属物质如铜、锌等不起作用,因此车间应避免铜、锌部件的使用,如必须要用到也尽量不要与粉料直接接触或裸露在空气中。

相关厂家:唐山世邦陶瓷设备有限公司

创建于2003年,公司成立以来,倾全力专注于非金属矿物质的除铁领域,专心研制高性能、大流量自动化的系列干法和湿法电磁除铁器。具备所有的生产制造资质和实际专业技能,拥有独立的生产加工流水线和完善的检测设备。公司具备独立的自营产品进出口权。


超细化、纳米化设备-砂磨机

砂磨机作为目前制备超细粉体材料的主流设备,攻克了在加工超细、超硬、超纯“三超”物料的技术难题。目前锂电材料制备中这些领域↓↓都能看到砂磨机的声影。

砂磨机在锂电材料制备中的应用

砂磨机在锂电材料制备中的应用(来源高工锂电)

橄榄石型磷酸铁锂(LiFePO4)作为新一代锂离子电池正极材料,以其高安全性、低成本、充放电平台平稳、循环性能稳定和环境友好等优点引起了广泛的关注,但是橄榄石结构材料普遍存在振实密度低、电子电导率差和锂离子扩散速率慢的问题,严重地阻碍了材料的应用。由于纳米粒子可减小锂离子嵌入脱出深度和行程,保证大电流放电时容量不衰减,因此“超细研磨”成为提高其使用性能的主要手段之一。

锂电行业用砂磨机主要分为棒削式砂磨机、涡轮式砂磨机两大类,磷酸铁锂正极材料、磷酸锰铁锂正极材料以及导电浆料使用棒削式砂磨机和涡轮机砂磨机,勃姆石和硅碳负极使用棒削式砂磨机。

相关厂家:

东莞市琅菱机械有限公司

上海儒佳机电科技公司

深圳市叁星飞荣机械有限公司

长沙西丽纳米研磨科技有限公司

广东华迈智能装备有限公司

东莞市康搏智能装备有限公司

四川瑞驰拓维机械制造有限公司

广东派勒智能纳米科技股份有限公司

上海琥崧智能科技股份有限公司

喷雾干燥(造粒)设备

喷雾干燥是同时具备造粒和干燥两种过程的工艺。产业上通过砂磨纳米化--喷雾干燥法合成的LiFePO4前驱体来获得更好性能的磷酸铁锂正极。喷雾干燥步骤赋予了烧结前的前驱体材料很好的球形度,粒径在20-20微米,在喷雾干燥条件下,材料的化学组分比较均匀。在煅烧时球形颗粒之间并没有发生固相变化,LiFePO4的晶粒生长被限制在一个球形颗粒之间,因此可以得到小的LiFePO4晶粒,而细小的晶粒对LiFePO4的电性能有利。

固相法制备磷酸铁锂工艺流程图 

▲固相法制备磷酸铁锂工艺流程图

目前磷酸铁锂正极材料主流制备工艺可分为固相法和液相法两大路线。固相法是目前最成熟也是应用最广的磷酸铁锂合成方法,占磷酸铁锂产量的70%以上。固相法中,应用最多的是碳热还原法,目前90%以上的固相法生产企业采用碳热还原法,另有少数企业采用高温固相法。液相法工艺难度较大,德方纳米与北大先行实现了工业量产。

相关厂家:江苏尚金干燥科技有限公司

江苏尚金干燥科技有限公司座落于江苏常州工业重镇--郑陆镇,是一家致力于国内外新材料、新能源、制药、食品、化工等行业中各类设备的设计、研发、制作、售后为一体的专业型干燥企业。 主要经营产品:喷雾干燥系列设备,精密干法制粒设备,湿法制粒设备,污泥桨叶干燥设备,(双锥、盘式、螺带混合、耙式、低温脉冲高效)真空干燥设备,气流闪蒸干燥设备,带式干燥设备,流化床干燥设备等机械自动化设备的研发、非标设计和制作。


相关厂家:常州力马干燥科技有限公司

常州力马干燥科技有限公司注册资本2008万元,是一家致力于承接大型干燥技术工程,进行干燥设备设计、制造、销售及工业热能研究的专业型企业。产品种类现已覆盖干燥设备、制粒包衣设备、粉碎混合设备及热能节约装置等优势领域,各类产品年生产超过500台套。

相关厂家:无锡晨颖机械科技有限公司

位于风景秀丽的太湖之滨-无锡市堰桥工业园。是国内较早从事干燥技术和干燥设备工程研制,生产,销售,服务厂家,是一家科研与生产相结合的科技先导型工厂。公司三大系列产品(高速离心喷雾干燥系列,压力喷雾干燥系列,旋转闪蒸干燥系列),主要产品包括实验型干燥设备,闭式循环喷雾干燥机,浸膏喷雾干燥机,LPG系列高速离心喷雾干燥机,LPG系列离心造粒喷雾干燥机,XZG系列旋转闪蒸干燥机,LPY系列压力造粒喷雾干燥机。

相关厂家:江苏先锋干燥工程有限公司

江苏先锋干燥工程有限公司,创立于1997年的中国干燥设备之乡--江苏省常州市郑陆工业园。江苏先锋干燥工程有限公司,创立于1997年的中国干燥设备之乡--江苏省常州市郑陆工业园。截止2022年10月底,先锋干燥承揽的磷酸铁锂喷雾干燥机178台套,合计产能158.5万吨,目前最大单机年产已达3万吨;磷酸铁闪蒸干燥+回转窑焙烧炉生产线,共计99台套,合计产能136.9万吨,目前最大单机年产已达3.5万吨。

输送系统

粉体系统能自动地将各种物料输送到料斗中,也能直接把混合的物料输送到混合机和各类混合反应罐中,解决了自动加料时粉尘问题,释放了工人的劳动力,为企业节省人力成本,提升企业的生产效率。

相关企业:江苏道金智能装备股份有限公司

江苏道金专注粉体物料的输送配混料和包装码垛自动化,致力为制粉企业提供洁净高效的自动化集成系统。

专注锂电池正负极材料智能生产线,粉体新材料智能装备,粉体输送、配料、气力输送系统,粉体氮气闭环智能输送系统,包装码垛自动化,以提高粉体材料制造效率为使命,以过程装备和自动控制为核心,深耕锂电池正负极材料生产线研究开发,以新能源材料、精细化工、食品添加剂三大行业为主,致力为粉体企业提供安全、洁净、高效的机电自动化、智能化集成系统,提供清洁、高效、安全的自动化生产线和智慧工厂整体解决方案。

相关企业:宏工科技股份有限公司

宏工科技股份有限公司(英文简称ONGOAL),成立于2008年8月,是一家集科研、设计、生产、销售与软件开发为一体的国家高新技术企业,专注于物料处理与工业自动化领域的研究与开发,为客户提供物料的气力输送、计量配料、真空上料、储存破拱、搅拌分散等一系列完善的物料处理自动化解决方案。宏工科技成熟的物料自动化处理技术已广泛应用于锂电材料、电池匀浆、食药化工、橡胶塑料等行业。

部分企业将出席2022年全国新能源粉体材料暨增效辅材创新发展论坛(2022年12月25-27日,珠海粤海酒店),欢迎大家一起来交流。

 

参考资料:

锂离子电池正极材料规模化生产技术,何向明,王 莉,虞兰剑编著

部分未标注资料来源信息来自相关设备企业官网、公众号等资料。

 

编辑整理:粉体圈Alpha

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