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派勒砂磨機 2020-08-15 點擊2544次
【漲姿勢】新能源正負極材料砂磨機研磨工藝的改進
一．前言
鋰電池的負極材料有石墨，硅碳復合材料，碳納米管及碳酸鋰等。這些材料都需磨成漿料，制備成負極涂層。
鋰電池的正極材料有錳，鈷，磷酸鐵系，鋰-鈷氧化物及鋰-錳氧化物系。目前更常用的是磷酸鐵鋰材料（LFP）用作鋰電池的正極，這樣電池更安全，使用周期及使用壽命更長。磷酸鐵鋰材料通常也需要研磨。
新能源材料研磨，有其共性的方面，也有其特殊性的方面。共性的方面是都要求有盡可能低的細度和優(yōu)化的顆粒粒徑分布，且相對都比較難磨。不同的新能源材料，在研磨過程中有不同的表現(xiàn)，有的物料粘度隨細度的降低迅速增加，甚至呈現(xiàn)觸變性。有的物料在磨到一定細度時顆粒粒徑不再變化，但單位比表面積還在增長。
本文根據(jù)生產(chǎn)實踐及相關原理，對新能源正負極材料研磨工藝的改進，做一些探討。
二． 新能源材料研磨工藝現(xiàn)狀
目前主要用棒銷式砂磨機來研磨新能源材料正極及負極材料。
圖一 : PU材質(zhì)大流量棒銷式砂磨機結(jié)構圖：
棒銷式砂磨機具有以下特點：
l 采用大流量動態(tài)分離系統(tǒng)及高效能研磨系統(tǒng)，從而適用于大流量循環(huán)研磨，能將物料研磨到亞微米及納米范圍，并使物料具有更好的顆粒粒徑分布。
l 研磨棒銷的線速度高，傳遞給研磨珠子的動能大，對物料的撞擊及研磨作用強烈，利于顆粒粒徑向納米方向發(fā)展。
l 棒銷式砂磨機于物料接觸的部分，采用PU材料或陶瓷材料，從而防止料金屬對物料的污染。
三． 棒銷式砂磨機的研磨桶采用了SiC筒體，SiC具有良好的冷卻性能，避免了物料的快速升溫。。
三．新能源正負極材料砂磨機研磨工藝的改進
研磨鋰電池材料的過程，需綜合考慮研磨機主軸的轉(zhuǎn)速。進料泵流量，珠子填充率，珠子大小，物料的固含量，粘度及揮發(fā)性等諸多因素。這些因素相互影響，相互制約。找到最佳的研磨條件使砂磨機能穩(wěn)定，持久的運行并有效率地制備出高質(zhì)量的鋰電池材料，不是一件容易的事情。
改進可從以下幾個方面進行：
A. 砂磨機配置及研磨參數(shù)
1. 提高砂磨機的線速度
砂磨機線速度的提高能有效的增加研磨效率。由于采用了質(zhì)量好的進口珠子，砂磨機的線速度可進一步提高。若將線速度從12.6米/秒（約560轉(zhuǎn)）提高到13.5米/秒（約600轉(zhuǎn)），則輸入能量提高約15%，若進一步從13.5米/秒提高到14.7米/秒，則輸入能量再提高18.6%。即通過提高砂磨機的線速度，其研磨效率將大大上升。
2. 提高料漿通過砂磨機的流量
提高料漿通過砂磨機的流量可使研磨物料的顆粒級配分布得以改善，并利于將顆粒磨細。因此，在不影響砂磨機正常運行的前提下，料漿的流量越大越好。
3 珠子的填充量可適當提高。
珠子越細小，單位容積中珠子的個數(shù)越多，物料受到的撞擊及研磨的機會越多，有助于研磨效率的提高。若珠子從0.3mm降低到0.2mm，則單位容積中珠子個數(shù)可提高至3.375倍，可明顯提高研磨效率。
4. 物料充分預攪拌
有些物料的預攪拌不夠理想，在粘度大時，靠近桶壁處的物料幾乎沒運動。預攪拌的目的，是使料漿在進入砂磨機前能運動起來，這樣所有物料都有大致均等的機會進入砂磨機，因此在料漿能充分運動起來的前提下，并不需要過于劇烈的攪拌。過于劇烈的攪拌，加上過大的料桶截面，會使得料漿中水量蒸發(fā)加速，粘度增加。
B. 料漿性能
在不影響制品最終性能的基礎上，料漿性能應盡可能調(diào)整到適應砂磨機研磨工藝，即能夠有足夠好的流動性，滿足大流量循環(huán)研磨的需要。同時，在所需的顆粒細度范圍內(nèi)，料漿能夠穩(wěn)定住，不發(fā)生顆粒再團聚的現(xiàn)象。
1. 料漿的粘度
目前，隨研磨時間的增長料漿的粘度增加比較迅速（從最早的不到1000cps到超過7000cps）。粘度增加的原因之一是細小顆粒不穩(wěn)定，產(chǎn)生團聚，包裹了一部分水份，使用于流動的水份減少，粘度增加。調(diào)整料漿的粘度可從以下幾點考慮：
l 固含量
降低固含量，料漿粘度降低。但固含量的降低會影響到研磨效率，也會影響到隨后的噴霧干燥，故需綜合考慮。
l PH值
料漿粘度在某一PH值可較低。如目前料漿的PH值因其他因素已固定，則通過調(diào)節(jié)PH值來降低粘度的余地不大。
l 加入表面活性劑
一般而言，隨著表面活性劑加入量的提高，料漿的粘度將降低到一最低點，隨后又隨著表面活性劑量的增加而提高。因此找到表面活性劑的最佳添加量。
l 溫度
有些料漿粘度隨溫度的提高而降低，故在可能的條件下，料漿的溫度要適宜。
2. 料漿的穩(wěn)定性
料漿的穩(wěn)定性是指在研磨過程中及在隨后的一段時間內(nèi)，料漿在所需的顆粒細度范圍內(nèi)，不發(fā)生再團聚的現(xiàn)象。料漿的穩(wěn)定性的調(diào)整，與粘度的調(diào)整類似，也是從固含量，PH值，表面活性劑及溫度等幾個方面著手，其影響因素也與上述描述相同。
一般而言，加入表面活性劑調(diào)整料漿的穩(wěn)定性時，料漿的粘度也會有所降低。反之也然。但如粘度仍需進一步下降，可考慮再加入主要用于針對降低粘度的表面活性劑。
在沒有找到合適的表面活性劑時，目前應通過調(diào)節(jié)固含量（水量）來控制粘度。在不影響隨后噴霧干燥的前提下，粘度不要過高（如不超過3000cps），以使得研磨過程能順利進行。
四．后記
一般而言，都希望新能源正負極材料的細度朝納米方向發(fā)展，以帶來卓越的電池性能。但由于研磨的難度較大，設定的目標往往難以達到?？紤]到生產(chǎn)的穩(wěn)定性及可靠性，新能源正負極材料的研磨細度是現(xiàn)實與理想折中的結(jié)果。
要達到良好的研磨效果，除研磨工藝要相應優(yōu)化外，砂磨機本身也要做一定的改進，即砂磨機也需根據(jù)物料的研磨特性量身定做。但這一題目不在今天的演講范圍。
總之，新能源正負極材料的研磨已有一定的進展和有跡可循，但仍有進一步改進的潛力，這有賴于砂磨機生產(chǎn)廠家與砂磨機使用方共同努力。
