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什么类型的混料机适合三元材料的生产?

  三元材料主要有镍钴铝酸锂(NCA)和镍钴锰酸锂(NCM)两种,其中NCA是目前商业化正极材料中比容量最高的材料。

  我们都知道高镍三元材料是未来高能量密度动力电池的应用方向,可是为何一直用不好呢?这其中最重要的一个原因就是在高镍体系中,镍基材料吸收后会在表面生成强碱性的氢氧化锂和碳酸锂,易使浆料吸水后成果冻状。

  而造成这个现象的其中一项原因就是三元材料在生产过程中混合不均匀,进而影响烧结过程中锂、添加剂的均匀性,直接影响三元材料的结晶程度和残碱量,最终体现在电性能上。

  在三元材料生产中,配混料是将化学计量比的锂盐、前驱体、添加剂加入混合设备进行均匀混合,配混料工序决定了三元材料锂配比的稳定性和均匀性,其中稳定性取决于原材料称量的准确度,均匀性则取决于混料机的混合效果。

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  混合一般分湿法混合和干法混合,三元材料通常采用干法混合。目前常用的三元材料混料设备有斜式混料机、高速混料机、V型混料机、犁刀飞刀混料机等。

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  斜式混料机

  斜式混料机采用筒体中心与水平面成夹角的结构,造成工作时物料运动无规则,从而达到混料均匀无死角。

  优点:设备一次性投资低,设备混料均匀性较好。

  缺点:1、混料时间长,效率低,能耗大;2、粉尘大,噪声高,工作环境差;3、操作复杂,混料过程需要人工开盖检查,出料需要分离料球,工人劳动强度大;4、设备内部容易磨损,造成金属杂质含量升高。

  三元材料配混料采用斜式混料机时,一般会添加一定量的聚氨酯球或刚玉球等为研磨介质,来提高混合效率。过程中主要需要控制料球比、大小球比例、混料量、混料时间等。

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  高速混料机

  高速混料机在工作时,通过桨叶的高速旋转,使混合物沿桨叶切向运动,同时混合物在离心力作用下被抛向混合锅内壁,再沿壁面上升一定高度后,借助设备内表面平滑凸起的弧形折流板不断改变方向,通过变向散射形成物料紊流,紊流的物料又落回到桨叶中心,然后周而复始。

  优点:1、混料时间短,几十分钟内即可完成物料的均匀混合,能耗低;2、单位时间产能大,单台设备是斜式混料机的10倍以上;3、操作简单,易于清扫;4、无粉尘和噪声,工作环境好。

  缺点:1、由于桨叶高速运转,对前驱体颗粒的碰撞力较大,松散型的前驱体容易被破碎,不适合使用;2、设备一次性投资大;3、操作过程严禁金属物品落入混合锅内,否则会造成设备损坏。

  三元材料配混料时,物料随着上升和切向运动的结合使混合物呈连续螺旋状上下运动状态,快速旋转运动的混合物相互碰撞摩擦、交叉混合。三元材料用高速混料机一般装有2层桨叶,为了防止桨叶磨碎,通常在桨叶表面进行碳化钨处理。

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  V型混料机

  V型混料机的主体是两个圆筒成型焊接起来的容器,其形状相对于轴是非对称的。在回转运动过程中,混合料在倾斜圆筒中连续地反复交替、分割、合并。

  优点:1、混料速度快,时间短;2、没有机械挤压和强烈磨损,能保持物料颗粒完整,不易造成破碎;3、不积料,清洗方便彻底。

  缺点:1、产能小,一般适合实验室或中试线使用;2、自动化程度不高,出料需要人工操作。

  三元材料配混料时,物料随机地从一侧圆筒传递到另一侧圆筒,同时混合物颗粒间产生滑移,进行空间多次叠加,颗粒不断分布在新产生的表面上,如此反复剪切、扩散混合,直至混合均匀。

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  犁刀飞刀混料机

  犁刀飞刀混料机是一种新型、高效粉体混合设备,犁刀随主轴旋转使物料沿筒臂作径向圆周湍动,同时径向物料沿线流经飞刀组,被高速旋转的飞刀抛散,不断更迭、复合,使物料在较短时间内达到混合均匀。

  优点:1、混料时间短;2、对粒度和比重差异较大的物料混合有较好的适应性;3、单批次混料量较大。

  缺点:1、混料机内转动部件较多,有一定摩擦,犁刀易磨损;2、内壁易粘料,清洗不方便。

  除混料过程外,原材料称量的准确度对三元材料的稳定性影响也很大,传统的配混料工序中原材料称量主要采用电子秤进行,尽管精确度可以满足要求,但是容易发生人为操作失误,并且人工成本较高。

  因此,为了避免上述问题,近年来,三元材料配料一般采用自动称量系统,该系统由PLC控制称重传感器,输入控制信号,执行定值称量,控制外部给料系统的运转,实现自动称量和配料。


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