聊聊三元正極材料的分級(jí)、篩分與包裝

隨著新建產(chǎn)能的陸續(xù)完工投產(chǎn)，近年來(lái)，以三元鋰材料為正極的動(dòng)力電池已經(jīng)大范圍取代了過(guò)去以磷酸鐵鋰為正極的動(dòng)力電池。

三元材料生產(chǎn)的三大主要環(huán)節(jié)是混料磨料、高溫?zé)Y(jié)、粉碎分解，每個(gè)環(huán)節(jié)的控制以及設(shè)備的性能都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品產(chǎn)生直接或間接的影響。其中分級(jí)、篩選和包裝是三元材料的最后環(huán)節(jié)，我們來(lái)了解下這些環(huán)節(jié)。

01

分級(jí)

三元材料粒度分布會(huì)影響材料的比表面積、壓實(shí)密度、極片加工性能及電池的電性能。而粉碎設(shè)備只能控制材料的粒徑，卻不能控制材料的粒度分布，若要控制材料的粒度分布，就要用到分級(jí)設(shè)備。三元材料的分級(jí)一般在氣流粉碎機(jī)之后加上氣流分級(jí)裝置，直接對(duì)粉碎后的產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)。

根據(jù)三元材料的粒度分布要求，可選擇不同的氣流分級(jí)機(jī)和分級(jí)工藝。

分級(jí)前后產(chǎn)品SEM圖和粒度圖對(duì)比

從粒度分布圖中可以看出，分級(jí)后產(chǎn)品的粒度分布比分級(jí)前產(chǎn)品的粒度分布窄了很多，從粒度分布圖中可以看出，一些粒徑很小的顆粒已經(jīng)被分離出去了。

02

篩分

為了避免材料中含有異物或粗大顆粒，還需對(duì)三元材料進(jìn)行篩分。三元材料的Dmax至少小于50μm，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)Dmax超標(biāo)的情況。如圖所示。

三元材料中的大顆粒SEM圖

選擇合適目數(shù)的篩網(wǎng)可以控制材料的Dmax。從表中可以看出，三元材料需要選擇300目或400目的篩網(wǎng)。

數(shù)目與篩網(wǎng)對(duì)照表

常見(jiàn)的篩分機(jī)有固定格篩、圓筒篩、振動(dòng)篩等，三元材料常用的篩分機(jī)是振動(dòng)篩。振動(dòng)篩是工業(yè)上使用最廣泛的篩子，它利用篩網(wǎng)的振動(dòng)來(lái)進(jìn)行篩分。篩網(wǎng)振動(dòng)的次數(shù)為900~3000次·min-1。振幅的范圍在0.5~12mm，振幅越小，振動(dòng)次數(shù)越多。篩子的傾斜角在0~40度之間。

振動(dòng)篩篩分效率高，一般是80%~95%；篩分原料粒度的范圍大，從大于250mm到0.1mm或0.01mm；單位面積產(chǎn)量大；易于調(diào)整，篩孔較少堵塞。這種篩子需要專(zhuān)門(mén)的傳動(dòng)設(shè)備且消耗動(dòng)力。

將超聲波控制器與振動(dòng)篩有機(jī)結(jié)合在一起即超聲波振動(dòng)篩，在篩網(wǎng)上面疊加一個(gè)高頻率低振幅的超聲振動(dòng)波，粉體接受巨大的超聲加速度，使篩面上的物料始終保持懸浮狀態(tài)，從而抑制黏附、摩擦、平降、楔入等堵網(wǎng)因素，性能較振動(dòng)篩更為優(yōu)異。

超聲波振動(dòng)篩

超聲波振動(dòng)篩的特點(diǎn)有：具備自潔功能，網(wǎng)孔不易堵塞；無(wú)須添加彈跳球等防堵網(wǎng)裝置，防止造成污染，使篩網(wǎng)壽命延長(zhǎng)；篩分精度很高，適用于40~635目，尤其是篩分100目以下的顆粒。

對(duì)于振動(dòng)篩的整個(gè)工作而言，最主要的部件是篩網(wǎng)、電機(jī)和軸承。在三元材料的使用中，篩網(wǎng)的選擇很關(guān)鍵。因?yàn)槿牧系闹瞥踢^(guò)程應(yīng)避免帶入鐵雜質(zhì)或者其他金屬，所以篩網(wǎng)的材質(zhì)需要選擇非金屬材質(zhì)，且要耐堿腐蝕。

03

包裝

三元材料包裝一般采用真空包裝或真空后再充入惰性氣體。

真空包裝機(jī)品種較多，通常分為機(jī)械擠壓式、插管式、室式輸送帶式、旋轉(zhuǎn)臺(tái)式和熱成型式等。下面簡(jiǎn)單介紹一下機(jī)械擠壓式真空包裝機(jī)、插管式真空包裝機(jī)和室式真空包裝機(jī)。

機(jī)械擠壓式真空包裝原理是：包裝袋充填結(jié)束后，在其兩側(cè)用海綿等彈性物品將袋內(nèi)的空氣排除，然后進(jìn)行封口。這種方法最簡(jiǎn)單，但真空度低，用于真空度要求不高的場(chǎng)合。

插管式真空包裝機(jī)最大的特點(diǎn)是沒(méi)有真空室，操作時(shí)將包裝袋套在吸管上，直接對(duì)塑料袋抽氣或抽氣——充氣。此機(jī)型省去真空室后結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，體積小，重量輕，造價(jià)低，故障率低；生產(chǎn)效率高，平均比室內(nèi)真空包裝機(jī)高2~3倍；缺點(diǎn)是產(chǎn)品真空度低于室內(nèi)真空包裝機(jī)。

室內(nèi)真空包裝機(jī)的形式有臺(tái)式、單室式和雙室式，其基本結(jié)構(gòu)相同，由真空室、真空/充氣系統(tǒng)和熱封裝置組成。真空/充氣系統(tǒng)由一組電磁閥和真空泵組成，通過(guò)控制器控制各閥啟閉，自動(dòng)完成抽真空—充氣—熱封的操作或真空—熱封操作。

室式真空包裝機(jī)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，安裝方便；真空度較高；需人工放袋、取袋，因此生產(chǎn)率不是很高，其中臺(tái)式及單室較低，雙室要略高。

真空包裝機(jī)品種繁多，在選擇真空包裝機(jī)時(shí)，由于各個(gè)用戶包裝尺寸不盡一樣，真空包裝技術(shù)等級(jí)要求不同，工作效率的要求不同，應(yīng)根據(jù)用戶自己產(chǎn)品的特點(diǎn)、包裝袋尺寸的大小等。用戶確定機(jī)型的依據(jù)除了包裝機(jī)的封口長(zhǎng)度，雙排間距。真空室最大可利用的高度等，還應(yīng)考慮下列因素：

包裝速度：出于提高生產(chǎn)效率的考慮，可選用雙室或多室的真空包裝機(jī)，以提高整個(gè)生產(chǎn)的進(jìn)度。

真空泵：是真空包裝機(jī)中最主要的部件，真空泵的好壞直接影響著真空包裝機(jī)的包裝效果。

包裝機(jī)材質(zhì)：現(xiàn)在有噴漆的冷板機(jī)柜和不銹鋼機(jī)柜，真空機(jī)包裝機(jī)上用得最好的是304不銹鋼。

真空度：真空包裝使用的包裝材料是塑料復(fù)合薄膜或塑料鋁箔復(fù)合薄膜，如滌綸/聚乙烯、滌綸/聚丙烯、尼龍/聚乙烯等等。