三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用

馬永全

杉杉能源（寧夏）有限公司 寧夏石嘴山 753000

近年來電池新材料的市場不斷擴大，而在對電池材料的研究過程中可以發(fā)現(xiàn)，將三元材料作為電池材料的一部分，使得電池的電壓穩(wěn)定性好、容量大、能量密度加大、自放電少、延長了循環(huán)壽命、消耗量低同時對環(huán)境的污染也較小，因此三元材料的電池，正在電動車、電動工具、手機、筆記本電腦等電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1 三元材料現(xiàn)狀

比容量高、循環(huán)性能好、熱穩(wěn)定性比較好、并且生產(chǎn)成本低，這些是三元復(fù)合正極材料特性，因此是鋰離子電池中使用較多的正極材料。同時每年的市場應(yīng)用量也在不斷的快速增長，市場份額越來越多，使得傳統(tǒng)的鈷酸鋰所占的市場份額受到了一定影響，但是，如果想要使三元材料能更加符合信息時代電子產(chǎn)品的需要，需要對三元材料的缺陷有一個較為清晰而又準(zhǔn)確的認識，并對如何提高三元材料的使用安全性探討出切實可行的措施，進而有效提高三元材料及前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用效果[1]。

2 三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備的應(yīng)用

2.1 前驅(qū)體的關(guān)鍵設(shè)備

（1）反應(yīng)釜。在前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化過程中，反應(yīng)釜作為其核心設(shè)備，其釜體和攪拌器大小、以及擋板數(shù)量、尺寸是否有導(dǎo)流筒、增固裝置、進料位置、惰性氣體導(dǎo)入位置等結(jié)構(gòu)上的種種因素都會對前驅(qū)體的振實密度、形貌、球形度、生長速度和粒度大小產(chǎn)生致命影響?，F(xiàn)階段采用的生產(chǎn)三元材料前驅(qū)體的反應(yīng)釜中有減速機、釜體、攪拌系統(tǒng)、進液管道、擋流板、進氣裝置等結(jié)構(gòu)，并在釜體內(nèi)側(cè)設(shè)置4 塊擋板，加快反應(yīng)速度，促使晶核接觸頻次，提高其分散能力，保證晶核生長分布均勻，提高振實密度，保證技術(shù)指標(biāo)要求。另外，合成三元材料前驅(qū)體的反應(yīng)釜釜體內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)流筒，大大改善了反應(yīng)釜內(nèi)的攪拌工作以及釜內(nèi)流體導(dǎo)向，使得料液的彌散速度快，保證球形度能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且形狀、粒度等技術(shù)指標(biāo)均能達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

（2）過濾和洗滌設(shè)備。三元前軀體在反應(yīng)過程中，鹽溶液、堿溶液、氨溶液發(fā)生絡(luò)合共沉淀反應(yīng)得到氫氧化物前驅(qū)體，反應(yīng)共溶液中鈉鹽和絡(luò)合劑溶解在溶液中。反應(yīng)結(jié)束后，需將反應(yīng)漿料進行過濾，故而過濾和洗滌設(shè)備是前驅(qū)體漿料實現(xiàn)固液分離勢必要應(yīng)用的，通過洗滌液洗滌前驅(qū)體濾餅，將濾餅中殘留的硫酸根、氯根、鈉離子等雜質(zhì)元素去除掉，就現(xiàn)階段來看，絕大多數(shù)廠家使用的是過濾洗滌一體化設(shè)備，而一體化設(shè)備包括壓濾機、離心機、微孔過濾機和二合一過濾洗滌設(shè)備。其中比較常用的過濾和洗滌設(shè)備是壓濾機。而傳統(tǒng)的壓濾機過度依靠人為進行操作，比如進料、壓榨以及氣吹和卸料等環(huán)節(jié)都是人工完成，而這也大大加長了壓濾周期，難以提高處理效率，同時還難以保證脫水及洗滌效果。但近年來，全自動壓濾機得到了廣泛的使用，將自動化技術(shù)與整個壓濾過程進行深度融合，在材質(zhì)上用不銹鋼或者是合成材料取代鐵，結(jié)構(gòu)設(shè)計上面也增加了濾室和隔膜，另外，過濾壓力也大大增加了，這就使得處理的工作量增加，周期減縮了，工作效率相應(yīng)提高了，使得過濾和洗滌效果滿足了三元材料前驅(qū)體的生產(chǎn)。

（3）干燥設(shè)備。三元材料前驅(qū)體生產(chǎn)過程中，干燥設(shè)備的工作質(zhì)量對前驅(qū)體設(shè)備的水分含量起決定作用，同時還會大大影響晶體結(jié)構(gòu)，因此，干燥設(shè)備的工作是整個生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)化工序中的一個重要環(huán)節(jié)，在選擇干燥設(shè)備的過程中，要慎之又慎，因為會對產(chǎn)品的質(zhì)量及成本造成決定性因素。現(xiàn)階段在前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化過程中常使用的是熱風(fēng)循環(huán)烘箱、帶式干燥器、盤式干燥器、閃蒸干燥機等。

2.2 三元材料的關(guān)鍵設(shè)備

生產(chǎn)三元材料過程時，混料機則為生產(chǎn)的關(guān)鍵性設(shè)備，根據(jù)計算好的鋰鹽、前驅(qū)體、添加劑等材料放入進行配混料。另外需注意在混合時的均勻性，因為對后期的燒結(jié)、添加劑是否均勻、三元材料結(jié)晶程度、殘堿量等產(chǎn)生影響，并且使三元材料的使用性能也受到影響。另外，三元材料的穩(wěn)定性與否是受原材料稱量的準(zhǔn)確性而決定的。

3 三元材料及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備展望

近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)鈷酸鋰的市場不斷下降，如果信息技術(shù)繼續(xù)發(fā)展下去，由于三元材料具有能量密度高、充放電性能良好、循環(huán)性能優(yōu)秀以及較好的安全性和穩(wěn)定性的優(yōu)點，其市場地位和市場份額勢必會迅速增長。同時由于2013 年以來我國生產(chǎn)技術(shù)的不斷攀升、科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，鋰離子電池需求量長期上升，使得三元材料不斷向著高能量密度方向發(fā)展，使其能為便攜式小型電子設(shè)備提供更好的服務(wù)，同時其發(fā)展趨于高功率密度方向，從而提高電動自行車、電動汽車等電動設(shè)備的服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，且信息技術(shù)與人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面的深度融合，使得人們對于電池新材料的需求也越來越高，另外，手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等電子產(chǎn)品及其他工具的出現(xiàn)也提高了對新型、高效、環(huán)保電池材料的需求量。三元材料的出現(xiàn)滿足了各個領(lǐng)域?qū)﹄姵夭牧系男枨?，因此三元材料及其前?qū)體產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備擁有較好的發(fā)展前景。但是，在電池使用過程中，其安全隱患也是不容忽視的，這也成為消費者和管理者密切關(guān)注的重點，其在生產(chǎn)過程中容不得半分大意，因為一旦由于疏忽而出現(xiàn)惡性事故就將會對整個行業(yè)造成不可挽回的影響。