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派勒砂磨机 2020-08-15 点击2214次
【涨姿势】新能源正负极材料砂磨机研磨工艺的改进
一．前言
锂电池的负极材料有石墨，硅碳复合材料，碳纳米管及碳酸锂等。这些材料都需磨成浆料，制备成负极涂层。
锂电池的正极材料有锰，钴，磷酸铁系，锂-钴氧化物及锂-锰氧化物系。目前更常用的是磷酸铁锂材料（LFP）用作锂电池的正极，这样电池更安全，使用周期及使用寿命更长。磷酸铁锂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尽可能低的细度和优化的颗粒粒径分布，且相对都比较难磨。不同的新能源材料，在研磨过程中有不同的表现，有的物料粘度随细度的降低迅速增加，甚至呈现触变性。有的物料在磨到一定细度时颗粒粒径不再变化，但单位比表面积还在增长。
本文根据生产实践及相关原理，对新能源正负极材料研磨工艺的改进，做一些探讨。
二． 新能源材料研磨工艺现状
目前主要用棒销式砂磨机来研磨新能源材料正极及负极材料。
图一 : PU材质大流量棒销式砂磨机结构图：
棒销式砂磨机具有以下特点：
l 采用大流量动态分离系统及高效能研磨系统，从而适用于大流量循环研磨，能将物料研磨到亚微米及纳米范围，并使物料具有更好的颗粒粒径分布。
l 研磨棒销的线速度高，传递给研磨珠子的动能大，对物料的撞击及研磨作用强烈，利于颗粒粒径向纳米方向发展。
l 棒销式砂磨机于物料接触的部分，采用PU材料或陶瓷材料，从而防止料金属对物料的污染。
三． 棒销式砂磨机的研磨桶采用了SiC筒体，SiC具有良好的冷却性能，避免了物料的快速升温。。
三．新能源正负极材料砂磨机研磨工艺的改进
研磨锂电池材料的过程，需综合考虑研磨机主轴的转速。进料泵流量，珠子填充率，珠子大小，物料的固含量，粘度及挥发性等诸多因素。这些因素相互影响，相互制约。找到最佳的研磨条件使砂磨机能稳定，持久的运行并有效率地制备出高质量的锂电池材料，不是一件容易的事情。
改进可从以下几个方面进行：
A. 砂磨机配置及研磨参数
1. 提高砂磨机的线速度
砂磨机线速度的提高能有效的增加研磨效率。由于采用了质量好的进口珠子，砂磨机的线速度可进一步提高。若将线速度从12.6米/秒（约560转）提高到13.5米/秒（约600转），则输入能量提高约15%，若进一步从13.5米/秒提高到14.7米/秒，则输入能量再提高18.6%。即通过提高砂磨机的线速度，其研磨效率将大大上升。
2. 提高料浆通过砂磨机的流量
提高料浆通过砂磨机的流量可使研磨物料的颗粒级配分布得以改善，并利于将颗粒磨细。因此，在不影响砂磨机正常运行的前提下，料浆的流量越大越好。
3 珠子的填充量可适当提高。
珠子越细小，单位容积中珠子的个数越多，物料受到的撞击及研磨的机会越多，有助于研磨效率的提高。若珠子从0.3mm降低到0.2mm，则单位容积中珠子个数可提高至3.375倍，可明显提高研磨效率。
4. 物料充分预搅拌
有些物料的预搅拌不够理想，在粘度大时，靠近桶壁处的物料几乎没运动。预搅拌的目的，是使料浆在进入砂磨机前能运动起来，这样所有物料都有大致均等的机会进入砂磨机，因此在料浆能充分运动起来的前提下，并不需要过于剧烈的搅拌。过于剧烈的搅拌，加上过大的料桶截面，会使得料浆中水量蒸发加速，粘度增加。
B. 料浆性能
在不影响制品最终性能的基础上，料浆性能应尽可能调整到适应砂磨机研磨工艺，即能够有足够好的流动性，满足大流量循环研磨的需要。同时，在所需的颗粒细度范围内，料浆能够稳定住，不发生颗粒再团聚的现象。
1. 料浆的粘度
目前，随研磨时间的增长料浆的粘度增加比较迅速（从最早的不到1000cps到超过7000cps）。粘度增加的原因之一是细小颗粒不稳定，产生团聚，包裹了一部分水份，使用于流动的水份减少，粘度增加。调整料浆的粘度可从以下几点考虑：
l 固含量
降低固含量，料浆粘度降低。但固含量的降低会影响到研磨效率，也会影响到随后的喷雾干燥，故需综合考虑。
l PH值
料浆粘度在某一PH值可较低。如目前料浆的PH值因其他因素已固定，则通过调节PH值来降低粘度的余地不大。
l 加入表面活性剂
一般而言，随着表面活性剂加入量的提高，料浆的粘度将降低到一最低点，随后又随着表面活性剂量的增加而提高。因此找到表面活性剂的最佳添加量。
l 温度
有些料浆粘度随温度的提高而降低，故在可能的条件下，料浆的温度要适宜。
2. 料浆的稳定性
料浆的稳定性是指在研磨过程中及在随后的一段时间内，料浆在所需的颗粒细度范围内，不发生再团聚的现象。料浆的稳定性的调整，与粘度的调整类似，也是从固含量，PH值，表面活性剂及温度等几个方面着手，其影响因素也与上述描述相同。
一般而言，加入表面活性剂调整料浆的稳定性时，料浆的粘度也会有所降低。反之也然。但如粘度仍需进一步下降，可考虑再加入主要用于针对降低粘度的表面活性剂。
在没有找到合适的表面活性剂时，目前应通过调节固含量（水量）来控制粘度。在不影响随后喷雾干燥的前提下，粘度不要过高（如不超过3000cps），以使得研磨过程能顺利进行。
四．后记
一般而言，都希望新能源正负极材料的细度朝纳米方向发展，以带来卓越的电池性能。但由于研磨的难度较大，设定的目标往往难以达到。考虑到生产的稳定性及可靠性，新能源正负极材料的研磨细度是现实与理想折中的结果。
要达到良好的研磨效果，除研磨工艺要相应优化外，砂磨机本身也要做一定的改进，即砂磨机也需根据物料的研磨特性量身定做。但这一题目不在今天的演讲范围。
总之，新能源正负极材料的研磨已有一定的进展和有迹可循，但仍有进一步改进的潜力，这有赖于砂磨机生产厂家与砂磨机使用方共同努力。
