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藝?yán)囯姵夭牧铣艖?yīng)用實(shí)踐

藝?yán)?nbsp; 2024-07-31 | 閱讀：1914

鋰電池材料中的金屬雜質(zhì)盡管含量都在ppb級(jí)別,，但是它會(huì)對(duì)電池的安全性有一定的影響，金屬異物除了常說的單質(zhì)鐵以外,，還包括以單質(zhì)形式存在的Cr,、Zn、Ni等,，這些雜質(zhì)部分是有磁性的,，對(duì)于具有磁性的雜質(zhì)可以通過除磁設(shè)備將其在電池材料的生產(chǎn)過程中進(jìn)行大部分去除，使磁性異物的含量達(dá)到10PPb以下,，這樣能在極大程度下降低風(fēng)險(xiǎn),。因此在以上這些電池材料中，除磁是必不可少的工藝,。

01 鋰電池材料分類

鋰電池材料主要由正極材料,、負(fù)極材料、隔膜和電解液四大材料組成,，此外還包括包裝等其他部分,。正極材料成本約占總成本的35%，負(fù)極材料占總成本的比例為12%,，隔膜材料占總成本的比例為12%,，電解液材料占總成本的比例為13%。目前,，鋰電池原材料供應(yīng)充足,，部分產(chǎn)品產(chǎn)能充足，競(jìng)爭(zhēng)激烈,。

1.1 正極材料

在鋰電正極材料當(dāng)中,，最常用的材料有鈷酸鋰、錳酸鋰,、磷酸鐵鋰和三元材料,。正極粉體材料的制備在一定程度上會(huì)影響其作為正極材料的性能，正極材料的生產(chǎn)工藝包主要包括配料,、混合,、燒結(jié)、粉碎,、合批,、篩分、除鐵,、包裝等工序,。正極材料的前驅(qū)體碳酸鋰生產(chǎn)工藝流程是將鋰精礦進(jìn)行轉(zhuǎn)型焙燒,、酸化焙燒、浸取,、凈化處理、濃縮處理,、沉鋰處理,、清洗、干燥處理,、粉碎,、除鐵和包裝。三元前驅(qū)體的制備包括計(jì)量,、混合,、反應(yīng)、清洗,、脫水,、干燥、除鐵和包裝,。磷酸鐵的生產(chǎn)工藝主要包括混勻,、燒結(jié)、粉碎,、除鐵和包裝,。

1.2 負(fù)極材料

鋰離子電池負(fù)極材料中人造石墨占據(jù)著80%以上的負(fù)極材料市場(chǎng)份額，天然石墨,、中間相碳微球(MCMB),、無(wú)定形碳、硅或錫類僅占據(jù)小部分市場(chǎng)份額,。鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)的工藝流程以人造石墨為例,，人造石墨基本的工藝流程是一致的，造粒和石墨化是人造石墨制備的核心環(huán)節(jié),，預(yù)處理（破碎）和篩分環(huán)節(jié)工藝較為簡(jiǎn)單,，各廠商間無(wú)明顯差異，因此其生產(chǎn)工藝主要步驟包括預(yù)處理,、造粒,、磨球、石墨化,、混料,、包覆、混料篩分,、計(jì)重,、除鐵,、包裝，所有的操作是精細(xì)復(fù)雜的,。

1.3 隔膜材料

市場(chǎng)化的隔膜材料主要是以

聚乙烯（polyethylene,，PE）

聚丙烯（polypropylene，PP）

為主的聚烯烴（Polyolefin）類隔膜,。鋰電池的結(jié)構(gòu)中,，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜材料的生產(chǎn)主要包括混合均化,、擠出成型,、異步拉伸、萃取干燥,、精餾,、熱定型、收卷,、大分切線,、制漿、除鐵,、涂布,、小分切線、包裝,。

02 藝?yán)阡囯姵夭牧铣艖?yīng)用的實(shí)踐

電池材料的初步除磁可以采用管道除鐵器和箱式格柵,、磁棒等永磁除鐵設(shè)備。但對(duì)于要求更高的除磁一般采用干式或者濕式電磁的除鐵器,。藝?yán)盆F在電池材料除磁方面有著先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備和配套的實(shí)驗(yàn)室服務(wù),。藝?yán)袊?guó)實(shí)驗(yàn)室自2010年以來(lái)，通過對(duì)各種電池材料的除磁試驗(yàn)的大量研究,，積累了豐富的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),。藝?yán)袊?guó)實(shí)驗(yàn)室擁有適用于粉體除磁的藝?yán)咛荻葟?qiáng)磁過濾器干濕一體機(jī)和輔助設(shè)備激光粒度分析儀器。

2.1 激光粒度分析

激光粒度分析儀是微細(xì)粒物料粒度分析測(cè)試的最常用設(shè)備,。其測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確,，實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米、微米甚至毫米級(jí)樣品的粒度分析,，為后續(xù)試驗(yàn)流程和試驗(yàn)方案的準(zhǔn)備提供依據(jù),。根據(jù)粒度分析儀的粒度分布結(jié)果，再結(jié)合物料本身的一些物理特性,，讓除磁設(shè)備更充分發(fā)揮出除磁作用,。

2.2 高梯度磁選除磁

藝?yán)咛荻葟?qiáng)磁過濾器干濕一體機(jī)是將藝?yán)墒綇?qiáng)磁過振動(dòng)過濾器和濕式強(qiáng)磁過濾器集于一體，既可以實(shí)現(xiàn)干粉的除磁,，又可以對(duì)漿料進(jìn)行除磁,，背景場(chǎng)強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)從0-1.5T的調(diào)節(jié)范圍,。該設(shè)備的電磁主體是由鋼制殼體和內(nèi)置純銅線圈構(gòu)成，在線圈內(nèi)部產(chǎn)生高強(qiáng)度磁場(chǎng),，放置在線圈內(nèi)的磁性介質(zhì)匯聚磁場(chǎng),，將會(huì)形成更高強(qiáng)度、更高梯度的分選磁場(chǎng)區(qū)域,，可以有效捕獲給料中的微細(xì)磁性顆粒并獲得高純度產(chǎn)品,。

在處理干式粉料時(shí)，物料由上而下進(jìn)入分選腔,，通過分選腔上的振動(dòng)裝置對(duì)介質(zhì)施加高頻低幅的振動(dòng)可有效提高非磁性物料的通過能力,，通過調(diào)節(jié)振幅大小控制制料速度,，以獲得最佳的除磁效果和適宜的產(chǎn)能,。進(jìn)行濕法除磁時(shí)，設(shè)計(jì)背景場(chǎng)強(qiáng)最高可達(dá)1.5T,。該設(shè)備采用強(qiáng)制式的自下而上給料,，能有效控制物料速度，這樣的設(shè)計(jì)更有利于磁性物的吸附,，對(duì)于磁性異物含量低的物料除磁效果更佳明顯,，且適合的濃度范圍更大，不易堵塞,。該設(shè)備廣泛用于精細(xì)微粉,、鋰電池材料、金屬氧化物,、滑石粉,、石英粉等除雜提純領(lǐng)域，可以滿足除鐵在ppm甚至幾個(gè)ppb范圍的純度要求,。

03 總結(jié)

鋰電池材料種類繁多,，物料性質(zhì)差異極大。因此不同的電池材料除磁效果受多種因素的影響,。主要包括物料粒度,、物料粘度、堆密度,、物料流動(dòng)性及本身磁性,、磁性雜質(zhì)種類及含量等。除此之外還會(huì)受到給料濃度,、給料速度等設(shè)備操作參數(shù)的影響,。比如碳酸鋰粉末，其流動(dòng)性一般,，物料在垂直通過磁選設(shè)備時(shí)需要搭配較大的振幅才能較順暢的通過,。再比如三元材料及前驅(qū)體材料,，容易潮解，會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚成球,，堵塞介質(zhì),，造成堵料等情況。因此除磁設(shè)備選擇前,，需要專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際處理的物料性質(zhì)以及預(yù)期的除磁效果進(jìn)行綜合評(píng)估,，方可避免選型失敗的風(fēng)險(xiǎn)。

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