三元材料及其前驱体产业化关键设备应用

马永全

杉杉能源（宁夏）有限公司 宁夏石嘴山 753000

近年来电池新材料的市场不断扩大，而在对电池材料的研究过程中可以发现，将三元材料作为电池材料的一部分，使得电池的电压稳定性好、容量大、能量密度加大、自放电少、延长了循环寿命、消耗量低同时对环境的污染也较小，因此三元材料的电池，正在电动车、电动工具、手机、笔记本电脑等电子领域得到了广泛应用。

1 三元材料现状

比容量高、循环性能好、热稳定性比较好、并且生产成本低，这些是三元复合正极材料特性，因此是锂离子电池中使用较多的正极材料。同时每年的市场应用量也在不断的快速增长，市场份额越来越多，使得传统的钴酸锂所占的市场份额受到了一定影响，但是，如果想要使三元材料能更加符合信息时代电子产品的需要，需要对三元材料的缺陷有一个较为清晰而又准确的认识，并对如何提高三元材料的使用安全性探讨出切实可行的措施，进而有效提高三元材料及前驱体产业化关键设备应用效果[1]。

2 三元材料及其前驱体产业化关键设备的应用

2.1 前驱体的关键设备

（1）反应釜。在前驱体产业化过程中，反应釜作为其核心设备，其釜体和搅拌器大小、以及挡板数量、尺寸是否有导流筒、增固装置、进料位置、惰性气体导入位置等结构上的种种因素都会对前驱体的振实密度、形貌、球形度、生长速度和粒度大小产生致命影响。现阶段采用的生产三元材料前驱体的反应釜中有减速机、釜体、搅拌系统、进液管道、挡流板、进气装置等结构，并在釜体内侧设置4 块挡板，加快反应速度，促使晶核接触频次，提高其分散能力，保证晶核生长分布均匀，提高振实密度，保证技术指标要求。另外，合成三元材料前驱体的反应釜釜体内部设有导流筒，大大改善了反应釜内的搅拌工作以及釜内流体导向，使得料液的弥散速度快，保证球形度能符合相关标准，而且形状、粒度等技术指标均能达到相关标准[2]。

（2）过滤和洗涤设备。三元前躯体在反应过程中，盐溶液、碱溶液、氨溶液发生络合共沉淀反应得到氢氧化物前驱体，反应共溶液中钠盐和络合剂溶解在溶液中。反应结束后，需将反应浆料进行过滤，故而过滤和洗涤设备是前驱体浆料实现固液分离势必要应用的，通过洗涤液洗涤前驱体滤饼，将滤饼中残留的硫酸根、氯根、钠离子等杂质元素去除掉，就现阶段来看，绝大多数厂家使用的是过滤洗涤一体化设备，而一体化设备包括压滤机、离心机、微孔过滤机和二合一过滤洗涤设备。其中比较常用的过滤和洗涤设备是压滤机。而传统的压滤机过度依靠人为进行操作，比如进料、压榨以及气吹和卸料等环节都是人工完成，而这也大大加长了压滤周期，难以提高处理效率，同时还难以保证脱水及洗涤效果。但近年来，全自动压滤机得到了广泛的使用，将自动化技术与整个压滤过程进行深度融合，在材质上用不锈钢或者是合成材料取代铁，结构设计上面也增加了滤室和隔膜，另外，过滤压力也大大增加了，这就使得处理的工作量增加，周期减缩了，工作效率相应提高了，使得过滤和洗涤效果满足了三元材料前驱体的生产。

（3）干燥设备。三元材料前驱体生产过程中，干燥设备的工作质量对前驱体设备的水分含量起决定作用，同时还会大大影响晶体结构，因此，干燥设备的工作是整个生产及产业化工序中的一个重要环节，在选择干燥设备的过程中，要慎之又慎，因为会对产品的质量及成本造成决定性因素。现阶段在前驱体产业化过程中常使用的是热风循环烘箱、带式干燥器、盘式干燥器、闪蒸干燥机等。

2.2 三元材料的关键设备

生产三元材料过程时，混料机则为生产的关键性设备，根据计算好的锂盐、前驱体、添加剂等材料放入进行配混料。另外需注意在混合时的均匀性，因为对后期的烧结、添加剂是否均匀、三元材料结晶程度、残碱量等产生影响，并且使三元材料的使用性能也受到影响。另外，三元材料的稳定性与否是受原材料称量的准确性而决定的。

3 三元材料及其前驱体产业化关键设备展望

近年来，随着信息技术的不断发展，传统钴酸锂的市场不断下降，如果信息技术继续发展下去，由于三元材料具有能量密度高、充放电性能良好、循环性能优秀以及较好的安全性和稳定性的优点，其市场地位和市场份额势必会迅速增长。同时由于2013 年以来我国生产技术的不断攀升、科学技术水平的不断提高，锂离子电池需求量长期上升，使得三元材料不断向着高能量密度方向发展，使其能为便携式小型电子设备提供更好的服务，同时其发展趋于高功率密度方向，从而提高电动自行车、电动汽车等电动设备的服务质量。

4 结语

随着我国经济的迅速发展，且信息技术与人们日常生活的各个方面的深度融合，使得人们对于电池新材料的需求也越来越高，另外，手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品及其他工具的出现也提高了对新型、高效、环保电池材料的需求量。三元材料的出现满足了各个领域对电池材料的需求，因此三元材料及其前驱体产业化关键设备拥有较好的发展前景。但是，在电池使用过程中，其安全隐患也是不容忽视的，这也成为消费者和管理者密切关注的重点，其在生产过程中容不得半分大意，因为一旦由于疏忽而出现恶性事故就将会对整个行业造成不可挽回的影响。