锂电池三元前驱体材料干燥设备关键技术探究
内容摘要 锂电池三元前驱体材料在生产流程中需采用干燥设备对其进行烘干，常用有转筒干燥机、烘箱、带式干燥机、圆盘干燥机等，本文对生产过程中所采用的圆盘干燥机设备进行探究，根据存在的问题进行靶向解决，满足电池材料生产的严苛条件，并进行经济效益分析。
关键字 锂电池材料 三元前驱体 圆盘干燥机 设备技术
1生产现状
三元前驱体材料是镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O2，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。常规的电池正极材料是钴酸锂LiCoO2，三元前驱体材料则是镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O2，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。
为达到三元前驱体材料的产品水分要求，需采用干燥设备对其进行烘干，常用有转筒干燥机、烘箱、带式干燥机、圆盘干燥机等。
圆盘干燥机广泛应用于食品、化工等行业。主要构成为主机、加料机、驱动装置等。其中主机含筒体、干燥盘、保温层、耙架、耙叶、耙杆等。
工作原理为料斗内的湿物料由螺旋加料机连续地加到干燥机上部第一层干燥盘上，带有耙叶的耙臂作回转运动使耙叶连续地翻抄物料。物料沿指数螺旋线流过干燥盘表面，在小干燥盘上的物料被移送到外缘，并在外缘落到下方的大干燥盘外缘，在大干燥盘上物料向里移动并从中间落料口落入下一层小干燥盘中。大小干燥盘上下交替排列，物料得以连续地流过整个干燥器。中空的干燥盘内通入加热介质，加热介质用导热油或者蒸汽，加热介质由干燥盘的一端进入，从另一端导出 。已干物料从最后一层干燥盘落到壳体的底层，最后被耙叶移送到出料口排出。尾气从物料中逸出，由设在顶盖上的排湿口排出，进入到布袋除尘器，微粉物料被除尘器收集，干净的尾气由引风机排到室外。
2三元前驱体材料在生产中存在的问题
三元前驱体材料中的磁性异物的控制是解决锂电池安全问题的关键之一。磁性异物含量的高低已成为衡量锂离子电池正极材料品质高低的重要标准。
锂离子电池正极材料中的磁性异物（如铁、锌、铬元素）在充电过程中会溶解，逐渐在负极形成枝晶，导致隔膜穿孔，造成电池内部短路，导致电池自放电、甚至起火、爆炸。而镍钴锰三元正极材料是由镍钴锰三元前驱体混锂后经高温固相法合成的，前驱体性能的优劣直接决定三元材料性能的品质，因此，在生产过程中必须严格把控锂离子电池正极材料前驱体中磁性异物。
通常，三元材料的金属异物需要控制在几十ppb（即十亿分之一）级水平，三元材料的金属异物主要来源于原材料和生产过程中的设备磨损，并且主要以磁性金属杂质为主，尤其是金属铁。 从三元前驱体材料生产流程看，产品中金属磁性异物的产生来源主要为：1、设备运转磨损产生的金属屑带入；2、设备自身以外的物项，如：灰尘、部件、溶剂、工具、溶渣、切割物以及其它任何可影响系统、设备运行的物项。
因此为保证产品质量，除对生产运行中设备的异物及清洁度进行控制，应严格控制设备正常及非正常磨损，防止异物进入系统或设备内部。
圆盘干燥机为产生磁性异物最多的环节，主要为：1、耙叶、耙架运转过程中的部件间磨损；2、耙架与耙杆运转中的部件间磨损；3、加料机运转过程中的不同心，使得加料机轴与壳体剐蹭，产生异常磨损；4、耙叶与加热盘之间产生的磨损；5、加料机轴频繁断轴造成的异物带入。
2021年初三元前驱体产品中磁性异物超标，严重影响销售。亟需改进。
3圆盘干燥机带入磁性异物相关问题解决方案
1耙架与耙叶之间增加防磨损衬垫
1、耙叶与耙架的连接结构为，耙叶连接件与耙架通过螺栓作为转动轴连接，两者存在摩擦面见上图，正常生产中，耙架与耙叶连接件间存在相互转动，产生金属间摩擦，造成产品中磁性金属异物的带入。
2、改后的结构为在耙架与耙叶连接件的摩擦面部位增加非金属材质的防磨损衬垫，将两金属面隔离开，避免金属间摩擦产生的磁性金属异物。
2耙杆与耙架间隔离衬套
1、耙杆与耙架的连接结构为，若干组金属耙架穿在一根金属耙杆上，正常生产中，耙杆与金属耙架间存在相互转动，产生金属间摩擦，造成产品中磁性金属异物的带入。
2、改后的结构为在耙架与耙杆配合部位增加非金属材质的隔离衬套，避免金属间摩擦产生的磁性金属异物。（隔离衬套详图见右上角）。
③耙叶与耙叶连接件间防磨损改进
1、原耙叶连接件与耙叶连接方式为上图1，两者螺栓固定，无定位台阶，运转中螺栓松动后易产生滑动，造成螺栓与连接件的金属之间摩擦，产生金属磁性物，进入产品。
2、改后的非金属耙叶增加定位台阶，与金属耙叶连接件螺栓固定后不易松动，避免相互滑动造成的金属摩擦，减少磁性物带入。
3、原金属耙叶连接件与非金属耙叶的尺寸比例大于1，非金属耙叶磨损后，使得金属耙叶连接件与金属盘面摩擦，产生金属粉末，为磁性金属异物，造成超标。
4、改后的金属耙叶连接件与非金属耙叶的比例为小于1，降低部件的整体重量，减小与金属
盘面的摩擦力；且非金属耙叶尺寸增大后，使用寿命更长，避免了金属连接件与盘面的直接摩擦，降低磁性金属异物的产生。
④双螺旋加料机轴承座改进
1、原加料机结构，轴的固定及定位方式为：轴承+轴承固定座+轴端密封座，固定在螺旋加料器壳体上，产生二次装配误差，导致轴与外壳不同心，轴与壳体剐蹭，金属间摩擦，产生金属粉末，造成磁性异物进入产品中，造成磁性异物超标。影响产品质量。
2、改后的加料机结构，轴的固定方式为轴承+一体式轴承座，固定在螺旋加料器壳体上，改进了轴承与轴承固定座、轴承固定座与轴端密封座、轴端密封座与壳体共三次装配，为轴承与一体式轴承座、一体式轴承座与壳体共2次装配，避免了二次装配误差，产生的螺旋轴与壳体的不同心造成的 剐蹭，降低产品中的磁性异物。
⑤双螺旋加料机螺旋轴改进
1、原加料机结构，螺旋轴为两端轴头+管轴通过坡口焊接固定，此焊接部位存在应力集中，容易断裂，断轴后传动端如继续转动，螺旋轴与壳体不同心产生金属间摩擦，造成产品中磁
性异物高。
2、改进后的螺旋轴两端轴头及管轴均增加铰制孔，及配合螺纹，通过①铰制孔螺栓将管轴及轴头固定、②轴头与管轴通过配合螺纹紧固、③轴头与管轴坡口焊接共三种方式，增加螺旋轴的整体刚度及强度，避免运行中频繁断轴造成的异常磨损。
4 产生效益
经对原有盘干机的处理量、转速、温度等技术参数、以及物料的水分、粘度、腐蚀性等特性，结合圆盘干燥机的周边公共条件、空间限制及生产工艺的稳定性细致分析后，根据实际工况要求设计合适的机械结构，使改进后的结构完全能满足现在工况的要求。螺旋轴的使用寿命由原来的频繁断裂，至完全杜绝。极大地延长了设备的使用寿命，降低设备维修消耗，确保生产正常有序进行。通过改造降低设备维护和维修成本、减轻工人的劳动强度、提高产成品率，减少物料浪费、避免环境污染，通过此次改造产生极大的经济和社会效益。
参考文献 [1] 李世华理离子电池正极材料制造设备大全 .中国建筑工业
出版社，2017(9)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议