中国粉体网讯 三元前驱体作为三元材料制备的原料,很大程度上决定了三元材料的性能。前驱体的结晶程度、球形度、颗粒大小以及分布、振实密度等指标的差异,都会严重影响三元正极材料的电化学性能。
目前国内外主流的镍钴锰三元材料前驱体生产采用的是氢氧化物共沉淀工艺,即将镍、钴、锰混合溶液,沉淀剂,络合剂等并流加入反应釜中,在一定条件下即可合成三元前驱体(镍钴锰氢氧化物),所得产物经洗涤、烘干、筛分、除磁、包装等工序便可得到合格的产品。每一道工序都可能对三元前驱体的最终成品产生一定的影响,比如干燥方式。干燥方式对三元前驱体的形貌、振实密度、比表面积和粒径分布等有一定的影响。
三元前驱体材料干燥要求
三元前驱体材料干燥要求:物料松散,但流动性不差;能源消耗低,物料受热均匀,操作环境好,一次性达到指标要求;产品对铁离子含量要求较苛刻(一般要求低于30ppb)。
主流三元前驱体干燥设备
在三元材料前驱体生产中,干燥这一工序决定了前驱体成品的水分含量,并且对晶体结构有一定的影响,是一个重要工序,干燥设备能否正确选择直接关系到产品的质量、操作环境和生产成本。目前常用的前驱体干燥设备有热风循环烘箱、盘式干燥机、闪蒸干燥机、回转滚筒干燥机等。
热风循环烘箱
热风循环烘箱是一种较传统的干燥设备。该烘箱通过风机产生循环流动的热风,吹到湿物料的表面实现加热,以此达到干燥目的。
有研究表明热风循环烘箱干燥处理的产品在球形度、表面规整度、产品一致性和细粉量等产品质量指标在一定程度上优于盘式干燥器和回转窑干燥器处理的产品。考虑到烘箱虽然适用性广,但干燥时间长,热效率低于其他两种干燥方式,且自动化程度低,适用于中小批量生产。
盘式干燥机
其原理是将热源通入各层中空的干燥盘内,以热传导的方式加热干燥盘上的湿物料,干燥盘静止不动,在转动耙叶的作用下,湿物料不断移动翻滚干燥,水蒸汽随设备风机排出,合格的干燥成品从设备底部连续排出。
盘式干燥机调控容易、适用性强、热效率较高且产品质量也较稳定,可使用大批量、连续化生产。
闪蒸干燥机
闪蒸干燥机是一种底部带有旋转粉碎装置的竖式流化床干燥设备,能同时完成物料的粉碎、干燥、分级等操作,主要用于膏糊状、滤饼状、泥浆状物料的干燥。
闪蒸干燥机物料干燥过程分散性好,不易团聚,适用于粒度小、水分含量高的前驱体滤饼的干燥。
回转滚筒干燥机
回转滚筒干燥机的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体,湿物料从干燥机高端投入后,在内筒均布的抄板器翻动下,物料在干燥器内均匀分布与分散,并与热空气和内壁充分接触,实现干燥,物料在带有倾斜度的抄板和重力作用下,运动至干燥机低端排出成品。
回转窑干燥器自动化程度高、热交换面大,可大批量生产,但对进样水分和频率有一定要求,需要综合考虑前端过滤洗涤设备的配置。
4种干燥设备优缺点比较
实际生产中需要根据环境、能耗、成本、产品要求等条件选择合适的三元前驱体干燥设备。
参考来源:
宋顺林.三元材料及其前驱体产业化关键设备的应用
林健.干燥方式对Ni0.5Co0.2Mn0.3(OH)2三元正极材料前驱体的影响
(中国粉体网编辑整理/墨玉)
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