低碳经济下新能源动力电池材料装备发展趋势

低碳经济下新能源动力电池材料装备发展趋势低碳经济下新能源动力电池材料装备发展趋势 一 新能源动力电池材料生产装备目录低碳经济下新能源动力电池 材料装备发展趋势低碳经济下新能源动力电池材料装备发展趋势 新能源动力电池材料生产装备 钴酸锂 锰酸锂及三元材料的生产装 备 磷酸铁锂的生产装备 二 关于全球低碳趋势 低碳对装备要求 低碳经济 低碳经济 最 早见诸于政府文件是在xx年的英国能源白皮书 我们能源的未来 创 建低碳经济 xx年7月 美国参议院提出了 低碳经济法案 表明 低碳经济的发展道路有望成为美国未来的重要战略选择 xx年9月8日 中国国家主席胡锦涛在亚太经合组织 APEC 第15次领导人会议 上 郑重提出了四项建议 明确主张 发展低碳经济 低碳经济在 可持续发展理念指导下 通过技术创新 制度创新 产业转型 新 能源开发等多种手段 发展以低能耗 低污染 低排放低能耗 低 污染 低排放为基础的经济模式 是人类社会继农业文明 一工业 文明之后的又次重大进步 低碳经济要求材料生产装备必须低能耗 低污染 低排放 电池材料生产装备随着便携式电器 移动通信 航空航天等领域的 飞速发展 以及人们对能源危机 环境污染问题的日益关注 高能 量密度的二次电池的研究和开发引起了人们的广泛关注 锂离子二次电池具有高放电电压 无记忆效应 能量密度高 优良 的循环性能等优点 被广泛用于便携式电器 军用及民用装备 锂电池主要包括正极材料 负极材料 隔离膜 电解质四个部分 其中正极材料所占成本占总成本的33 其研究成为锂离子电池研究 最热门的电池材料生产装备本的其研究成为离子电池研究最热门的 内容之一 电池正极的材料生产工艺生产设备钴酸锂 锰酸锂及三元材料高温 固相合成技术空气推板窑和空气辊道窑锂电池正极生产工艺与设备 对比磷酸铁锂 LiFePO4 固相合成 液相合成以及改进的碳热还原 法合成工艺连续式带式炉 包括钢带炉和网带炉 气氛推板窑 真空炉 回转窑钴酸锂 锰酸锂及三元材料生产装备 目前商业化的 锂电池多采用钴酸锂 LiCoO2 作正极材料 钴酸锂 锰酸锂 三元材料 Li Ni Co Mn O2 的工业化生产通常 采用高温固相合成技术 不同生产厂家其生产工艺如烧结温度 烧结时间 烧结气氛 烧结 窑炉等均有所不同 钴酸锂 锰酸锂及三元材料生产装备 为锂电池正极材料烧结开发的 专用空气推板窑和空气辊道窑 特点 产能大 工艺调整方便 运行稳定可靠 应用广 适用于各种 不同类型的锂电池材料 如钴酸锂 锰酸锂 镍酸锂等 的烧结 被国内外用户广泛采用 钴酸锂 锰酸锂及三元材料的生产装备目前钴酸锂 锰酸锂及三元 材料生产的主要设备是空气推板窑和空气辊道窑 而国内大部分电池材料生产均采用的是空气推板窑 针对空气推板窑目前存在的一些如拱窑 推板及匣钵非常容易破损 生产成本高等问题 湖南科技有限公司开发了专用于电池材料生 产的 全自动空气辊道窑 全自动空气辊道窑 具有能耗低 窑体结构适用轻质耐火保温材 料 升温和降温迅速 截面温度均匀 适于快速烧成 温度控制精 确 自动化程度高等显著优点 全自动空气辊道窑 不用窑车或推板的隧道窑 突出的特点是采用许 多平行排列的可转动的辊子组成的辊道 即窑底 来代替窑车或推板 作为烧制产品的运载工具 传动系统使辊子转动 输送被烧制的产品沿通道向前移动 经预热 带和烧成带 再经冷却带冷却后出窑 1 炉膛温度场稳定 均匀 炉衬的热阻在各个方向上接近或相同 2 尽量使用蓄热小和保温性好炉衬材料 根据温度全自动空气辊道窑特点高低不同 分别选择不同的炉衬材 料 最大限度地降低用户成本 3 合理选择上 下加热室的高度与几何形状 既要保证窑腔内有良 好的烧结气氛 又要保证窑腔内温度场的均匀性 4 进一步提高窑炉的可靠性 合理选择和安装发热体 关键件选择 进口件 在机械传动中要认真考虑运动部件受热膨胀 变形等问题 全自动空气辊道窑特点 5 重视窑炉安全保护措施设计 考虑到辊道窑的特殊性 在推板电 窑的保护措施的基础上 增加驱动电机故障 产品堆积卡窑等报警 功能 在处理堆积卡窑故障时 有自动防止辊棒弯曲变形的正反转功能 6 采用模快化设计 便于运输与维修 辊道窑主要包括窑体 送取料传动系统 温度控制系统 送排气 系统等 窑体是由窑墙 窑顶和窑底组成的 窑内辊道平面又将窑内空间分为上 下两个部分 全自动空气辊道窑组成内空间分为上 下两个部分 送取料传动系统由调速电动机 蜗轮减速机 离合器 齿轮及辊子 和支座等构成 电加热系统由温控系统采用集散型控制方式 由带通讯接口的智能 温控仪 可控硅触发器和可控硅模块组成 送排气系统包括包括送风机 排气风机 管道 流量计及调节阀门 可根据工艺要求方便调节送 排气量大小 全自动空气辊道窑各段结构预热带截面冷却带截面低温冷却带截 面烧成带截面全自动空气辊道窑送取料传动系统窑体部分分为4段 由4台电机驱动 变频调速 在窑头设置一个入口横送架 自动将返回轨道上的托盘和产品送到 窑口 在窑尾设置一个出口横送架 将出窑的托盘和产品自动送到返回架 上 全自动空气辊道窑温度控制系统温控系统采用集散型控制方式 由 带通讯接口的智能温控仪 可控硅触发器和可控硅模块组成 具有整机电路简单 性能可靠 抗干扰能力强等特点 宽体辊道窑的温度属纯滞后 大惯性的对象 是一种时变 非线性 分布参数的对象 因此 温控系统宜采用智能PID控制 智能温控仪和可控硅触发器按PID控制算法移相触发0 100 输出连续调控 设有手动及自动PID调节 自动跟踪 自动补偿 空气推板窑 本设备主要用于钴酸锂 锰酸锂和三元材料的烧结合 成 也可用于烧结硬磁铁氧体材料 PTC元件 瓷片电容 电视机偏 转线圈磁芯等 空气推板窑装备合成工艺对设备的要求1 烧结时间和烧结温度的可 调节性锂电池正极材料在适宜的烧成温度下应有一定的保温时间 恒温段的长度 以使匣钵内外温度趋于一致 保证匣钵内物料料 充分烧结空气推板窑证匣钵内物料料充分烧结 2 降温速率的控制合适的降温速率对产品的性能影响极大 同时 用于装载物料的特殊匣钵热震性能差 降温速率的控制非常关键如 果冷却速度太快 会引起匣钵炸裂 如果冷却速度太慢 则出窑温 度过高 合成工艺对设备的要求3 运行可靠性和窑内气氛的确保钴酸锂粉末 材料非常昂贵 烧结设备的任何微小故障都可能给用户造成大的损 失这就要求设备整体包括易损空气推板窑可能给用户造成大的损失 这就要求设备整体包括易损件 如加热元件等 都运行可靠且使 用寿命长 另外 在烧结过程的特定阶段应保持一定的气氛 以保 证料粉中物理化学过程的进行 设备的要点1 确保工艺调整方便 可靠不同的锂电池原料需要不同 的烧结工艺 这就要求我们的烧结窑炉具有较宽的工艺调整范围 2控制降温速率 保证产品性能 保证防止匣缽炸裂空气推板窑2 控 制降温速率 保证产品性能 保证防止匣缽炸裂由于计算出理论降 温速度较困难 我们需要依据长时间的实验数据来设计降温区 我 们常用的降温方法有采用合适的拱顶抬高炉膛 以及调节进 排风 量使之梯度降温 在高温区后设计了间接风冷结构 以使物料在400 前缓慢降温 设备的要点我的早氵世本来也是不严重的 一直不好意思去看医生 拖到现在都呈中度的了 得赶紧找老中医求救了 我之前每天都 觉得好苦逼 老婆也是经周不高兴 每次同房我的早氵世本来也是 不严重的 一直不好意思去看医生 拖到现在都呈中度的了 得赶 紧找老中医求救了 我之前每天都觉得好苦逼 老婆也是经周不高 兴 每次同房空气推板窑都看她没什么兴趣 也没有满足过他 后 面听了朋友的介绍 一个叫马天长的老中医治好了我 他的徽都看 她没什么兴趣 也没有满足过他 后面听了朋友的介绍 一个叫马 天长的老中医治好了我 他的徽 亻言是亻言是msdf003 在这里谢 谢他 磷酸铁锂主要合成装备磷酸铁锂合成时对温度和气氛非常敏感 对合成装备要求较高磷酸铁锂合成时对温度和气氛非常敏感 对 合成装备要求较高1 要有严密的气氛保护系统 确保磷酸铁锂材料 中的Fe2 不被氧化 2 温度场均匀 且升温速度可控 精确度高 保证合成的磷酸铁锂颗粒 均匀细小 提高锂离子扩散能力 3 合 成时间精确可调 保证产品质量稳定 磷酸铁锂主要合成装备磷酸 铁锂合成时对温度和气氛非常敏感 对合成装备要求较高磷酸铁锂 合成时对温度和气氛非常敏感 对合成装备要求较高4 由于在生产 过程中产生大量的反应气体 这些废气必须迅速排出 防止在炉内 反复循环消耗C源 使LiFePO4中C源不可控 影响最终成品质量 5 往往在废气中含有大量水汽等物质 在排气过程中容易产生结露 并回流到炉内 对炉内气氛和产品产生二次污染 国内主流的磷酸铁锂合成装备 连续式带式炉 钢带炉和网带炉 气氛推板窑磷酸铁锂主流合成装备 气氛推板窑 真空炉 回转窑连续 式带式合成钢带炉连续式带式合成钢带炉 无人工干预 铺料均匀 温度场稳定 无舟皿装料无烧结或还原死角 气氛均匀 炉型特点 温度控制精确 分布均匀 质量稳定可靠 自动化程度高 减少 劳动强度 节约人工成本 连续式带式合成钢带炉 这种炉型在合成LiFePO4材料的升温过程中 钢带传热速度快 接近钢带物炉型特点传热速度快接钢带物料层 过热 出现物料垂直方向加热不均匀的现象 这种问题可通过调节 铺料厚度与控制带速等工艺参数来解决 如果只采用一台设备完成预烧及合成 预烧产生的大量气体对炉内 气氛和温度影响较大 在炉内容易产生气体紊乱 冷却段出现水珠 凝结 造成产品在出炉时局部氧化连续式带式合成钢带炉特点局部 氧化 连续式带式合成钢带炉特点 采用带式炉二段式合成即预烧 烧结合 成预烧阶段发生的主要反应1 FeC2O4 2H2O FeC2O4 2H2O2 FeC2O4 FeO CO CO23 NH4H2PO4 NH3 H3PO44 H3PO4 Fe2O3 FePO4 H2O连续 带式合成钢带炉特点 烧结阶段发生的主要反应1 4FePO4 2LiCO3 C 4LiFePO4 3CO2 2 2FePO4 LiCO3 C 2LiFePO4 CO2 CO 采用二段式 合成时 Fe2 不容易被氧化 基本无杂相 产品均一 性能稳定可 靠 连续带式合成网带炉连续带式合成网带炉的特点网带式炉烧结磷酸 铁锂有以下优势 1 网带自动传动 安全可靠 劳动强度低 2 温度场均匀 气氛稳定 3 采用网带传动 匣钵装盛物料 粉末 不直接接触马弗 传热速度慢且均匀 但其在匣钵死角区域出现粉末不均匀 容易产生轻度的氧化斑点 专用合成真空炉真空炉生产磷酸铁锂的优劣使用真空炉生产LiFePO4 的优势 温度场均匀 无气氛污染 无氧化 生产成本低 使用 真空炉生产LiFePO4的缺点 在抽真空时 低密度的合成原料粉末容 易被抽出 造成浪费 污染炉膛及连接管道 预烧反应生成的气量 大 很难及时排出 气氛保护回转炉 优势连续式生产 产量大 气氛保护回转炉 缺点炉管内部摩擦因素的不同 不同颗粒粉末a b 在炉内的运动轨迹也不同 放大来看也就是物料在炉内分布不均 带的热量有大有小且行程各有长短 造成炉管内不同位置点的温度 差异 各点物料合成时间不同 严重影响LiFePO4材料的性能 并且在高温下粉末容易粘附炉管内壁 出现粉末粒度不均匀情况 同时振打炉管时产生噪音 气氛推板窑 目前使用较为成熟的合成窑炉 即全气氛推板窑 国内 一些厂家根据磷酸铁锂的合成特性 专门设计了一种全自动气氛推 板窑 采用自动进出料 所有动作PLC控制 操作简单 气氛推板窑 特点 独特的炉膛结构和排气系统设计 使炉内的气氛流动可控 反 应之后的废气能及时地从炉体排出 防止在炉内反复循环消耗C源 温生 炉内气氛不会在气较低的部分产结露现象不会造成水蒸气回 流到炉内对产品产生二次污染 发热体在炉膛内上下均匀布置 每一区设置了两个控温点和一个检 测点 保证了LiFePO4材料对温度均匀性的要求 气氛推板窑特点 该装备窑体为全封闭式 炉内氧含量可达10ppm以 下 能充分满足LiFePO4材料对气氛的要求 由于在烧结前期产生大量气体 造成预烧段发热体非常容易断裂 给正常生产造成诸多不便 针对此项问题 我司成功的解决了这一难题 磷酸铁锂生产装备比较温度均匀性保护气氛产量可操作性合成质量 生产成本设备成本钢带炉温度均匀性保护气氛产量可操作性合成质 量生产成本设备成本钢带炉好一般大强好中中网带炉好一般中强好 中中网带炉好般中强好中中推板窑好较好中强好中中真空炉好无需 气氛小强好低高回转窑中一般大一般差低中 无论是气氛推板窑 带 式炉 真空炉和回转窑 反应废气的迅速排出和水汽结露一直是困 扰着设备生产厂商的两个难题 也是最容易被人忽视的两个问题 对此我们开展了大量工作和生产实验 我们独特的经验和方法 已 经在一些设备中得到磷酸铁锂生产装备小结了成功的应用 如天津 斯特兰 郑州向日葵 深圳科雷拉等单位 随着往后对电池材料更高质量的追求和装备的应用升级 全气氛保 护辊道窑和微波快速烧结将会得到广泛的使用 结论新一代新能源动力电池材料装备 必须适应国际形势的发展 努力实现以下几个要求 三低 低能耗 低污染 低排放 三高 高性能 高精度 高效率 三化 功能集成化 控制智能化