《储能材料与器件智能制造技术》课件-3.3.4 混料

《储能材料与器件智能制造技术》混料在储能材料的生产蓝图里，从原料进厂到最终成品诞生的漫长工序中，混料如同交响乐的序曲，看似平凡却奠定了整个生产流程的基调。无论是锂电池正极材料中多种金属盐与添加剂的均匀融合，还是液流电池电解液各溶质的充分分散，混料工艺的优劣直接决定了后续化学反应的充分性和最终产品性能的稳定性。微小的混合不均，都可能在储能器件充放电过程中引发局部性能衰减，甚至埋下安全隐患。这项基础工艺，凭借对物料分散、组分均匀化的精准把控，成为撬动储能材料品质提升的重要支点，在推动储能产业迈向高效、可靠发展的进程中扮演着不可或缺的角色。在锂离子电池正极材料的工业化生产中通常采用高温固相煅烧工艺，将各种原料按一定比例配料后，混合均匀，然后送入高温反应器在高温下发生高温固相反应，然后对冷却后的物料进行破碎、粉碎、分级、混批、包装，得到最终产品。一般流程如图所示。原料混料装钵高温煅烧破碎、粉碎混批除铁干燥筛分包装成品为保证产品质量，原料必须用专门的混料机进行均匀混合。以三元材料为例，混料工序是将计量比的锂盐和三元前驱体同时加入混合设备进行混合。混料设备根据运动方式的不同，可以分为容器固定型和容器旋转型混料设备。根据操作形式的不同，混料设备还可以分为间歇式和连续式混料设备。在锂离子电池材料生产中常用到的混料设备有双螺旋锥形混合机、高速混合机、倾斜式圆筒混合机等。双螺旋锥型混合机的螺旋推进器在容器内既有自转又有公转，在混合过程中，物料在推进器的作用下自底部上升，又在公转的作用下在全容器内产生旋涡和上下循环运动而达到均匀混合物料。锥形混合机内部有一个或两个与锥体壁平行的提升螺旋，混合过程主要由锥体的自转和公转以不断改变物料的空间位置来完成。基本结构为锥形容器、螺旋推进器、转臂传动系统、电动机、减速机等，如图所示。优点双螺旋锥型混合机的主要优点有混合效率高，装载系数高，可达60%~70%，动力消耗小，可密闭操作。双螺旋锥型混合机搅拌作用力中等，可用于固体间或固体与液体间的混合。操作时锥体密封，有利于生产安全和改善劳动环境。缺点设备高度太高，同样混合容量，双蝶旋设备要求高度是其他设备两倍以上；传动部分结构过于复杂，有公转、自转、维修与清洗麻烦，螺旋叶片的角落基本无法清洗到。高速混合机基本结构如图所示，在圆柱形空腔内装有桨叶，通过桨叶的高速旋转，使物料沿桨叶切向运动，在离心力作用下被抛向缸壁，并且沿壁面上升，上升的物料部分在重力的作用下又落回桨叶中心，另一部分物料撞向缸盖后落下，接着又被抛起，这种上升运动和切向运动结合，使物料相互碰撞、交叉混合；同时物料和桨叶、内壁以及物料之间相互碰撞摩擦，使温度快速上升。高速混合机的混合效率很高，一般在2~10min即可完成混合。高速混合机的优点为：结构紧凑，混合速度快、混合均匀、操作方便。斜式混料机结构如图所示，其主体结构为一个安装在水平轴上的倾斜放置的空心混料筒，当圆筒转动时,筒内物料一方面翻滚抛落一方面左右移动，物料在桶内形成复杂的不规则运动轨迹，加强了混合能力，无死角，得到快速均匀的混合。在混料桶中还可以加聚氨酯球等研磨介质，在混料的同时对物料进行研磨粉碎。圆简混合机的主要优点是结构简单，维护方便。缺点是混合时间较长。在锂电池材料制备中，混料工艺贯穿正负极生产全程。正极材料制备时，需将锂盐、过渡金属化合物、导电剂、粘结剂等按精确比例混合，形成均匀的电极浆料，其中导电剂的分散程度直接影响电极的电子传导性能；负极材料生产中，石墨、硅碳复合物与添加剂的混合均匀性，决定了电池充放电过程中锂离子的嵌入/脱嵌效率。在液流电池领域，混料用于电解液的配制，将溶质（如全钒液流电池中的钒盐）与溶剂均匀混合，确保离子浓度均一，提升电池的充放电效率与循环稳定性。新型储能材料研发同样依赖高效混料技术。钠离子电池电极材料的制备需将多种金属氧化物与碳源充分混合，以优化材料的储钠性能；固态电池电解质的混合过程中，需将无机固态电解质与聚合物基体均匀分散，保障离子传导通路的畅通。此外，在储能材料回收领域，混料技术用于废旧电池拆解后活性物质的再处理，通过混合、分选实现有价金属的富集与再生利用。混料工艺，以其对“均匀”二字的极致追求，悄然构筑起储能材料高质量生产的坚实根基。从微观层面的分子交融，到宏观尺度的批量制备，每一次精准的配比、每一轮高效的搅拌，都在为储能器件的性能跃升注入力量。尽管前行之路充满物料适配、能耗控制等挑战，但随着技术创新的浪潮奔涌，混料工艺必将在纳米级分散、智能调控、绿色生产等领域实现突破