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高鎳三元材料前驅體干燥機的工藝 |
鎳鈷錳三元材料是近年來開發的一類新型鋰離子電池正極材料，具有容量高、循環穩定性好、成本適中等重要優點，比鈷酸鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰、鎳酸鋰和磷酸鐵鋰等正極材料更具發展前景。根據中國有色金屬工業協會鋰業分會統計，2017年我國鋰離子電池正極材料產量32.3萬噸，其中三元材料產量為12.6萬噸，三元材料已經成為了鋰電池正極材料的選擇，且其市場占有率有逐漸升高的趨勢。而三元前驅體在三元材料產業鏈中占據重要位置，并對三元材料的生產有重大影響，其性能好壞會直接決定著三元材料性能的品質。
目前國內外主流的鎳鈷錳三元材料前驅體生產采用的是氫氧化物共沉淀工藝，即將鎳、鈷、錳混合溶液，沉淀劑，絡合劑等并流加入反應釜中，在一定條件下即可合成三元前驅體(鎳鈷錳氫氧化物)，所得產物經洗滌、烘干、篩分、除磁、包裝等工序便可得到合格的產品。
在三元材料前驅體生產中，干燥操作單元決定了前驅體成品的水分含量，并且對晶體結構有一定的影響，是一個重要工序，干燥設備能否正確選擇直接關系到產品的質量、操作環境和生產成本。目前常用的前驅體干燥設備有熱風循環烘箱、盤式干燥機、閃蒸干燥機、回轉滾筒干燥機等。
（1）熱風循環烘箱
熱風循環烘箱是一種較傳統的干燥設備，內部主要結構有：逐層放置的物料盤、框架、電熱元件加熱器。該烘箱通過風機產生循環流動的熱風，吹到濕物料的表面實現加熱，以此達到干燥目的。干燥過程所用的熱源為蒸汽、電或者導熱油。
（2）盤式干燥機
盤式干燥機是一種多層固定空心加熱圓形載料盤、立式連續、熱傳導為主的干燥設備，由干燥盤、耙臂、裝在耙臂上的若干耙葉、主軸、傳動裝置、外殼等組成。將熱源通入各層中空的干燥盤內，以熱傳導的方式加熱干燥盤上的濕物料，干燥盤靜止不動，在轉動耙葉的作用下，濕物料不斷移動翻滾干燥，水蒸汽隨設備風機排出，合格的干燥成品從設備底部連續排出。
（3）閃蒸干燥機
閃蒸干燥機是一種底部帶有旋轉粉碎裝置的豎式流化床干燥設備，能同時完成物料的粉碎、干燥、分級等操作，主要用于膏糊狀、濾餅狀、泥漿狀物料的干燥。其主體為一個圓筒形干燥室，主要由三部分組成：底部的粉碎流化段、中部干燥段和頂部分級段。閃蒸干燥機是流化技術、旋流技術、噴動技術及對流傳熱技術的優化組合。
（4）回轉滾筒干燥機
回轉滾筒干燥機的主體是略帶傾斜并能回轉的圓筒體，濕物料從干燥機投入后，在內筒均布的抄板器翻動下，物料在干燥器內均勻分布與分散，并與熱空氣和內壁充分接觸，實現干燥，物料在帶有傾斜度的抄板和重力作用下，運動至干燥機低端排出成品。
高鎳三元材料前驅體干燥機的主要優勢和劣勢對比表
通過采用熱風循環烘箱、盤式連續干燥器、閃蒸干燥機和回轉窯干燥器四種不同的干燥方式處理NCM523三元正極材料前驅體，結果表明前驅體的干燥方式對前驅體的形貌、振實密度、比表面積和粒徑分布等都有一定的影響，其中熱風循環烘箱干燥處理的產品在球形度、表面規整度、產品一致性和細粉量等產品質量指標在一定程度上優于盤式連續干燥器和回轉窯干燥器處理的產品。考慮到烘箱雖然適用性廣，但干燥時間長，熱效率低于其他兩種干燥方式，且自動化程度低，適用于中小批量生產；而盤式連續干燥器調控容易、適用性強、熱效率較高且產品質量也較穩定，可使用大批量、連續化生產；回轉窯干燥器自動化程度高、熱交換面大，可大批量生產，但對進樣水分和頻率有一定要求，需要綜合考慮前端過濾洗滌設備的配置。
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