低碳經(jīng)濟下新能源動力電池材料裝備發(fā)展趨勢

低碳經(jīng)濟下新能源動力電池材料裝備發(fā)展趨勢低碳經(jīng)濟下新能源動力電池材料裝備發(fā)展趨勢 一 新能源動力電池材料生產(chǎn)裝備目錄低碳經(jīng)濟下新能源動力電池 材料裝備發(fā)展趨勢低碳經(jīng)濟下新能源動力電池材料裝備發(fā)展趨勢 新能源動力電池材料生產(chǎn)裝備 鈷酸鋰 錳酸鋰及三元材料的生產(chǎn)裝 備 磷酸鐵鋰的生產(chǎn)裝備 二 關(guān)于全球低碳趨勢 低碳對裝備要求 低碳經(jīng)濟 低碳經(jīng)濟 最 早見諸于政府文件是在xx年的英國能源白皮書 我們能源的未來 創(chuàng) 建低碳經(jīng)濟 xx年7月 美國參議院提出了 低碳經(jīng)濟法案 表明 低碳經(jīng)濟的發(fā)展道路有望成為美國未來的重要戰(zhàn)略選擇 xx年9月8日 中國國家主席胡錦濤在亞太經(jīng)合組織 APEC 第15次領(lǐng)導人會議 上 鄭重提出了四項建議 明確主張 發(fā)展低碳經(jīng)濟 低碳經(jīng)濟在 可持續(xù)發(fā)展理念指導下 通過技術(shù)創(chuàng)新 制度創(chuàng)新 產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型 新 能源開發(fā)等多種手段 發(fā)展以低能耗 低污染 低排放低能耗 低 污染 低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式 是人類社會繼農(nóng)業(yè)文明 一工業(yè) 文明之后的又次重大進步 低碳經(jīng)濟要求材料生產(chǎn)裝備必須低能耗 低污染 低排放 電池材料生產(chǎn)裝備隨著便攜式電器 移動通信 航空航天等領(lǐng)域的 飛速發(fā)展 以及人們對能源危機 環(huán)境污染問題的日益關(guān)注 高能 量密度的二次電池的研究和開發(fā)引起了人們的廣泛關(guān)注 鋰離子二次電池具有高放電電壓 無記憶效應(yīng) 能量密度高 優(yōu)良 的循環(huán)性能等優(yōu)點 被廣泛用于便攜式電器 軍用及民用裝備 鋰電池主要包括正極材料 負極材料 隔離膜 電解質(zhì)四個部分 其中正極材料所占成本占總成本的33 其研究成為鋰離子電池研究 最熱門的電池材料生產(chǎn)裝備本的其研究成為離子電池研究最熱門的 內(nèi)容之一 電池正極的材料生產(chǎn)工藝生產(chǎn)設(shè)備鈷酸鋰 錳酸鋰及三元材料高溫 固相合成技術(shù)空氣推板窯和空氣輥道窯鋰電池正極生產(chǎn)工藝與設(shè)備 對比磷酸鐵鋰 LiFePO4 固相合成 液相合成以及改進的碳熱還原 法合成工藝連續(xù)式帶式爐 包括鋼帶爐和網(wǎng)帶爐 氣氛推板窯 真空爐 回轉(zhuǎn)窯鈷酸鋰 錳酸鋰及三元材料生產(chǎn)裝備 目前商業(yè)化的 鋰電池多采用鈷酸鋰 LiCoO2 作正極材料 鈷酸鋰 錳酸鋰 三元材料 Li Ni Co Mn O2 的工業(yè)化生產(chǎn)通常 采用高溫固相合成技術(shù) 不同生產(chǎn)廠家其生產(chǎn)工藝如燒結(jié)溫度 燒結(jié)時間 燒結(jié)氣氛 燒結(jié) 窯爐等均有所不同 鈷酸鋰 錳酸鋰及三元材料生產(chǎn)裝備 為鋰電池正極材料燒結(jié)開發(fā)的 專用空氣推板窯和空氣輥道窯 特點 產(chǎn)能大 工藝調(diào)整方便 運行穩(wěn)定可靠 應(yīng)用廣 適用于各種 不同類型的鋰電池材料 如鈷酸鋰 錳酸鋰 鎳酸鋰等 的燒結(jié) 被國內(nèi)外用戶廣泛采用 鈷酸鋰 錳酸鋰及三元材料的生產(chǎn)裝備目前鈷酸鋰 錳酸鋰及三元 材料生產(chǎn)的主要設(shè)備是空氣推板窯和空氣輥道窯 而國內(nèi)大部分電池材料生產(chǎn)均采用的是空氣推板窯 針對空氣推板窯目前存在的一些如拱窯 推板及匣缽非常容易破損 生產(chǎn)成本高等問題 湖南科技有限公司開發(fā)了專用于電池材料生 產(chǎn)的 全自動空氣輥道窯 全自動空氣輥道窯 具有能耗低 窯體結(jié)構(gòu)適用輕質(zhì)耐火保溫材 料 升溫和降溫迅速 截面溫度均勻 適于快速燒成 溫度控制精 確 自動化程度高等顯著優(yōu)點 全自動空氣輥道窯 不用窯車或推板的隧道窯 突出的特點是采用許 多平行排列的可轉(zhuǎn)動的輥子組成的輥道 即窯底 來代替窯車或推板 作為燒制產(chǎn)品的運載工具 傳動系統(tǒng)使輥子轉(zhuǎn)動 輸送被燒制的產(chǎn)品沿通道向前移動 經(jīng)預(yù)熱 帶和燒成帶 再經(jīng)冷卻帶冷卻后出窯 1 爐膛溫度場穩(wěn)定 均勻 爐襯的熱阻在各個方向上接近或相同 2 盡量使用蓄熱小和保溫性好爐襯材料 根據(jù)溫度全自動空氣輥道窯特點高低不同 分別選擇不同的爐襯材 料 最大限度地降低用戶成本 3 合理選擇上 下加熱室的高度與幾何形狀 既要保證窯腔內(nèi)有良 好的燒結(jié)氣氛 又要保證窯腔內(nèi)溫度場的均勻性 4 進一步提高窯爐的可靠性 合理選擇和安裝發(fā)熱體 關(guān)鍵件選擇 進口件 在機械傳動中要認真考慮運動部件受熱膨脹 變形等問題 全自動空氣輥道窯特點 5 重視窯爐安全保護措施設(shè)計 考慮到輥道窯的特殊性 在推板電 窯的保護措施的基礎(chǔ)上 增加驅(qū)動電機故障 產(chǎn)品堆積卡窯等報警 功能 在處理堆積卡窯故障時 有自動防止輥棒彎曲變形的正反轉(zhuǎn)功能 6 采用模快化設(shè)計 便于運輸與維修 輥道窯主要包括窯體 送取料傳動系統(tǒng) 溫度控制系統(tǒng) 送排氣 系統(tǒng)等 窯體是由窯墻 窯頂和窯底組成的 窯內(nèi)輥道平面又將窯內(nèi)空間分為上 下兩個部分 全自動空氣輥道窯組成內(nèi)空間分為上 下兩個部分 送取料傳動系統(tǒng)由調(diào)速電動機 蝸輪減速機 離合器 齒輪及輥子 和支座等構(gòu)成 電加熱系統(tǒng)由溫控系統(tǒng)采用集散型控制方式 由帶通訊接口的智能 溫控儀 可控硅觸發(fā)器和可控硅模塊組成 送排氣系統(tǒng)包括包括送風機 排氣風機 管道 流量計及調(diào)節(jié)閥門 可根據(jù)工藝要求方便調(diào)節(jié)送 排氣量大小 全自動空氣輥道窯各段結(jié)構(gòu)預(yù)熱帶截面冷卻帶截面低溫冷卻帶截 面燒成帶截面全自動空氣輥道窯送取料傳動系統(tǒng)窯體部分分為4段 由4臺電機驅(qū)動 變頻調(diào)速 在窯頭設(shè)置一個入口橫送架 自動將返回軌道上的托盤和產(chǎn)品送到 窯口 在窯尾設(shè)置一個出口橫送架 將出窯的托盤和產(chǎn)品自動送到返回架 上 全自動空氣輥道窯溫度控制系統(tǒng)溫控系統(tǒng)采用集散型控制方式 由 帶通訊接口的智能溫控儀 可控硅觸發(fā)器和可控硅模塊組成 具有整機電路簡單 性能可靠 抗干擾能力強等特點 寬體輥道窯的溫度屬純滯后 大慣性的對象 是一種時變 非線性 分布參數(shù)的對象 因此 溫控系統(tǒng)宜采用智能PID控制 智能溫控儀和可控硅觸發(fā)器按PID控制算法移相觸發(fā)0 100 輸出連續(xù)調(diào)控 設(shè)有手動及自動PID調(diào)節(jié) 自動跟蹤 自動補償 空氣推板窯 本設(shè)備主要用于鈷酸鋰 錳酸鋰和三元材料的燒結(jié)合 成 也可用于燒結(jié)硬磁鐵氧體材料 PTC元件 瓷片電容 電視機偏 轉(zhuǎn)線圈磁芯等 空氣推板窯裝備合成工藝對設(shè)備的要求1 燒結(jié)時間和燒結(jié)溫度的可 調(diào)節(jié)性鋰電池正極材料在適宜的燒成溫度下應(yīng)有一定的保溫時間 恒溫段的長度 以使匣缽內(nèi)外溫度趨于一致 保證匣缽內(nèi)物料料 充分燒結(jié)空氣推板窯證匣缽內(nèi)物料料充分燒結(jié) 2 降溫速率的控制合適的降溫速率對產(chǎn)品的性能影響極大 同時 用于裝載物料的特殊匣缽熱震性能差 降溫速率的控制非常關(guān)鍵如 果冷卻速度太快 會引起匣缽炸裂 如果冷卻速度太慢 則出窯溫 度過高 合成工藝對設(shè)備的要求3 運行可靠性和窯內(nèi)氣氛的確保鈷酸鋰粉末 材料非常昂貴 燒結(jié)設(shè)備的任何微小故障都可能給用戶造成大的損 失這就要求設(shè)備整體包括易損空氣推板窯可能給用戶造成大的損失 這就要求設(shè)備整體包括易損件 如加熱元件等 都運行可靠且使 用壽命長 另外 在燒結(jié)過程的特定階段應(yīng)保持一定的氣氛 以保 證料粉中物理化學過程的進行 設(shè)備的要點1 確保工藝調(diào)整方便 可靠不同的鋰電池原料需要不同 的燒結(jié)工藝 這就要求我們的燒結(jié)窯爐具有較寬的工藝調(diào)整范圍 2控制降溫速率 保證產(chǎn)品性能 保證防止匣缽炸裂空氣推板窯2 控 制降溫速率 保證產(chǎn)品性能 保證防止匣缽炸裂由于計算出理論降 溫速度較困難 我們需要依據(jù)長時間的實驗數(shù)據(jù)來設(shè)計降溫區(qū) 我 們常用的降溫方法有采用合適的拱頂抬高爐膛 以及調(diào)節(jié)進 排風 量使之梯度降溫 在高溫區(qū)后設(shè)計了間接風冷結(jié)構(gòu) 以使物料在400 前緩慢降溫 設(shè)備的要點我的早氵世本來也是不嚴重的 一直不好意思去看醫(yī)生 拖到現(xiàn)在都呈中度的了 得趕緊找老中醫(yī)求救了 我之前每天都 覺得好苦逼 老婆也是經(jīng)周不高興 每次同房我的早氵世本來也是 不嚴重的 一直不好意思去看醫(yī)生 拖到現(xiàn)在都呈中度的了 得趕 緊找老中醫(yī)求救了 我之前每天都覺得好苦逼 老婆也是經(jīng)周不高 興 每次同房空氣推板窯都看她沒什么興趣 也沒有滿足過他 后 面聽了朋友的介紹 一個叫馬天長的老中醫(yī)治好了我 他的徽都看 她沒什么興趣 也沒有滿足過他 后面聽了朋友的介紹 一個叫馬 天長的老中醫(yī)治好了我 他的徽 亻言是亻言是msdf003 在這里謝 謝他 磷酸鐵鋰主要合成裝備磷酸鐵鋰合成時對溫度和氣氛非常敏感 對合成裝備要求較高磷酸鐵鋰合成時對溫度和氣氛非常敏感 對 合成裝備要求較高1 要有嚴密的氣氛保護系統(tǒng) 確保磷酸鐵鋰材料 中的Fe2 不被氧化 2 溫度場均勻 且升溫速度可控 精確度高 保證合成的磷酸鐵鋰顆粒 均勻細小 提高鋰離子擴散能力 3 合 成時間精確可調(diào) 保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 磷酸鐵鋰主要合成裝備磷酸 鐵鋰合成時對溫度和氣氛非常敏感 對合成裝備要求較高磷酸鐵鋰 合成時對溫度和氣氛非常敏感 對合成裝備要求較高4 由于在生產(chǎn) 過程中產(chǎn)生大量的反應(yīng)氣體 這些廢氣必須迅速排出 防止在爐內(nèi) 反復(fù)循環(huán)消耗C源 使LiFePO4中C源不可控 影響最終成品質(zhì)量 5 往往在廢氣中含有大量水汽等物質(zhì) 在排氣過程中容易產(chǎn)生結(jié)露 并回流到爐內(nèi) 對爐內(nèi)氣氛和產(chǎn)品產(chǎn)生二次污染 國內(nèi)主流的磷酸鐵鋰合成裝備 連續(xù)式帶式爐 鋼帶爐和網(wǎng)帶爐 氣氛推板窯磷酸鐵鋰主流合成裝備 氣氛推板窯 真空爐 回轉(zhuǎn)窯連續(xù) 式帶式合成鋼帶爐連續(xù)式帶式合成鋼帶爐 無人工干預(yù) 鋪料均勻 溫度場穩(wěn)定 無舟皿裝料無燒結(jié)或還原死角 氣氛均勻 爐型特點 溫度控制精確 分布均勻 質(zhì)量穩(wěn)定可靠 自動化程度高 減少 勞動強度 節(jié)約人工成本 連續(xù)式帶式合成鋼帶爐 這種爐型在合成LiFePO4材料的升溫過程中 鋼帶傳熱速度快 接近鋼帶物爐型特點傳熱速度快接鋼帶物料層 過熱 出現(xiàn)物料垂直方向加熱不均勻的現(xiàn)象 這種問題可通過調(diào)節(jié) 鋪料厚度與控制帶速等工藝參數(shù)來解決 如果只采用一臺設(shè)備完成預(yù)燒及合成 預(yù)燒產(chǎn)生的大量氣體對爐內(nèi) 氣氛和溫度影響較大 在爐內(nèi)容易產(chǎn)生氣體紊亂 冷卻段出現(xiàn)水珠 凝結(jié) 造成產(chǎn)品在出爐時局部氧化連續(xù)式帶式合成鋼帶爐特點局部 氧化 連續(xù)式帶式合成鋼帶爐特點 采用帶式爐二段式合成即預(yù)燒 燒結(jié)合 成預(yù)燒階段發(fā)生的主要反應(yīng)1 FeC2O4 2H2O FeC2O4 2H2O2 FeC2O4 FeO CO CO23 NH4H2PO4 NH3 H3PO44 H3PO4 Fe2O3 FePO4 H2O連續(xù) 帶式合成鋼帶爐特點 燒結(jié)階段發(fā)生的主要反應(yīng)1 4FePO4 2LiCO3 C 4LiFePO4 3CO2 2 2FePO4 LiCO3 C 2LiFePO4 CO2 CO 采用二段式 合成時 Fe2 不容易被氧化 基本無雜相 產(chǎn)品均一 性能穩(wěn)定可 靠 連續(xù)帶式合成網(wǎng)帶爐連續(xù)帶式合成網(wǎng)帶爐的特點網(wǎng)帶式爐燒結(jié)磷酸 鐵鋰有以下優(yōu)勢 1 網(wǎng)帶自動傳動 安全可靠 勞動強度低 2 溫度場均勻 氣氛穩(wěn)定 3 采用網(wǎng)帶傳動 匣缽裝盛物料 粉末 不直接接觸馬弗 傳熱速度慢且均勻 但其在匣缽死角區(qū)域出現(xiàn)粉末不均勻 容易產(chǎn)生輕度的氧化斑點 專用合成真空爐真空爐生產(chǎn)磷酸鐵鋰的優(yōu)劣使用真空爐生產(chǎn)LiFePO4 的優(yōu)勢 溫度場均勻 無氣氛污染 無氧化 生產(chǎn)成本低 使用 真空爐生產(chǎn)LiFePO4的缺點 在抽真空時 低密度的合成原料粉末容 易被抽出 造成浪費 污染爐膛及連接管道 預(yù)燒反應(yīng)生成的氣量 大 很難及時排出 氣氛保護回轉(zhuǎn)爐 優(yōu)勢連續(xù)式生產(chǎn) 產(chǎn)量大 氣氛保護回轉(zhuǎn)爐 缺點爐管內(nèi)部摩擦因素的不同 不同顆粒粉末a b 在爐內(nèi)的運動軌跡也不同 放大來看也就是物料在爐內(nèi)分布不均 帶的熱量有大有小且行程各有長短 造成爐管內(nèi)不同位置點的溫度 差異 各點物料合成時間不同 嚴重影響LiFePO4材料的性能 并且在高溫下粉末容易粘附爐管內(nèi)壁 出現(xiàn)粉末粒度不均勻情況 同時振打爐管時產(chǎn)生噪音 氣氛推板窯 目前使用較為成熟的合成窯爐 即全氣氛推板窯 國內(nèi) 一些廠家根據(jù)磷酸鐵鋰的合成特性 專門設(shè)計了一種全自動氣氛推 板窯 采用自動進出料 所有動作PLC控制 操作簡單 氣氛推板窯 特點 獨特的爐膛結(jié)構(gòu)和排氣系統(tǒng)設(shè)計 使爐內(nèi)的氣氛流動可控 反 應(yīng)之后的廢氣能及時地從爐體排出 防止在爐內(nèi)反復(fù)循環(huán)消耗C源 溫生 爐內(nèi)氣氛不會在氣較低的部分產(chǎn)結(jié)露現(xiàn)象不會造成水蒸氣回 流到爐內(nèi)對產(chǎn)品產(chǎn)生二次污染 發(fā)熱體在爐膛內(nèi)上下均勻布置 每一區(qū)設(shè)置了兩個控溫點和一個檢 測點 保證了LiFePO4材料對溫度均勻性的要求 氣氛推板窯特點 該裝備窯體為全封閉式 爐內(nèi)氧含量可達10ppm以 下 能充分滿足LiFePO4材料對氣氛的要求 由于在燒結(jié)前期產(chǎn)生大量氣體 造成預(yù)燒段發(fā)熱體非常容易斷裂 給正常生產(chǎn)造成諸多不便 針對此項問題 我司成功的解決了這一難題 磷酸鐵鋰生產(chǎn)裝備比較溫度均勻性保護氣氛產(chǎn)量可操作性合成質(zhì)量 生產(chǎn)成本設(shè)備成本鋼帶爐溫度均勻性保護氣氛產(chǎn)量可操作性合成質(zhì) 量生產(chǎn)成本設(shè)備成本鋼帶爐好一般大強好中中網(wǎng)帶爐好一般中強好 中中網(wǎng)帶爐好般中強好中中推板窯好較好中強好中中真空爐好無需 氣氛小強好低高回轉(zhuǎn)窯中一般大一般差低中 無論是氣氛推板窯 帶 式爐 真空爐和回轉(zhuǎn)窯 反應(yīng)廢氣的迅速排出和水汽結(jié)露一直是困 擾著設(shè)備生產(chǎn)廠商的兩個難題 也是最容易被人忽視的兩個問題 對此我們開展了大量工作和生產(chǎn)實驗 我們獨特的經(jīng)驗和方法 已 經(jīng)在一些設(shè)備中得到磷酸鐵鋰生產(chǎn)裝備小結(jié)了成功的應(yīng)用 如天津 斯特蘭 鄭州向日葵 深圳科雷拉等單位 隨著往后對電池材料更高質(zhì)量的追求和裝備的應(yīng)用升級 全氣氛保 護輥道窯和微波快速燒結(jié)將會得到廣泛的使用 結(jié)論新一代新能源動力電池材料裝備 必須適應(yīng)國際形勢的發(fā)展 努力實現(xiàn)以下幾個要求 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