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    單錐真空干燥機在鋰電池材料二次深度烘干中的運用

    發布時間:2022-05-12

     隨著新能源汽車對鋰離子動力電池的電化學性能和安全性能的要求越來越高,對有機電解質體系鋰離子電池的構成材料及電池制作過程的水分控制要求也越來越苛刻。由于電池中存在的水分在電池充放電過程中會與電解質組分發生系列化學反應:

    (1) H2O得電子分解產生OH-H2;OH-與電解質中的Li+反應生成固態LiOH;LiOH進一步得電子并與Li+反應生成無電化學活性的Li2OH2;

    (2) 電解質鹽LiPF6H2O存在的情況下分解并反應生成HF、LiFPF3O;HF與電解液中的碳酸酯溶劑反應生成H2OCO2;反應生成的H2O將進一步引起電解質鋰鹽分解,形成惡性循環。

    上述化學反應將導致鋰離子電池隨著充放電循環的進行發生極片膨脹、脹氣現象以及電解液不斷消耗進而電化學性能劣化等問題。因此對鋰離子電池制作過程(包括極片制作和電芯制作)的水分控制一直是電池廠商的關注重點。近期因高鎳多元鋰離子電池正極材料以及新型多孔碳負極材料或添加劑等鋰離子電池原材料在制備及儲存過程中極易吸水,或導致材料性能變化從而在制備電極片時勻漿困難,或導致 極片烘烤時水分難以控制等系列問題,引發了鋰離子電池材料廠商和電池廠商對于鋰離子電池粉體材料進行深度干燥的思考和重視,即粉體材料中的水分含量越低越好。深度干燥的參考標準為被干燥后粉體材料中的水分含量≤500ppm。

    干燥是用熱能使一定濕度的物料中的濕分化為氣體,再用抽吸或氣流將蒸氣移走而達到去濕目的的操作。傳統鋰離子電池粉體材料常用的干燥方法有爐箱體常壓干燥和混合釜真空干燥。爐箱體常壓干燥通常是將粉體物料放置在爐腔或箱體內,通過電熱絲加熱蒸出水分,以及持續通入常溫氣體來帶走水分的方法。

     

    鋰電池材料二次深度烘干常規工藝分析

    鋰電池材料磷酸鐵鋰經配比合成,并進一步加工成電池正極材料的過程中,需要嚴格控制其各種指標。其中,電極片加工過程中需嚴格控制磷酸鐵鋰材料的水分含量,當磷酸鐵鋰粉體的水分含量過高時,會對電池性能的發揮產生影響。磷酸鐵鋰水分含量在400500ppm0.04%~0.05%,百萬分比濃度)之間時循環性能是zui佳的,并且當水分含量超過600ppm時電化學性能嚴重衰減,在極片表面上發生顆粒破裂,并且電池的內阻和電化學反應電阻顯著增加。因此,水分含量控制是制備磷酸鐵鋰電池材料的關鍵技術。

    鋰電池材料二次深度烘干工藝中,干燥過程使用雙錐旋轉真空干燥器來干燥材料。根據真空干燥原理,該設備通過降低干燥設備的壓力,降低水的沸點溫度,增加水的蒸發能力,進一步降低磷酸鐵鋰的含水量。但是,干燥過程中需一直保持干燥室的高真空度,會導致成本增加。且干燥過程中,磷酸鐵鋰粉體之間的分散度不夠,會嚴重影響其干燥速率。即使干燥時間長達12小時,產品的含水量仍為約1000ppm,并已達到該工藝的干燥極限。另外,雙錐旋轉真空干燥機的填充率僅為3050%,加工量有限,不利于磷酸鐵鋰的大量生產。