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锂电正极三元材料高混机什么涂层材料耐磨性好

2018-11-20 9:28:52      点击:
随着三元材料电池装机的占比超过了磷酸铁锂,三元材料已经成为正极材料当中的主流发展方向。而生产三元材料的高混机,因为操作简单,针对锂电池正极材料的混合效率高,均匀性好。,而被广泛用于三元材料生产过程中。三元材料生产过程,包括一次混料,烧结,筛分除铁,粗碎,气流粉碎,半成品,二次混料,二次烧结,筛分除铁,包装,成品。混料过程出现了两次次,可见高混机在三元材料生产工艺中是不可缺少的重要设备。
   无论是国内生产高混机厂家例如无锡罗斯、上海申银等,或者是从德国、日本进口的高混机也罢。高混机在出厂时候多数带的是碳化物涂层,而在这种先入为主的情况下,给使用高混机生产三元材料的厂家用户种上了一种思维定向:为了耐磨和隔离金属,在高混机内壁和桨叶上制作涂层,而涂层的“标配”是使用碳化钨涂层。观念无对错,只要解决了问题就可以。

 图(1)高速混料机搅拌叶片表面喷涂碳化钨涂层
   那么在高混机设备生产厂家为何把碳化钨涂层作为“标配“呢?生产三元材料的高混机涂层用碳化钨制作涂层有什么好处呢?
探讨使用什么涂层之前,我们先看下高混机的混料工作原理:
高混机的混料筒内多采用立式结构,筒体内装有2层桨叶(有的是三层垂直叶片和一面侧桨),通过桨叶的高速旋转,使三元材料原始物料沿桨叶切向运动,在离心力作用下被抛向筒壁,并且沿壁面上升,上升的物料一部分在重力的作用下又落回叶轮中心,另一部分物料撞向锅盖后落下。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。另外折流板及侧桨叶更搅乱了料流,使之形成无规则运动,并在折流板附近形成很强的涡流,促进物料进一步均匀分散和混合,为了防止物料磨损内壁及桨叶产生磁性异物,筒壁和桨叶上面需要制作涂层,因为三元材料的物料颗粒比较硬要考虑涂层的耐磨性,也要考虑涂层本身是非金属材质,还要顾及到摩擦产生60度以上的高温传导或者是耐高温性能。总结下来生产三元材料的高混机涂层三要素是:耐磨性能优,耐高温,涂层材质不能含有金属成分。

图(2)高混机桶体混料时大面积接触物料采用耐磨涂层后减少金属杂质
   从这3个要素考虑的话,耐磨性能和耐高温就排除了钨钢硬质合金、特氟龙,聚氨酯,哈拉ECTFE等这些普通的防腐耐磨涂层,因为特氟龙、聚氨酯和哈拉ECTFE这些涂层虽然是非金属材质,磨损下来也增加金属异物。但是聚氨酯不耐磨不耐高温,特氟龙、哈拉即使能够耐高温不能够高强度磨损,钨钢硬质合金这些本身属于金属材质虽然耐磨耐高温但是不能使用于三元材料的生产工艺中。
   很简单的大家都考虑起来碳化钨涂层,碳化钨在耐高温、耐磨损、以及成分上面是什么样子的呢?
百科是这么介绍的碳化钨(Tungsten Carbide),是一种由钨和碳组成的化合物。分子式为WC,分子量为195.85,属于非金属材质。在碳化钨涂层中,碳原子嵌入钨金属晶格的间隙,并不破坏原有金属的晶格,形成填隙固溶体,因此也称填隙(或插入)化合物。
硬度与金刚石相近,碳化钨喷涂层的硬度一般是HV1200以上;
碳化钨是热的良好导体;
耐高温550度以内是没有问题的;而碳化钨材质本身不是金属成分,磨损速度慢,磨损下来也不增加金属异物,磨损下来的成分送到烧结部分的话,也不易行成磁性异物,即使形成钨的分解也是有限的。
综上所述,耐高温60-100度,耐磨损,非金属成分,三元材料高混机涂层三要素都达到了,而且导热性也没有问题。
碳化钨涂层属于一个老工艺,老工艺应用在新材料生产中对于设备厂商来讲是比较划算的,不用研发不用太多考究,既达到降低了磁性异物进入,同时耐磨性能和耐高温比聚氨酯特氟龙这些高出数倍,所以碳化钨涂层顺理成章的成为了高混机设备厂家的“标配“。

看上去碳化钨涂层好像是高混机设备厂家的首选“标配“了,在磨损大的高混机上面也确实提高了耐磨周期,达到半年到2年之间。但是碳化物涂层有3个问题是生产三元材料的厂家索要考虑的,也是喷涂碳化钨涂层的施工方所要提升的地方。这3个问题不解决,对于三元材料生产厂家后期使用涂层中是会带来3个麻烦的。

图(3)三元正极材料高速混料机生产车间

第一个麻烦:碳化钨涂层本身是非金属成分,硬度高,磨损速度慢,磨损下来的成分进入物料中,烧结时候温度超过550度会发生氧化分解,分解出来的钨粉成分属于金属异物,增加了三元材料的磁性异物PPB数值,对于高要求产品品质的电池厂家来讲,有可能对三元材料厂家发起退货要求,这就会造成生产三元材料厂家很大的经济损失和名誉损失。

第二个麻烦:碳化钨涂层因为“挖坑然后填坑“式的涂层,本身结合力是有限的,越往外结合力越差,也就是厚度不能太厚一般现在喷涂碳化钨涂层厚度控制在0.3mm,再厚的话碳化钨涂层是容易剥落的。0.3mm的碳化钨涂层在磨损上面是有极限值的,连续性高强度磨损半年时间,一般磨损和间歇性磨损2年时间,后期是要修复碳化钨涂层。
第三个麻烦:碳化钨涂层修复是早晚的事情,现在多数三元材料生产厂家是2016年之后新进来的高混机等设备,涂层在质保期内,可以免费修复喷涂。即使这样子碳化钨涂层拆卸、运输返厂、碳化钨涂层喷涂、再运输回来、安装,耗费的人力和财力不说、时间都要耗费15天左右。15天的施工周期对于其他行业来讲可能问题不甚大,但是对于分秒必争的正极材料行业,落后一天可能就要被同行挤下舞台,更不要说可怕的15天了。
   碳化钨涂层给三元材料生产厂家带来的3个麻烦一直存在着,等到三元材料产品质量要求更高,同行竞争更大的时候,3个麻烦会凸显的更加明显,也更加致命性。所以在前进中改变,在改变中前进,留给碳化钨涂层厂家时间不多了。加把劲,你不加把劲,我不加把劲,碳化钨涂层就要被加把劲退出三元材料生产厂家使用的选择项。
   我司北京ag官网从07年开始进入耐磨防腐行业,针对磨损、腐蚀的具体问题具体分析,,具体给予解决方案。14年深入研究锂电正极材料生产过程以及物料要求隔离金属异物的需求,研发出来了耐磨损强度超过碳化钨涂层5倍、耐高温NO问题、非金属成分高温烧结不分解金属异物的纳米涂层!
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