儒特集團(tuán)范孝友：鈉離子電池正極濕法研磨工藝及案例分享
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鈉儲(chǔ)一日同風(fēng)起扶搖直上九萬里，2024年4月9日-10日，由起點(diǎn)鈉電、起點(diǎn)儲(chǔ)能、PECA光儲(chǔ)充聯(lián)盟主辦，金鈉科技總冠名的2024（第四屆）起點(diǎn)鈉電論壇暨魯班獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)典禮-2024中國國際鈉電&光儲(chǔ)充大會(huì)暨展覽會(huì)在深圳福田國際會(huì)展中心7號(hào)館隆重舉辦。
在9日下午舉辦的專場(chǎng)論壇二：鈉電池及儲(chǔ)能智能制造專場(chǎng)上，
儒特集團(tuán) 銷售總監(jiān) 范孝友 發(fā)
表了
《鈉離子電池正極濕法研磨工藝及案例分享》
的演講。
圖：儒特集團(tuán) 銷售總監(jiān) 范孝友
正極材料方面，涉及到濕法研磨制漿。濕法研磨主要是以分散+研磨而組成的分散研磨系統(tǒng)，即粉體與溶劑適當(dāng)比例混合通過分散形成均勻的懸浮液后進(jìn)行研磨使產(chǎn)品磨細(xì)達(dá)到目標(biāo)粒徑。目前，精細(xì)化工、磷酸鐵鋰和鈉電都會(huì)面臨這個(gè)問題，對(duì)于濕法制漿工藝段，儒特做了很多年的基礎(chǔ)性研究。
最早的時(shí)候，儒特是在精細(xì)化工領(lǐng)域做了很多年。設(shè)備是工藝的載體，所有的產(chǎn)品材料都是通過設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，在此過程中，設(shè)備制造廠家和材料制造廠家關(guān)注的方向基本一致。比如想把客戶的研磨制漿工藝做好，就得了解物料的特性，包括粉料、液體掉以及各種物料的特性、鋰化特性、成品需要達(dá)到哪些鋰化指標(biāo)等等。材料制造廠家也需要根據(jù)物料的原始理化特性和目標(biāo)來選擇合適的設(shè)備，包括分散設(shè)備、研磨混合，包括均質(zhì)設(shè)備等。此外，還需要根據(jù)研磨介質(zhì)的特征，物料理化特性，匹配工藝。
在分散和研磨一體化研究方面，很多人關(guān)注的是研磨機(jī)性能，作為設(shè)備制造廠家，在工藝解決上，儒特更關(guān)注的是整個(gè)工藝系統(tǒng)，比如說前面的分散系統(tǒng)解決得是否到位、徹底，與之相匹配的研磨能否發(fā)揮出很好的效率?？傊?，分散和研磨，兩者加合起來才是完整的工藝。
研磨工藝，預(yù)攪拌方面需要關(guān)注的是分散系統(tǒng)，線速度對(duì)物料的初級(jí)分散是否做得好，能否滿足后期的深加工。所以對(duì)于前期的罐體的要求，攪拌設(shè)備的攪拌核心部件的尺寸都有一些比例關(guān)系。通過多年的摸索，儒特也總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)，比如攪拌線速度在什么區(qū)間比較合理，以及攪拌和直徑比怎樣才是合理的。
分散研磨，從團(tuán)聚的現(xiàn)象分散，從顆粒的現(xiàn)象分散成小顆粒，解聚和真正研磨的區(qū)分在于，解聚只是分散的概念，就是把物料本身是已經(jīng)很小的顆粒，通過粉包液的狀態(tài)形成團(tuán)聚現(xiàn)象，在此過程中解聚開，這就形成了分散。真正的研磨，前面的凝聚體或者是單晶顆粒做粉碎和破碎的作用，這才是真正的研磨。
對(duì)于粉碎、解碎、分散和研磨真正做到什么樣的線速度區(qū)間才合理，我們也通過一系列的實(shí)驗(yàn)和論證做了一些數(shù)據(jù)總結(jié)。在研究分散和研磨體系的時(shí)候，我們也是通過系統(tǒng)能量守恒來分析總結(jié)它，實(shí)現(xiàn)破碎加發(fā)熱，我們經(jīng)常用到冷卻的設(shè)備，包括冷卻水等，能量的帶走流失也是破碎的一種補(bǔ)充。在此過程中，我們選擇不同的線速度，對(duì)物料的破碎作用能達(dá)到什么樣的效果，如果線速度過高，對(duì)于整個(gè)設(shè)備的損傷就比較大，比如研磨介質(zhì)的磨耗，包括設(shè)備自身的故障率等都會(huì)提高。如果我們的線速度容量不夠，對(duì)物料的破碎作用就達(dá)不到。所以我們也是通過能量守恒來確定，我們通過模型建設(shè)總結(jié)出了很多數(shù)據(jù)，這就是研磨破碎的示意圖。這里面影響的因素非常多，比如說從設(shè)備的角度來說，設(shè)備的結(jié)構(gòu)、設(shè)備鉆子的速度，包括填充率等，都會(huì)對(duì)研磨產(chǎn)生很大的影響，比如黏度、停留時(shí)間等。
研磨介質(zhì)方面，常規(guī)的原始粒徑和目標(biāo)粒徑，以及研磨介質(zhì)的匹配數(shù)據(jù)模型，可以針對(duì)我們的產(chǎn)品，比如要求300納米，我們選擇什么樣的研磨介質(zhì)，研磨介質(zhì)的粒徑選擇什么樣的合適，我們也有數(shù)據(jù)支撐。從儒特角度來說，我們也是對(duì)行業(yè)里的各種研磨介質(zhì)做了一些對(duì)比和分析。
我們做研磨機(jī)的過程中，經(jīng)過多年跟各個(gè)科研院校進(jìn)行合作，上面因子的變化，80%是指填充率，包括線速度的變化，相當(dāng)于我們選擇了兩個(gè)維度參數(shù)來進(jìn)行建模，分析研磨碰撞的能量情況。針對(duì)線速度和填充率的不同，對(duì)于節(jié)選其中一個(gè)部位的碰撞次數(shù)的仿真模擬。能量在研磨過程中會(huì)涉及到冷卻效果，對(duì)于物料的溫度控制得好不好，就要從設(shè)備的結(jié)構(gòu)上，通過仿真模擬去計(jì)算能量分布集中在什么區(qū)域，怎么設(shè)計(jì)冷卻結(jié)構(gòu)才最好，這也是通過模型來分析。
通過預(yù)混設(shè)備物料流速的研究，我們最終獲得的線速度對(duì)于物料所產(chǎn)生的破碎作用能形成什么樣的效果，這也是通過流體力學(xué)做的分析。
儒特的砂磨機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯。
第一，效率高，粒徑分布均勻。目前在行業(yè)里也是做了很多案例，通過CFD流體仿真+EDM顆料仿真，耦合模擬仿真，計(jì)算篩網(wǎng)和撥珠輪之間能量強(qiáng)度。通過調(diào)整撥珠輪結(jié)構(gòu)及與篩網(wǎng)之間間隙等因子，增大撥珠輪與篩網(wǎng)之間離心力。較大的顆料在離心力作用下，去往能量密度大的區(qū)域，進(jìn)行再次破碎。破碎后的顆料在能量密度小的區(qū)域進(jìn)行潤濕和助劑包覆，避免顆料出現(xiàn)二次團(tuán)聚現(xiàn)象。通過對(duì)砂磨機(jī)填砂量的分析，不同直徑棒釘分析，不同轉(zhuǎn)子長度分析，不同轉(zhuǎn)子距離分析，不同撥珠輪角度分析，不同物料粘度因子（如下圖，展示部分研究成果）等，砂磨機(jī)能量密度高，能量利用率高。
第二，不容易堵料。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，撥珠輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)品的離心力，大顆料物料和研磨介質(zhì)在離心力的作用下，在篩網(wǎng)表面運(yùn)行一段距離后，通過撥珠輪的U型槽，流到撥珠輪和內(nèi)筒體之間，然后在撥珠輪的推力作用下，送往進(jìn)料口方向。當(dāng)物料達(dá)到一定粒徑后，物料才能克服撥珠輪的離心力，流出研磨腔體。通過控制離心力的大小和方向，減少物料和鋯珠停留在篩網(wǎng)表面的時(shí)間。增加鋯珠在篩網(wǎng)表面運(yùn)行速度，清潔篩網(wǎng)表面的異物。研磨后物料粒徑分布均勻，沒有大顆料堵塞篩網(wǎng)。
第三，安全性好。內(nèi)筒體選用碳化硅材質(zhì)，熱傳導(dǎo)率高，冷卻效果好；碳化硅外包鋁合金，安全系數(shù)高，及時(shí)碳化硅筒體破裂，冷卻水也不會(huì)進(jìn)入物料。棒釘壽命長。砂磨機(jī)腔體內(nèi)部能量分布均勻，棒銷撥珠能力強(qiáng)，撥珠的力比較柔。棒銷磨損比較小。棒銷所用聚氨酯為進(jìn)口品牌，材料耐磨性能好。
第四，節(jié)能選用永磁直驅(qū)電機(jī)，傳動(dòng)效率高，能耗低，比傳統(tǒng)三相異步電機(jī)節(jié)能30%。能量利用率高，同等產(chǎn)能情況下，能耗降低10%左右。仿真模擬研磨腔體內(nèi)部研磨介質(zhì)接觸次數(shù)。從能耗的角度來說，從成本上控制材料成本。
常規(guī)所應(yīng)用到的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的砂磨機(jī)，目前最小的可以做到80毫升，主要是用于實(shí)驗(yàn)室的材料論證以及材料開發(fā)。攪拌罐也有很多不同的結(jié)構(gòu)，包括低速、高速、高低速組合。
行業(yè)經(jīng)常所采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)類型，從粉體角度來說這是幾種不同結(jié)構(gòu)的料倉和部件，我們?cè)阡囯娦袠I(yè)也做了很多的產(chǎn)品提供，目前我們也具備陶瓷管的生產(chǎn)制造，主要是為了杜絕金屬污染。
我們也在實(shí)驗(yàn)室里給客戶做打樣分析和產(chǎn)品論證，包括小樣的數(shù)據(jù)分析配合等。同時(shí)，儒特在行業(yè)里做的智慧工廠，能從前端物料的存儲(chǔ)、分配到成品的出庫等產(chǎn)線可以做到全自動(dòng)化運(yùn)營流程。此外，儒特目前在磷酸鐵鋰、鈉電、固態(tài)電解質(zhì)等行業(yè)已經(jīng)有研磨機(jī)等合作案例。
儒特成立于2012年，專注于高端智能裝備和智慧工廠總包服務(wù)，始終致力于成為全球精細(xì)化工和新材料領(lǐng)域核心智能裝備制造和智慧工廠雙一流企業(yè)。致磨新材料多年來以納米氧化鋯、納米氧化鋁等作為產(chǎn)品切入點(diǎn)，不斷向新材料領(lǐng)域的橫向和縱向延伸，致力于成為納米新材料領(lǐng)域的平臺(tái)式企業(yè)！我們有150畝地制造基地，目前所承接的鈉電，包括磷酸鐵鋰產(chǎn)線，除了核心的窯爐、噴霧干燥、氣流粉碎三大件設(shè)備之外，其他90%幾都是實(shí)現(xiàn)自己的產(chǎn)品自制。還有新材料板塊，新材料板塊主要是陶瓷管件、研磨介質(zhì)等。這是車間的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)狀態(tài)，這是相關(guān)的資質(zhì)，比如安裝資質(zhì)和生產(chǎn)質(zhì)量體系認(rèn)證等。這是常規(guī)合作的合作品牌和合作供應(yīng)商。
儒特成本內(nèi)控原則是主流同行的成本價(jià)，差價(jià)作為利潤全部返給客戶，所謂的營銷就是營造銷售環(huán)境，為客戶營造一個(gè)很好的應(yīng)用場(chǎng)景，那就是獲得雙方的共同成功。這是我們的研發(fā)方面，和各大科研院所進(jìn)行多年的合作，目前有實(shí)用新型專利70多項(xiàng)，發(fā)明專利39個(gè)。
2023年也成立了院士工作站，儒特目前也是在進(jìn)入資本市場(chǎng)的進(jìn)程中，目前對(duì)于科研研發(fā)和市場(chǎng)關(guān)注度在行業(yè)里也是前列。
注：上述內(nèi)容根據(jù)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審核
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