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儒特集团范孝友：钠离子电池正极湿法研磨工艺及案例分享

时间：2024-04-19 来源： 浏览：

儒特集团范孝友：钠离子电池正极湿法研磨工艺及案例分享

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钠储一日同风起扶摇直上九万里，2024年4月9日-10日，由起点钠电、起点储能、PECA光储充联盟主办，金钠科技总冠名的2024（第四届）起点钠电论坛暨鲁班奖颁奖典礼-2024中国国际钠电&光储充大会暨展览会在深圳福田国际会展中心7号馆隆重举办。
在9日下午举办的专场论坛二：钠电池及储能智能制造专场上， 儒特集团 销售总监 范孝友表了《钠离子电池正极湿法研磨工艺及案例分享》的演讲。

图：儒特集团 销售总监 范孝友
正极材料方面，涉及到湿法研磨制浆。湿法研磨主要是以分散+研磨而组成的分散研磨系统，即粉体与溶剂适当比例混合通过分散形成均匀的悬浮液后进行研磨使产品磨细达到目标粒径。目前，精细化工、磷酸铁锂和钠电都会面临这个问题，对于湿法制浆工艺段，儒特做了很多年的基础性研究。
最早的时候，儒特是在精细化工领域做了很多年。设备是工艺的载体，所有的产品材料都是通过设备来实现，在此过程中，设备制造厂家和材料制造厂家关注的方向基本一致。比如想把客户的研磨制浆工艺做好，就得了解物料的特性，包括粉料、液体掉以及各种物料的特性、锂化特性、成品需要达到哪些锂化指标等等。材料制造厂家也需要根据物料的原始理化特性和目标来选择合适的设备，包括分散设备、研磨混合，包括均质设备等。此外，还需要根据研磨介质的特征，物料理化特性，匹配工艺。
在分散和研磨一体化研究方面，很多人关注的是研磨机性能，作为设备制造厂家，在工艺解决上，儒特更关注的是整个工艺系统，比如说前面的分散系统解决得是否到位、彻底，与之相匹配的研磨能否发挥出很好的效率。总之，分散和研磨，两者加合起来才是完整的工艺。
研磨工艺，预搅拌方面需要关注的是分散系统，线速度对物料的初级分散是否做得好，能否满足后期的深加工。所以对于前期的罐体的要求，搅拌设备的搅拌核心部件的尺寸都有一些比例关系。通过多年的摸索，儒特也总结出了一些经验，比如搅拌线速度在什么区间比较合理，以及搅拌和直径比怎样才是合理的。
分散研磨，从团聚的现象分散，从颗粒的现象分散成小颗粒，解聚和真正研磨的区分在于，解聚只是分散的概念，就是把物料本身是已经很小的颗粒，通过粉包液的状态形成团聚现象，在此过程中解聚开，这就形成了分散。真正的研磨，前面的凝聚体或者是单晶颗粒做粉碎和破碎的作用，这才是真正的研磨。
对于粉碎、解碎、分散和研磨真正做到什么样的线速度区间才合理，我们也通过一系列的实验和论证做了一些数据总结。在研究分散和研磨体系的时候，我们也是通过系统能量守恒来分析总结它，实现破碎加发热，我们经常用到冷却的设备，包括冷却水等，能量的带走流失也是破碎的一种补充。在此过程中，我们选择不同的线速度，对物料的破碎作用能达到什么样的效果，如果线速度过高，对于整个设备的损伤就比较大，比如研磨介质的磨耗，包括设备自身的故障率等都会提高。如果我们的线速度容量不够，对物料的破碎作用就达不到。所以我们也是通过能量守恒来确定，我们通过模型建设总结出了很多数据，这就是研磨破碎的示意图。这里面影响的因素非常多，比如说从设备的角度来说，设备的结构、设备钻子的速度，包括填充率等，都会对研磨产生很大的影响，比如黏度、停留时间等。
研磨介质方面，常规的原始粒径和目标粒径，以及研磨介质的匹配数据模型，可以针对我们的产品，比如要求300纳米，我们选择什么样的研磨介质，研磨介质的粒径选择什么样的合适，我们也有数据支撑。从儒特角度来说，我们也是对行业里的各种研磨介质做了一些对比和分析。
我们做研磨机的过程中，经过多年跟各个科研院校进行合作，上面因子的变化，80%是指填充率，包括线速度的变化，相当于我们选择了两个维度参数来进行建模，分析研磨碰撞的能量情况。针对线速度和填充率的不同，对于节选其中一个部位的碰撞次数的仿真模拟。能量在研磨过程中会涉及到冷却效果，对于物料的温度控制得好不好，就要从设备的结构上，通过仿真模拟去计算能量分布集中在什么区域，怎么设计冷却结构才最好，这也是通过模型来分析。
通过预混设备物料流速的研究，我们最终获得的线速度对于物料所产生的破碎作用能形成什么样的效果，这也是通过流体力学做的分析。
儒特的砂磨机优势明显。
第一，效率高，粒径分布均匀。目前在行业里也是做了很多案例，通过CFD流体仿真+EDM颗料仿真，耦合模拟仿真，计算筛网和拨珠轮之间能量强度。通过调整拨珠轮结构及与筛网之间间隙等因子，增大拨珠轮与筛网之间离心力。较大的颗料在离心力作用下，去往能量密度大的区域，进行再次破碎。破碎后的颗料在能量密度小的区域进行润湿和助剂包覆，避免颗料出现二次团聚现象。通过对砂磨机填砂量的分析，不同直径棒钉分析，不同转子长度分析，不同转子距离分析，不同拨珠轮角度分析，不同物料粘度因子（如下图，展示部分研究成果）等，砂磨机能量密度高，能量利用率高。
第二，不容易堵料。设备运行时，拨珠轮旋转产品的离心力，大颗料物料和研磨介质在离心力的作用下，在筛网表面运行一段距离后，通过拨珠轮的U型槽，流到拨珠轮和内筒体之间，然后在拨珠轮的推力作用下，送往进料口方向。当物料达到一定粒径后，物料才能克服拨珠轮的离心力，流出研磨腔体。通过控制离心力的大小和方向，减少物料和锆珠停留在筛网表面的时间。增加锆珠在筛网表面运行速度，清洁筛网表面的异物。研磨后物料粒径分布均匀，没有大颗料堵塞筛网。
第三，安全性好。内筒体选用碳化硅材质，热传导率高，冷却效果好；碳化硅外包铝合金，安全系数高，及时碳化硅筒体破裂，冷却水也不会进入物料。棒钉寿命长。砂磨机腔体内部能量分布均匀，棒销拨珠能力强，拨珠的力比较柔。棒销磨损比较小。棒销所用聚氨酯为进口品牌，材料耐磨性能好。
第四，节能选用永磁直驱电机，传动效率高，能耗低，比传统三相异步电机节能30%。能量利用率高，同等产能情况下，能耗降低10%左右。仿真模拟研磨腔体内部研磨介质接触次数。从能耗的角度来说，从成本上控制材料成本。
常规所应用到的实验室应用的砂磨机，目前最小的可以做到80毫升，主要是用于实验室的材料论证以及材料开发。搅拌罐也有很多不同的结构，包括低速、高速、高低速组合。
行业经常所采用的设备结构类型，从粉体角度来说这是几种不同结构的料仓和部件，我们在锂电行业也做了很多的产品提供，目前我们也具备陶瓷管的生产制造，主要是为了杜绝金属污染。
我们也在实验室里给客户做打样分析和产品论证，包括小样的数据分析配合等。同时，儒特在行业里做的智慧工厂，能从前端物料的存储、分配到成品的出库等产线可以做到全自动化运营流程。此外，儒特目前在磷酸铁锂、钠电、固态电解质等行业已经有研磨机等合作案例。
最后，再简单介绍一下儒特。
儒特成立于2012年，专注于高端智能装备和智慧工厂总包服务，始终致力于成为全球精细化工和新材料领域核心智能装备制造和智慧工厂双一流企业。致磨新材料多年来以纳米氧化锆、纳米氧化铝等作为产品切入点，不断向新材料领域的横向和纵向延伸，致力于成为纳米新材料领域的平台式企业！我们有150亩地制造基地，目前所承接的钠电，包括磷酸铁锂产线，除了核心的窑炉、喷雾干燥、气流粉碎三大件设备之外，其他90%几都是实现自己的产品自制。还有新材料板块，新材料板块主要是陶瓷管件、研磨介质等。这是车间的生产设备和生产状态，这是相关的资质，比如安装资质和生产质量体系认证等。这是常规合作的合作品牌和合作供应商。
儒特成本内控原则是主流同行的成本价，差价作为利润全部返给客户，所谓的营销就是营造销售环境，为客户营造一个很好的应用场景，那就是获得双方的共同成功。这是我们的研发方面，和各大科研院所进行多年的合作，目前有实用新型专利70多项，发明专利39个。
2023年也成立了院士工作站，儒特目前也是在进入资本市场的进程中，对于科研研发和市场关注度在行业里也是前列。
谢谢大家！
注：上述内容根据速记整理，未经演讲嘉宾审核

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