Пример применения электромагнитных вибрационных питателей в производстве катодных и анодных материалов для литиевых аккумуляторов

Краткое содержание

Катодные материалы для литиевых аккумуляторов — литий‑железо‑фосфат, трёхкомпонентные материалы и их прекурсоры — предъявляют чрезвычайно жёсткие требования к точности и чистоте оборудования для подачи порошков на таких этапах производства, как дозирование, спекание и заливка, измельчение и транспортировка, а также упаковка готовой продукции. Электромагнитные вибрационные питатели серии AT BR FZH/FZL внедрены на массовых производственных линиях многих ведущих предприятий по выпуску материалов для литиевых аккумуляторов, охватывая весь технологический цикл — от точного дозирования и смешивания прекурсоров до высокоточного взвешивания и упаковки готовой продукции. В настоящей статье представлены практические решения и эксплуатационные данные по применению электромагнитных вибрационных питателей на четырёх ключевых стадиях технологического процесса.

Отраслевая история

С момента бурного роста рынка электромобилей глобальная производственная мощность литиевых аккумуляторов увеличилась почти в пять раз, при этом на Китай приходится более 70% этого прироста. Катодные материалы — литий‑железо‑фосфат (LFP), трёхкомпонентные материалы (NCM/NCA) — а также прекурсоры составляют наибольшую долю в структуре себестоимости ячейки и предъявляют самые строгие требования к оборудованию для обработки порошков.

Общая проблема этих материалов — их высокая плотность, низкая сыпучесть, склонность к образованию мостиков и чувствительность к металлическим загрязнениям. Традиционные методы транспортировки, такие как шнековые и ленточные конвейеры, с трудом обеспечивают одновременно требования к точности, чистоте и низким эксплуатационным расходам. Электромагнитные вибрационные питатели серии ATBR FZH/FZL специально разработаны для таких условий эксплуатации.

Стадии процесса и требования к питанию

1. Ко-осаждение предшественников — дозирование с регулированием подачи

Процесс подготовки трёхкомпонентных прекурсоров: растворы солей никеля, кобальта и марганца непрерывно подаются в реактор одновременно со щелочным раствором и комплексообразующим агентом; при этом pH, температура и скорость перемешивания должны строго контролироваться. По завершении реакции полученная суспензия подвергается фильтрации, промывке и сушке; затем полученный порошок направляется на следующий этап смешения.

Здесь кроется часто игнорируемое ограничение по точности: дозированная подача сухого порошка‑прекурсора в смеситель. Порошок‑прекурсор обычно имеет средний размер частиц D50 3–15 мкм и высокую долю мелких частиц, что делает образование пыли и прилипание к стенкам обычным явлением.

Скорость подачи электромагнитного вибрационного питателя серии ATBR FZH регулируется путём изменения тока в обмотке, при этом регулирование осуществляется бесступенчато по всему диапазону. При использовании с тензодатчиком для замкнутого контура управления точность дозирования от партии к партии может быть поддержана на уровне ±0,5%. Вибрирующий желоб выполнен из нержавеющей стали марки 304 в единой конструкции; внутренняя поверхность полирована до шероховатости Ra ≤ 0,8 мкм, что существенно снижает адгезию порошка к стенкам.

2. Спекание литий‑железо‑фосфатного материала — загрузка в саггар

Основным методом получения литий‑железо‑фосфата является высокотемпературный твёрдофазный синтез: в стехиометрических соотношениях смешивают источник лития (карбонат лития или гидроксид лития), источник железа (фосфат железа) и источник углерода, загружают полученную смесь в тигель и проводят спекание при 700–800 °C в атмосфере азота.

На этапе загрузки в тигель равномерность является ключевым критерием качества. Если толщина слоя при загрузке отклоняется более чем на 2 мм, изделия из одной и той же партии будут демонстрировать непоследовательное спекание и неоднородные электрохимические характеристики. Ручная загрузка или подача под действием силы тяжести затрудняют обеспечение стабильных результатов.

Наш подход заключается в установке массива электромагнитных вибрационных питателей типа FZH над конвейерной линией подвижных печных тележек, при этом каждому положению тележки соответствует свой питатель. ПЛК формирует единые управляющие команды, обеспечивая синхронизированный пуск и остановку всех питателей и гарантируя строгую стабильность массы загрузки на каждую тележку. Частота вибрации составляет 50 Гц, а амплитуда регулируется в диапазоне от 0 до 2 мм, что позволяет равномерно распределять материал за счёт мягкого микровзвешенного движения. Полевые испытания на производственной линии мощностью 50 тыс. тонн в год показали, что отклонение толщины загрузки на тележку поддерживается в пределах 1,5 мм.

3. Трёхкомпонентный катодный материал — транспортируется после воздушного размалывания

После спекания трёхкомпонентный материал измельчают в воздушном мельнице, чтобы достичь заданного размера частиц. Полученный порошок имеет относительно высокую температуру (около 60–80 °C), а его увеличенная удельная поверхность дополнительно ухудшает его сыпучесть; поэтому его необходимо транспортировать в герметичных условиях к последующим процессам покрытия или просеивания.

Электромагнитные вибрационные питатели обладают рядом присущих преимуществ в данном месте:

• Хоппер может быть оснащён герметичной крышкой и подключён к пылеулавливающему воздуховоду, что обеспечивает полностью закрытую транспортировку, предотвращающую утечку пыли и попадание посторонних предметов.
• Компоненты, контактирующие с материалами, не содержат вращающихся деталей, что исключает риск образования металлических частиц вследствие износа подшипников. Это особенно важно для аккумуляторов на основе трёхкомпонентных материалов — избыточное содержание металлических примесей нередко становится причиной саморазряда ячеек и даже термического разгона.
• Электромагнит и желоб устанавливаются раздельно, что предотвращает передачу тепла от материала к обмотке; таким образом, длительная непрерывная работа не будет ограничена повышением температуры.

4. Упаковка готовой продукции — высокоточное взвешивание и дозирование

Готовые катодные материалы обычно упаковывают в мешки по 25 кг либо в биг‑бэги ёмкостью от 500 до 1 000 кг. В настоящее время требования заказчиков к точности номинального содержания становятся всё более строгими: для мешков по 25 кг допуски, как правило, не превышают ±50 г, а для биг‑бэгов — ±200 г, при этом сохраняется высокая производительность упаковки.

Серия ATBR FZL/FZH (закрытого типа) работает в режиме подачи с двумя скоростями при использовании весового индикатора:

Эта комбинация быстрого и медленного режимов сокращает время упаковки одного мешка до 15–20 секунд, при этом сохраняя точность в пределах ±30 г (для номинала 25 кг), так что вам не придётся выбирать между эффективностью и точностью.

Технические характеристики

Предотвращение и контроль попадания посторонних металлических предметов.   Все поверхности, контактирующие с материалом, изготавливаются из нержавеющей стали марок 304 или 316L; для применений с высокими требованиями внутренняя поверхность может быть футерована или покрыта ПТФЭ. Сварные швы резервуара подвергаются травлению и пассивации, что практически исключает риск отрыва сварочных брызг. При необходимости в питатель можно интегрировать устройство для удаления железа, которое одновременно улавливает даже следовые количества ферромагнитных частиц, случайно попадающих в систему при транспортировке.

Точное кормление и быстрый отклик.   Электромагнитный привод реагирует за 50 мс, без задержки при запуске и остановке. Амплитуда регулируется линейно в диапазоне от 0 до 2 мм, а скорость подачи можно точно настраивать с точностью до грамма. Устройство поддерживает удалённое управление по протоколам PLC/DCS и может непосредственно интегрироваться в систему автоматизации производственной линии.

Требует минимального ухода.   Он не имеет вращающихся деталей, подшипников и точек смазки; плановое техническое обслуживание сводится к периодической очистке желоба. Электромагнит рассчитан на срок службы свыше 10 лет и способен бесперебойно работать круглосуточно. Листовые пружины изготовлены из высокопрочного углеродно‑волоконного композитного материала и обладают усталостной прочностью, обеспечивающей более десяти миллионов циклов.

Он способен выдерживать суровые условия.   Полностью закрытые модели FZL/FZH обеспечивают надёжную работу в условиях высокой запылённости и обладают степенью защиты до IP65. Они способны работать при температурах материала от 60 °C до 100 °C. В наличии имеются взрывозащищённые версии, соответствующие требованиям безопасности объектов по переработке материалов для литиевых аккумуляторов.

Заключение

Производство катодных и анодных материалов для литиевых аккумуляторов одновременно развивается в трёх ключевых направлениях: повышение удельной ёмкости, ужесточение стандартов качества и снижение себестоимости. Электромагнитные вибрационные питатели обладают простой конструкцией и при этом обеспечивают достаточную точность управления, что делает их идеально подходящими для таких задач, как дозирование материалов, загрузка емкостей, транспортировка после измельчения и упаковка готовой продукции.

Компания ATBR уже много лет производит электромагнитные вибрационные питатели, а серии FZH и FZL на протяжении длительного времени успешно эксплуатируются на производственных линиях ведущих предприятий‑производителей материалов для литиевых аккумуляторов — наши эксплуатационные показатели говорят сами за себя. Мы не ограничиваемся продажей оборудования: мы берём на себя весь комплекс работ — от подбора и монтажа оборудования до пусконаладочных работ и интеграции с системами автоматизации вашей производственной линии — предлагая готовые решения «под ключ» от начала и до конца.

Электронная почта:
atbr@atbr-china.com

Ватсап:
+86-335-6888046

Мобильный:
+86-400-050-0335

Адрес:
ул. Чжаоянху, д. 20, зона экономического и технологического развития, г. Циньхуандао, провинция Хэбэй