16年專注鋰電池定制

簡述鋰離子電池材料的規模化生產技術

來源:鉅大LARGE    2018-11-07    點擊量:18

隨著大規模儲能和電動車的快速發展,對鋰離子電池正極材料的產品質量提出了越來越嚴格的要求。為滿足市場對正極材料的高品質要求,自動化、智能化的大規模生產技術和裝備技術就顯得越來越重要。

在過去的十五年里,控制結晶/固相反應技術工藝日臻完善。然而,我國還是一個發展中國家,大量設備陳舊、生產工藝僵化的現象普遍存在,尤其是中小企業。國家整體工業化的水平還處在工業2.0和工業3.0的階段,距發達國家的工業4.0的信息化、智能化的工業生產技術水平還有一段距離,這已成為阻礙我國制造業效率和品質進一步提升的主要問題。

這個現象也同樣存在于鋰離子電池正極材料生產企業中。因此我國鋰離子電池正極材料的生產工藝、設備管理水平急需轉型升級,利用信息技術提升、改善、重構生產要素,提高企業組織管理水平,創新生產方式,提升資產質量和服務功能,適應市場的迅速發展和變化。

2000年左右,鋰離子電池正極材料的新建項目一般是200-500噸的產能規模。2010年左右,一般是2000噸的產能規模。目前新建項目一般是一期5000—2000噸,規劃50000噸以上。隨著產能規模的不斷放大,對工廠的設計布局和運行管理提出了新的挑戰。為了滿足電動車和儲能產業對電極材料的高品質和大規模的需求,逐步發展了基于粉體自動輸送的信息化、自動化和智能化的大規模生產技術。

目前國內部分企業已經開始逐步采用先進的大規模生產技術。主要包括粉體自動輸送、自動計量、自動化生產與智能控制,信息化遠程實時監控,以及先進的制造執行系統等。

 鋰離子電池材料的規模化生產技術

以控制結晶制備磷酸鐵前驅體/碳熱還原固相反應為基礎的磷酸鐵鋰制備工藝已經被產業逐步接受,并成為目前的主流工藝路線。下一步溶劑熱方法制備高性能磷酸鐵鋰有可能成為新的超大規模生產方法,以滿足未來大規模固定儲能的需求。

在三元材料中,NMC333的綜合性能最好,NMC532的性價比較好,NMC811/NCA在4.2V的比容量最高。因此,這些材料在一定時期內,將得到較大的發展,以滿足未來大規模移動儲能(例如電動車)的需求。

鋰離子電池正極材料的生產技術經歷來二十多年的發展,其主流工藝逐步集中在以控制結晶/固相反應工藝為基礎的技術路線。該技術路線以控制結晶制備前驅體為技術核心,可以在材料的四個層面對其性能進行優化。

該技術路線所制備材料具有顆粒形貌易控制,均勻性、一致性和重現性好的特點。且材料的堆積密度高,可提高電池的能量密度。由于該技術路線所制備材料具有相對最好的綜合性能,因此控制結晶/固相反應技術路線為今天產業界所普遍接受。

為了滿足電動車和儲能產業對電極材料的高品質和大規模的需求,基于工業4.0的概念,我國已經發展了包括粉體自動輸送的信息化、自動化和智能化的大規模生產技術。

固定儲能和移動儲能產業的快速發展,拉動了鋰離子電池正極材料的技術進步。在正極材料制備技術的發展過程中,以前側重單元技術工藝的研發,主要通過材料的結構調控來優化材料加工性能和電化學性能。

而未來的大規模智能制造,一方面仍然需要關注單元技術工藝的可規模性,更需要關注單元技術工藝之間的反饋與聯動效率,從而提高大規模制造過程的能效,提高產品穩定性。在這一技術發展的早期階段,我國科研工作者做出了不可或缺的創新性貢獻。目前我國已經成為鋰離子電池正極材料的最大生產國,占比超過50%。研發力量規模也是全球最大,我們相信在未來的大規模智能制造階段,我國科學工作者在新工藝、新設備、智能化等方面也將做出重要貢獻。

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