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噴霧干燥機(jī)工藝參數(shù)對(duì)磷酸鐵鋰品質(zhì)的影響

信息來(lái)源:本站 | 發(fā)布日期: 2019-09-10 09:13:43 | 瀏覽量:880774

      鋰離子電池是目前綜合性能^好的二次蓄電池,由于比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)及安全性好等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、軍用設(shè)備、調(diào)峰儲(chǔ)能以及分散式儲(chǔ)能等多個(gè)領(lǐng)域。

       橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰(LiFePO4)是鋰離子電池正極材料的^。但相對(duì)于其它鋰離子電池正極材料,自身結(jié)構(gòu)及其充放電過(guò)程的特點(diǎn)極大的限制其電化學(xué)性能。目前,提高低溫導(dǎo)電性主要采用降低顆粒尺寸、碳包覆和離子摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn),而提高振實(shí)密度主要通過(guò)形貌控制來(lái)實(shí)現(xiàn),即得到球形顆粒。噴霧干燥作為制備球形微粉的方法已在食品、醫(yī)藥、電子和材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,它既有濕化學(xué)法能保證組分的均勻性,也能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)性。但以溶液或溶膠為前驅(qū)體進(jìn)行噴霧干燥所得的粉體,易形成空心球體。

磷酸鐵鋰專(zhuān)用噴霧干燥機(jī)  工藝流程圖


磷酸鐵鋰專(zhuān)用噴霧干燥機(jī)  工藝參數(shù)
      為了使磷酸鐵鋰專(zhuān)用噴霧干燥機(jī)適宜于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),必須通過(guò)試驗(yàn)掌握準(zhǔn)確的工藝參數(shù),常州百得將球磨后的溶液進(jìn)行噴霧干燥,研究溶液、噴霧干燥機(jī)對(duì)制備球形磷酸鐵鋰的^佳工藝條件:
  (1) 噴嘴內(nèi)徑對(duì)噴霧干燥的影響,噴嘴內(nèi)徑分別選取Φ=1mm、Φ=0.75mm、Φ=0.5mm;
  (2) 固含量對(duì)噴霧干燥的影響,固含量分別選取5%、15%、20%、25%;
  (3) 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥的影響,進(jìn)風(fēng)溫度分別選取110℃、140℃、160℃、200℃;
  (4) 禱動(dòng)栗轉(zhuǎn)速對(duì)噴霧干燥的影響,螺動(dòng)粟轉(zhuǎn)速分別為450mL/h、600mL/h、750mL/h、900mL/h。

磷酸鐵鋰專(zhuān)用噴霧干燥機(jī)  噴嘴內(nèi)徑對(duì)前驅(qū)體粉末形貌的影響
      球磨后其固含量為20,進(jìn)風(fēng)溫度為200℃。由于噴嘴內(nèi)徑不同,所得到產(chǎn)品的顆粒球形度、大小均有差異,噴嘴內(nèi)徑越小,顆粒大小越均勻,顆粒球形度相對(duì)越好。這是由于噴嘴內(nèi)徑的平方與霧滴大小呈比例噴嘴內(nèi)徑越大,霧滴越大,導(dǎo)致顆粒粒徑越大。同時(shí)噴霧時(shí)造成的霧化角越大,霧化不良,易造成霧滴干燥太快,使得顆粒表面濕度低于顆粒內(nèi)部濕度,易出現(xiàn)“空洞”現(xiàn)象。因而^佳噴嘴內(nèi)徑為Φ=0.5mm。

磷酸鐵鋰專(zhuān)用噴霧干燥機(jī)  溶液固含量對(duì)前驅(qū)體粉末形貌的影響
      根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,固含量的差異對(duì)制得樣品的粉體顆粒的球形度有很大影響。固含量為5%時(shí),球形顆粒的形度^好。固含量大于20%時(shí),球形顆粒的形度明顯變差,顆粒出現(xiàn)許多“坑洼”。固含量越低,越有利于合成顆粒均勻的材料。這是因?yàn)榱弦簼舛仍礁?,其粘度也越高,使得噴霧干燥時(shí)顆粒成核變大,干燥過(guò)程中形成的顆粒粒徑就變大,噴霧干燥后所得樣品球形度下降,同時(shí),高濃度的料液還容易導(dǎo)致顆粒“團(tuán)聚”現(xiàn)象的發(fā)生。

磷酸鐵鋰專(zhuān)用噴霧干燥機(jī)  進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)前驅(qū)體粉末形貌的影響
      進(jìn)風(fēng)溫度在160℃時(shí),顆粒球形度^好,基本沒(méi)有“空洞”。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí),顆粒球形度均不好,同時(shí)也有很多破損碎片。進(jìn)風(fēng)溫度為200℃時(shí),樣品球形度非常差,隨著溫度降低,顆粒的球形度均勻,樣品規(guī)整;當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度降低到110℃時(shí)顆粒碎片較多且有部分團(tuán)聚現(xiàn)象,由此可見(jiàn)進(jìn)風(fēng)溫度偏高或偏低都會(huì)導(dǎo)致顆粒球形度差。
      這是由于隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高,溶液霧滴中水分蒸發(fā)迅速,蒸發(fā)速度增大,霧滴表面的水分很快的變成水蒸氣,需要顆粒內(nèi)部的水分向顆粒表面移動(dòng),以保持顆粒表面的飽和蒸汽壓平衡。這樣致使顆粒達(dá)到飽和的時(shí)間縮短,形成球形顆粒的時(shí)間減短,顆粒在干燥室內(nèi)停留的時(shí)間相對(duì)增加,隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng),此時(shí)顆粒表面與顆粒內(nèi)部水分進(jìn)一步蒸發(fā),導(dǎo)致顆粒均勻性和顆粒球形度降低;然而過(guò)低的進(jìn)口溫度會(huì)導(dǎo)致干燥不完全,顆粒之間粘連在一起,影響顆粒的均勻性。因而^佳進(jìn)風(fēng)溫度為160℃。

磷酸鐵鋰專(zhuān)用噴霧干燥機(jī)  蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速對(duì)前驅(qū)體粉末形貌的影響
      從試驗(yàn)結(jié)果明顯看出蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速不同時(shí),所得到產(chǎn)品的顆粒球形度有差異,轉(zhuǎn)速為時(shí)450mL/h,顆粒的球形度很差,升高動(dòng)菜轉(zhuǎn)速為750mL/h時(shí),樣品的球形度^佳,繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速升高到900mL/h時(shí),顆粒的球形度又變差,由此可見(jiàn)蠕動(dòng)粟轉(zhuǎn)速偏高或偏低都會(huì)影響顆粒球形度。

      這是由于隨著蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速的增大,單位時(shí)間內(nèi)需要干燥的顆粒增多,形成球形顆粒的時(shí)間增長(zhǎng),顆粒在干燥室內(nèi)停留的時(shí)間相對(duì)減少,易出現(xiàn)干燥不完全的現(xiàn)象;然而過(guò)低的蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致干燥時(shí)間增長(zhǎng),顆粒中的水分進(jìn)一步蒸發(fā),易出現(xiàn)“空洞”,因而^佳蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速為750mL/h。



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