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闭路循环离心喷雾干燥机新技术在电池负极材料硅碳烘干中的应用

信息来源:本站 | 发布日期: 2018-10-26 | 浏览量:
关键词:硅碳烘干机,电池负极材料干燥机,闭路循环离心喷雾干燥机,氮气循环干燥机
       喷雾干燥自20世纪初欧洲开发用以脱脂牛乳的干燥技术以来,现在已经发展成为制药、食品、化工、冶金等行业用于制造粉末干燥最为成功的技术。尤其是近几年,喷雾干燥是直接将液体浆料成形为粉状物料并在其他行业中最为广泛应用的干燥形式。但近几年国内离心式喷雾干燥技术与设备的研发在含有机溶剂的电池材料干燥中仍无较大的突破,目前常州市百得干燥工程有限公司设计开发了(简称为百得干燥)闭式循环离心喷雾干燥机,该设备根据多年同类设备制造经验和闭式循环理论积累的基础上,针对易燃易爆产品的特点,把防爆、安全、环保与节能等新技术进行整合,创新了传统离心喷雾干燥机,并扩大了其应用范围。 

  众所周知,不断的提高电池能量密度,是锂电产业技术研革所孜孜不倦的方向。在当前的锂电材料体系中,负极材料多为采用石墨材料,而当前的石墨负极材料在提升电池能量密度方面已经遇到明显的瓶颈。
  与石墨负极材料相比,硅基负极材料的能量密度优势明显。石墨的理论能量密度是372mAh/g,而硅负极的理论能量密度超其10倍,高达4200mAh/g。所以硅碳负极材料的应用,可以提升电池中活性物质含量,所以能大大提升单体电芯的容量,这也是硅碳负极材料越来越多被锂电领域所关注的重要原因。
  硅碳负极材料是一种使用起来非常困难的材料。
    1)在充放电过程中会引起硅体积膨胀100%~300%,而石墨材料只有10%左右,所以硅碳负极的膨胀收缩会导致负极材料的粉末化,从而严重影响电池使用寿命;
    2)硅为半导体,导电性比石墨差很多,导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大,从而降低了其首次库伦效率,也就是说会过多电解液和Li+源,其直接效应也是使电池循环寿命变差。所以硅碳负极的开发和应用需要较高的技术壁垒。

       针对硅碳负极材料在常规干燥工艺中存在的问题:硅碳得不到分散,干燥时间长;当物料量大时,所需的设备容积较大;工人劳动强度大,需定时将物料装卸或翻动,粉尘飞扬,环境污染严重;热效率低,一般在60%左右;产品质量不稳定等。百得干燥开发的闭路循环喷雾干燥机作为含有机溶剂料液干燥生产中较为理想的新选择。新工艺可以明显降低了生产成本,提高了产品质量,降低了工人的劳动强度,保护了环境。


闭式循环离心喷雾干燥机   工作原理
       作为有机溶剂类料浆干燥的专用设备,氮气闭路循环喷雾干燥机是由氮气作为干燥循环气体,干燥过程物料可以防止氧化、同时能够回收有机溶剂,适用于乙醇、丙酮、己烷等有机溶剂类制备料浆的粉体干燥,设备采用防爆设计,干燥过程安全环保。
       防爆型闭式循环喷雾干燥系统是在密闭的环境下工作,干燥介质为惰性气体,一般为N2,适用于有机溶剂的物料干燥有毒气的物料或干燥过程中易发生氧化的物料的干燥。氮气经加热器加热后进入干燥塔,液体物料经螺杆泵输送至离心喷头处,液体被高速旋转的离心雾化器雾化成液滴,在干燥塔内完成热质交换过程,被干燥后的粉状物料从塔底排出,被蒸发的有机溶剂气体在风机的作用下,把夹在气体中的粉尘通过旋风分离器、喷淋塔除尘后,饱和的有机溶剂气体经冷凝器冷凝成液体排出冷凝器,不凝性气体介质被连续加热后作为干燥载体在系统内重新循环使用。而常规的普通的离心喷雾干燥是通过不断的送风、排风达到排湿的目的,这也是防爆型闭式离心喷雾干燥设备与普通离心喷雾干燥设备的一个明显区别。

闭式循环离心喷雾干燥机   工艺流程图

硅碳负极材料闭式循环离心喷雾干燥机   主要特点
    (1) 封闭系统各管道的连接采用独特的密封结构,密闭性好,可确保系统在0.5MPa的压力下无泄漏,热效率高;
    (2) 采用惰性的氮气为干燥介质气体,防毒、防氧化、防爆炸,气体经载湿、去湿后可重复循环使用;
    (3) 系统中配有干燥料液的溶剂的冷凝系统和回收系统可以使干燥料液中的溶剂得以通过二次处理可以循环使用,在封闭状态和氮气环境下热态完成物料的干燥(溶媒脱除)并通过冷凝器回收溶媒,整机的安全性高。同时,设备为全密闭式设计,物料回收率高,此设备系统的收率之高是其他型式干燥器所达不到的。主要技术指标:干粉物料回收率≥95%,产品残余溶剂≤2%,从而大大的降低了生产成本;
    (4) 干燥速度十分迅速,料液经喷雾后,表面积增大,在高温气流中,瞬间就可以蒸发掉95%~98%的水分,完成干燥时间一般仅需5~40see左右;
    (5) 喷雾干燥通常用于处理湿含量40%~60%的溶液,能一次干燥成粉状产品,大部分产品干燥后不需要再进行粉碎和筛选,从而减少了生产工序,简化了生产工艺流程。同时,产品具有良好的分散性、流动性和溶解性,由于干燥过程是在空气中完成的,产品在本能保持与液滴相近似的球状,具有良好的流动性;
    (6) 设备具有系统压力在线测试装置、氧气浓度在线检测控制装置及在位清洗装置;
    (7) 设备控制系统采用人机界面,即PLC+触摸屏控制,工艺流程图动态显示。产品的粒度、松密度、水分在一定范围内,可用改变操作条件进行调整,控制比较方便。

       闭式循环离心喷雾干燥机对硅碳负极材料等含有机溶剂物料的干燥,以及对物料中有机溶剂的回收等生产过程有着积极意义,其集防爆、安全、节能、环保于一体,给电池材料的生产开辟了一条新路径。



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