編輯推薦

當前鋰離子電池正極材料的大規模生産主要采用“濕法製備前驅體—高溫固相閤成”技術路綫。眾多生産企業針對這種工藝方法投入瞭大量資源和人力，使得該技術日臻完善。然而，我國還是一個發展中國

傢，設備陳舊、生産工藝僵化的現象普遍存在，國傢工業化整體的水平還處在工業2.0 或工業3.0 的階段，距工業4.0 的信息工業化還有一段距離。這是阻礙我國製造業效率和品質的主要問題，這個現象也同樣存在於鋰離子電池正極材料生産企業中。因此，我國鋰離子電池正極材料的生産工藝、設備管理水平亟需轉型升級，利用信息技術提升、改善、重構生産要素，提高企業組織管理水平，創新生産方式，提升資産質量和服務功能，以適應市場的迅速發展和變化。

《鋰離子電池正極材料規模化生産技術》主要介紹鋰離子電池正極材料的工藝和技術，重點介紹大規模生産中高溫固相閤成工段的自動控製技術和設備，並探索如何在生産中引進信息化技術和先進的製造執行係統(MES)。

內容簡介

《鋰離子電池正極材料規模化生産技術》針對鋰離子電池正極材料大規模生産中的具體工藝及設備，以主流工藝(濕法製備前驅體—高溫固相閤成技術路綫)中的前驅體製備與設備、過程工藝參數及檢測儀錶、原料的處理與輸送設備、正極材料的生産與計量、自動化生産與智能控製、安全防護等作為研究對象，結閤編著者多年的工作經驗，討論瞭正極材料大規模工業化生産中的自動化、智能化工廠的設計，以及産品質量的控製設備儀錶的選擇安裝操作等內容；重點介紹瞭大規模生産中的自動控製技術和設備，並探索如何在生産中引進信息化技術和先進的製造執行係統(MES)，以期為我國鋰離子電池正極材料生産工藝和設備管理的轉型升級提供參考藉鑒。

目錄

目錄

第1章 鋰離子電池材料及製備工藝 1

1.1 電池的分類 2

1.2 二次電池的分類 3

1.3 鋰離子電池的結構及工作原理 6

1.4 鋰離子電池的主要材料 8

1.4.1 正極材料 8

1.4.2 負極材料 9

1.4.3 隔膜 10

1.4.4 電解液 11

1.5 常見的鋰離子電池正極材料及其製備技術 12

1.5.1 鈷酸鋰 12

1.5.2 錳酸鋰 13

1.5.3 三元材料 13

1.5.4 磷酸鐵鋰 16

第2章 控製結晶技術製備高性能正極材料前驅體 19

2.1 正極材料規模製備技術的發展簡介 20

2.2 影響正極材料性能的要素 23

2.3 控製結晶技術的原理 27

2.3.1 晶體的成核 28

2.3.2 晶體的生長 36

2.4 控製結晶技術的設備與工藝 37

2.4.1 典型正極材料的控製結晶製備工藝 44

2.4.2 三元材料前驅體的陳化及陳化釜 48

2.4.3 三元前驅體的乾燥工藝與設備 49

2.5 控製結晶-固相反應技術的經濟性分析 53

第3章 生産過程中重要工藝參數的檢測 55

3.1 溫度測量 56

3.1.1 熱電偶測溫 56

3.1.2 熱電阻測溫 57

3.1.3 非接觸式測溫 59

3.1.4 通用型溫度控製儀錶 60

3.2 粒度檢測 61

3.3 流量檢測 63

3.3.1 熱式氣體質量流量計 64

3.3.2 科氏力質量流量計 65

3.4 物料位置的測量和檢測 67

3.4.1 電容式料位計 68

3.4.2 射頻導納式料位計 68

3.4.3 音叉式料位計和振棒式料位計 70

3.4.4 阻鏇式料位計 71

3.5 壓力檢測 72

3.6 粉塵濃度檢測 74

3.6.1 摩擦靜電測量法 74

3.6.2 光測量法 75

第4章 原料的投放、混閤、粉磨和輸送 77

4.1 原料處理工藝 78

4.1.1 原料的投放 78

4.1.2 原料的貯存 83

4.1.3 原料的破碎及粉磨 85

4.1.4 原料的混閤 90

4.2 物料的氣力輸送 92

4.2.1 吸送式氣力輸送 93

4.2.2 壓送式氣力輸送 100

4.2.3 氣力輸送的運行技術 105

4.3 設備材料的要求 108

4.4 混閤、破碎、粉磨、輸送設備的傳動和控製 110

第5章 煆燒及窯爐 115

5.1 窯爐 116

5.1.1 推闆窯 116

5.1.2 輥道窯 121

5.1.3 鍾罩窯 123

5.1.4 迴轉窯 126

5.2 煆燒運行 126

5.2.1 裝鉢設備 128

5.2.2 卸鉢設備 129

5.3 機械輸送設備 131

5.4 幾種裝卸鉢機械的實體圖樣 132

第6章 正極材料的生産和計量 137

6.1 正極材料生産中的特殊性 138

6.1.1 金屬單質的危害 138

6.1.2 水分含量的控製 139

6.1.3 自動化生産過程中的應對手段 139

6.2 稱重計量 140

6.2.1 稱重傳感器的選擇和應用 141

6.2.2 電阻應變式稱重傳感器和數字式稱重傳感器 143

6.2.3 稱重傳感器的結構型式 144

6.3 稱重傳感器的應用技術 148

6.3.1 數量 148

6.3.2 位置 148

6.3.3 安裝要求 149

6.3.4 量程的選擇 150

6.3.5 準確度等級的選擇 151

6.4 稱重電子衡器的精確度 152

6.4.1 固定式電子衡器的精確度 152

6.4.2 自動定量衡器的精確度 154

6.4.3 稱重計量裝置的標定和調校 154

6.5 正極材料生産綫上典型的稱重計量裝置 157

6.5.1 生産綫上稱重計量裝置的連接 160

6.5.2 生産綫上眾多稱重計量裝置的集中管理 165

第7章 自動化生産綫上的其他設備 167

7.1 自動稱重 168

7.2 自動上袋機 169

7.3 自動抽真空和熱閤封口機 170

7.4 自動貼標機和噴墨打印機 172

7.5 自動碼垛機和纏包機 174

第8章 鋰離子電池正極材料生産過程中的安全防護 177

8.1 氣體防爆和粉塵防爆 178

8.1.1 爆炸性氣體 178

8.1.2 爆炸性粉塵 179

8.2 防爆措施 180

8.2.1 避免點火源 180

8.2.2 防止靜電火花 181

8.2.3 防止明火和自燃 183

8.3 防爆電氣設備的選型 184

8.4 電氣接地係統 186

8.5 粉體的密封式灌裝 189

8.6 粉體搭拱架橋的防止 192

8.6.1 結構設計中需要考慮的問題 192

8.6.2 采用恰當的活化措施和選用閤適的破拱器具 193

8.6.3 破拱裝置的安裝位置和振動力的調節 196

8.7 粉料包裝時的脫氣和密實化 197

8.8 防止金屬單質對正極材料的汙染 199

第9章 生産綫自動控製係統的設計 203

9.1 工藝流程圖的設計 204

9.2 自控係統的總體設計考慮 209

9.3 工業控製網絡 210

9.4 現場總綫和工業以太網 212

9.5 監控軟件畫麵製作與操作 215

9.6 國內外監控軟件現狀與發展趨勢 216

9.7 監控軟件的功能與作用 217

9.8 監控畫麵製作的一般步驟 218

9.9 常用報錶編製方法 219

9.10 自動化生産的遠程監控和診斷 220

9.10.1 設備遠程監控與診斷維護技術的結構與功能 220

9.10.2 實現遠程監控與診斷維護技術的關鍵技術 223

第10章 鋰離子電池正極材料生産中的智能化控製與管理 227

10.1 鋰電行業發展需要電池材料的智能製造 228

10.2 産品的標識和信息管理 230

10.2.1 一維碼 231

10.2.2 二維碼 232

10.2.3 射頻識彆(RFID)裝置 233

10.2.4 無綫網絡在自動化生産綫上的應用 234

10.3 先進製造執行係統(MES)的應用 236

10.4 鋰離子電池正極材料規模生産綫的行業特點 237

10.5 南大紫金公司NMES功能模塊介紹 238

10.6 鋰離子電池産業技術的革命 241

第11章 工藝、設備、材料及係統提供商 245

參考文獻 266

前言/序言

前言

作為可規模化應用儲能器件中能量密度最高的二次電池，鋰離子電池已覆蓋瞭絕大部分移動通信和數碼産品市場，並對其技術進步産生重要的影響。近年來，隨著性能和製作水平的提高，鋰離子電池開始應用於綠色環保的新能源電動汽車和其他電動交通工具，成為新能源産業中非常重要的一個産品，國際市場對鋰離子電池的需求量已開始呈井噴態勢。

正極材料是鋰離子電池的核心關鍵材料，決定瞭鋰離子電池的性能和成本，因此，加快高性能正極材料及高效低成本生産技術的研發，是當前世界各國科技界和生産廠商努力的方嚮。我國鋰離子電池正極材料的生産量已躋身於世界的前列，但技術和生産工藝水平與國外一流企業相比還有相當大的差距。因此我們除瞭在理論和工藝上著力開發高效正極材料結構、研究製作工藝外，還亟需在生産技術和智能化生産方麵加大研發力度。

當前鋰離子電池正極材料的大規模生産主要采用“濕法製備前驅體—高溫固相閤成”技術路綫。眾多生産企業針對這種工藝方法投入瞭大量資源和人力，使得該技術日臻完善。然而，我國還是一個發展中國傢，設備陳舊、生産工藝僵化的現象普遍存在，國傢工業化整體的水平還處在工業2.0或工業3.0的階段，距工業4.0的信息工業化還有一段距離。這是阻礙我國製造業效率和品質的主要問題，這個現象也同樣存在於鋰離子電池正極材料生産企業中。因此，我國鋰離子電池正極材料的生産工藝、設備管理水平亟需轉型升級，利用信息技術提升、改善、重構生産要素，提高企業組織管理水平，創新生産方式，提升資産質量和服務功能，以適應市場的迅速發展和變化。

本書主要介紹鋰離子電池正極材料的工藝和技術，重點介紹大規模生産中高溫固相閤成工段的自動控製技術和設備，並探索如何在生産中引進信息化技術和先進的製造執行係統(MES)。

本書由清華大學核能與新能源技術研究院的何嚮明、王莉，江蘇南大紫金鋰電智能裝備有限公司的虞蘭劍，以及南大紫金科技有限公司的虞思源和楊濟航編著。其中，由王方芳編輯、製圖，陸涇編寫第7章，趙永銀編寫第9章，陳玉編寫第10章。本書在編寫過程中得到徐建波、袁紅東的大力支持，宜文提供瞭很多自動設備的圖片。此外，參與本書編寫的還有謝樂瓊、趙雲、王正陽、王騰躍、孫敏敏，在此錶示誠摯的感謝。本書在編寫過程中還參閱瞭很多文獻和資料，感謝相關專傢和作者分享研發成果。

由於編者水平有限，書中如有不足或有待進一步討論和改進之處，懇請廣大專傢和讀者給予批評指正。

編 者

2017年6月