动力型锰酸锂正极材料生产工艺的优化

进行 二 次烧结 ， 烧 结 出来 的物 料无需 分 级 ， 进 人 中 间 过渡 料仓 ， 除铁 后 经 ０ ． ０ ５ ３ ｍｌ Ｔ ｌ 筛 筛 分 后 真 空 包 装
成产 品 。 根 据 上述 流 程 可 知 ， 影 响动 力 型 锰 酸 锂 材料 产 品质 量 的 因素 主要 有 ： 原辅料纯度、 混料过程、 煅 烧
料量 控制 在 １ ５ ０ ￣２ ０ ０ ｋ ｇ ， 混 料 时间 ６ ０ ～８ ０ ｍｉ ｎ ， 转 速Ｏ ～２ ５ ｍ／ ｍｉ ｎ ， 以此条 件经 混合 后 ， 采 用 四分法 取 样测 试 Ｌ ｉ ／ Ｍｎ ， 与 称 重配 比进行 复 检 ， 波 动 率 ≤
０． １ 。
时间、 气 氛 和气 氛 压 力 变 化 。 由于 物 料 在 陶 瓷坩 埚
带式 混合 机混 料过 程 中 ， 部 分机 械能 转化 为热 能 ， 大 量水 转化 为水 蒸气 ， 因此 ， 螺 带式 混合 机安装 有 排气
口， 混 合均 匀 的物 料 由人 工 转运 至过 渡 料 仓 。根 据 混料 工艺 及螺 带式 混合 机特 性 ， 实 际操 作 时 ， 每批 混
气氛 压力 也需 要严 格 控 制 ， 烧 结 时 间 在推 板 过 程 中
２ ． １ ． １ 提 高原材 料 纯度
进行 程序 设 定 ， 固定时间 ； 通 气 量 与 气 氛 压 力 成 正 比， 生 产 上每 隔 Ｉ ～１ ． ５ ｈ检 查 一 次 液 压 表 、 气 体 流
量表 。
动力 型锰 酸 锂 正极 材 料 生产 工 艺 的优化
蒋 志 军 ～， 张 亚 莉。 ， 王雁 生 ， 王 乾
（ １ ．淄博 国利 新 电源科技 有 限公 司， 山东 淄博 ２ ５ ５ ０ ８ ６ ； ２ ．淄博 非对称 大动力 电容 电池工 程技 术研 究 中心 ， 山东 淄博 ２ ５ ５ ０ ８ ６ ； ３ ．山东理 工大 学 化 学工程 学 院 ， 山东淄博 ２ ５ ５ ０ ８ ６ ）
摘要 ： 介 绍 了影 响 锂 离 子 动 力 电 池用 动力 型锰 酸锂 正 极 材 料 产 品 质 量 的 各 种 因 素 ， 以及 消 除这 些 因 素 所
采 取 的措 施 。通过 各 工 序工 艺 条 件 的优 化 ， 不 仅 提 高 了产 品质 量 ， 也使 生产 过 程 进 一 步 受 控 。
２ ０ １ ５ 年第 １ ２期
有色金属（ 冶炼 部 分 ） （ ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｙ ｓ ｙ １ ． ｂ ｇ ｒ ｉ ｍｍ． ｃ ｎ ）
・ ５ ７ ・
道 中 间安装 一套 电磁 除 铁 器进 行 物料 除铁 ， 除铁 后
解二 氧化 锰 、 碳 酸 锂 的主含 量都存 在 波动 ， 每一 批原 辅料 都需 根据 实 际 主含 量 的称 重 ， 以确保 源 头上 配
里烧 结 ， 烧结结束后 由人工将物料铲 出 ， 转 入 塑 料 桶、 分批 转移 到搅 拌 罐 ， 将 已经 过 除铁 处理 的去 离子
水按 照 质量 比 １： １加 入 搅 拌 罐 ， 搅拌均匀后 ， 采 用
凸转 轮 子泵 泵入 抽滤 缸 ， 负压 抽滤 ， 过 滤后 的饼 状人 工转 运 至 闪蒸干 燥器 ， 干燥 后 的粉状 物 料经 除铁 后 ，
基金项 目： 山东 省 自主创 新 专 项 项 目（ ２ ０ １ ３ Ｃ Ｘ Ａ ０ ３ ０ ７ ３ ） ； 山 东 省 科 技 发 展计 划 政策 引导 类 项 目（ ２ ０ １ ３ ＹＤ ０ ４ ０ １ ９ ） 作者简介 ： 蒋志军 （ １ ９ ８ １ ～ ） ， 男， 湖南 人 ， 工程师 ； 通信 作者 ： 张亚莉（ １ ９ ７ ４ 一 ） ， 女， 河北安国人 ， 副教授 ．
２ ． ２ ． ２ 稳定烧 结 条件
根据 实 际生产 经验 ， 如果 温度 波 动太大 ， 物料 烧
结就 会不 均匀 ， 杂 相增加 ， 对 锰酸 锂材 料 的性 能影 响 很 大 。生 产 中要 求 烧结 炉 内的温 度波 动幅度 应控 制 在 ５℃ 以 内 ， 确 保 一次烧 结 温度满 足 ７ ５ ０ ￣８ ５ ０℃的
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ— ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ；ｃ ａ ｔ ｈ ｏ ｄ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ；Ｌｉ Ｍｎ ２ Ｏ４ ；ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
正 极材 料是锂 离 子 电池 的关 键 部分 ， 是 锂 离 子 电池 中用量 最大 、 成 本最 高 、 对 锂离子 电池 性能 和价 格 影 响最大 的部分ｎ ］ 。锰 酸 锂 正 极 材料 具 有 锰 资 源丰 富 、 成本 低 、 合 成工 艺简单 、 热稳 定性 高 、 耐 过充 性好 、 放 电电压 平 台 高 和对 环 境友 好 等 特 点 ］ ， 广 泛应 用于 电动工 具 、 电动 自行 车 、 电动 车 辆等 设 施 ， 尤其 是具代 表性 的 日产 Ｌ ｅ ａ ｆ 和 通用 Ｖ ｏ ｌ ｔ 的商 业化 应用 ， 直接 带动 了动 力 型 锰酸 锂 正 极 材料 的 市 场需
酸 锂正极 材料 的工 艺 进行 优 化 ， 以满 足 高端 电池 厂 家 对动 力型锰 酸锂 正极材 料产 品质量 的要 求 。
１ 影 响动 力型锰 酸锂 材 料 产 品质 量 的 因素
生 产动力 型锰 酸锂 正极材 料 的工艺流 程简 述如 下 。电解二 氧化锰 经气 流分级 机分 级除去 细粉 与粗 粉后 ， 与碳 酸锂按 照 Ｌ ｉ ／ Ｍｎ ＝０ ． ５ ～０ ． ６ （ 摩 尔 比） 进
条件 、 水 洗过 程 、 干燥 过程 、 磁 性异 物 、 分 级条 件 等 。
２ 动 力 型锰 酸锂 材 料 工 艺优 化
２ ． １ 提 高 原 材 料 质 量
要求 、 二 次烧结 温 度满 足 ７wk.baidu.comＯ ０ ～８ ０ ０℃ 的要求 。除对
烧结 温度 严格 控 制外 ， 对烧 结 时 间 、 通气量 、 气 氛 和
比正 确 。 由于 电解 二 氧 化 锰 含 有 １ ． ５ 左右的水， 在 螺
物 料 自动落 料 到陶 瓷坩 埚 ， 人 工控 制 料层厚 度 ， 然后
将装 有 混合 料 的陶 瓷坩埚 送 至烧结 工 序 。采用 平板
窑 炉烧 结产 品 ， 装 料 的 陶瓷坩 埚放 置在 推板 前 方 ， 随 推板 前 进完 成烧 结 ， 烧结 过程 中严 格控 制烧 结 温度 、
国内厂家 大 多采用 滤缸 抽 滤 过 滤 ， 水 洗 合格 后 由人
２ ． １ ． ２ 提 高原 材料 粒度 一 致性
电解 二 氧化 锰 采 用 电解工 艺 获 得 ， 粒 度 分 布较
广， 采用 流 化床 式气 流粉 碎 机进行 分 级 ， 除去细 粉 与 粗 粉 。表 １为 电解 二氧化 锰 经流 化床 式气 流粉 碎 机 分 级后 前后 粒 度分 布对 比。经 分 级后 ， 电解 二 氧化
工转 运 至干燥 工序 ， 整 个过 程物 料流 失率 高 ， 工 人 的
・ ５ ６ ・
有 色 金属 （ 冶炼部分） （ ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｙ ｓ ｙ １ ． ｂ ｇ ｒ ｉ ｍｍ． ｏ ｎ ）
２ ０ １ ５年第 １ ２期
ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ ‘ ７ ５ ４ ５ ． ２ ０ １ ５ ． １ ２ ． ０ １ ５
求不 断增加 。然 而 ， 规 模 化生 产 锰 酸锂 正 极 材 料还
存在 粒度 波 动大 、 粒 径分 布 宽 、 Ｓ Ｏ 卜 和磁性 物 质含
量超 标等 问题 ， 针对这 些 问题 ， 本 文对 生产动力 型锰
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ７ — ０ ７
行配料 ， 送入 混料 工 序 ， 控 制 混料 速 度 、 混 料 时 间 和 混料批 量三个 因素 ， 经螺 带式 混合 机混合 均匀 后 ， 人 工转运 至过 渡料 仓 ， 气力 输送 物料 至储存 罐 ， 输 送管
２ ．Ｚｉ ｂ ｏ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ａｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｌａ ｒ ｇ ｅ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｃａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ，Ｚｉ ｂ ｏ ２ ５ ５ ０８ ６ ，Ｓ ｈａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ３ ．Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｚｉ ｂ ｏ ２ ５ ５ ０ ８ ６，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ，Ｃｈｉ ｎ ａ ）
关键词 ： 锂 离 子 电池 ； 正极材料 ； 锰酸锂 ； 生 产 工 艺
中 图分 类 号 ： ＴＢ ３ ４ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ — ７ ５ ４ ５ （ ２ ０ １ ５ ） １ ２ — ０ ０ ５ ６ — ０ ３
Ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｈｉ ｇ ｈ － Ｐｏ ｗｅ ｒ
２ ． ２ ． ３ 水 洗 方 式 的 优 化
尽 量 降低 产 品质 量 有影 响 的杂 质 含量 ， 选择 电 池 级 电解二 氧化 锰 和 电池 级碳 酸锂 作 为 原 材 料 ； 同
时， 每批 原 材料 进行 检查 ， 对 杂质 含量 和 主含量 列入
必检 项 。
由于一 次 烧 结 出 来 的锰 酸锂 材料 是 人工 下 料 ，
Ｌｉ Ｍ ｎ２ Ｏ４ Ｃａ ｔ ｈ ｏ ｄｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ
Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｚ ｈ ｉ — ｊ ｕ ｎ ～，Ｚ ＨＡＮＧ Ｙａ — ｌ ｉ 。 ，Ｗ ＡＮＧ Ｙａ ｎ — ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｑｉ ａ ｎ ’
（ １ ．Ｚ ｉ ｈ ｏ Ｇｕ ｏ ｌ ｉ Ｎｅ ｗ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓ Ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ １ ｏ ｇ ｙ Ｃｏ ．，Ｌ ｔ ｄ，Ｚ ｉ ｂ ｏ ２ ５ ５ ０ ８ ６，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ；
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｖａ ｒ ｉ ｏ ｕｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ— ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｌｉ Ｍ ｎ２ ０４ ｃ ａ ｔ ｈ ｏｄ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｆ ｏ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕｍ— ｉ ｏｎ ｂ ａｔ ｔ ｅ ｒ ｙ， ａ ｎ ｄ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｏ ｅ ｌ ｉ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｔ ｈｅ ｍ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎｔ ｅ ｄ ． Ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｎ ｏ ｔ ｏｎ ｌ ｙ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｐ ｒ ｏｄ ｕｃ ｔ ｑｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ，ｂｕｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ．