锂离子电池正极材料规模化生产技术 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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当前锂离子电池正极材料的大规模生产主要采用“湿法制备前驱体—高温固相合成”技术路线。众多生产企业针对这种工艺方法投入了大量资源和人力，使得该技术日臻完善。然而，我国还是一个发展中国

家，设备陈旧、生产工艺僵化的现象普遍存在，国家工业化整体的水平还处在工业2.0 或工业3.0 的阶段，距工业4.0 的信息工业化还有一段距离。这是阻碍我国制造业效率和品质的主要问题，这个现象也同样存在于锂离子电池正极材料生产企业中。因此，我国锂离子电池正极材料的生产工艺、设备管理水平亟需转型升级，利用信息技术提升、改善、重构生产要素，提高企业组织管理水平，创新生产方式，提升资产质量和服务功能，以适应市场的迅速发展和变化。

《锂离子电池正极材料规模化生产技术》主要介绍锂离子电池正极材料的工艺和技术，重点介绍大规模生产中高温固相合成工段的自动控制技术和设备，并探索如何在生产中引进信息化技术和先进的制造执行系统(MES)。

内容简介

《锂离子电池正极材料规模化生产技术》针对锂离子电池正极材料大规模生产中的具体工艺及设备，以主流工艺(湿法制备前驱体—高温固相合成技术路线)中的前驱体制备与设备、过程工艺参数及检测仪表、原料的处理与输送设备、正极材料的生产与计量、自动化生产与智能控制、安全防护等作为研究对象，结合编著者多年的工作经验，讨论了正极材料大规模工业化生产中的自动化、智能化工厂的设计，以及产品质量的控制设备仪表的选择安装操作等内容；重点介绍了大规模生产中的自动控制技术和设备，并探索如何在生产中引进信息化技术和先进的制造执行系统(MES)，以期为我国锂离子电池正极材料生产工艺和设备管理的转型升级提供参考借鉴。

目录

目录

第1章 锂离子电池材料及制备工艺 1

1.1 电池的分类 2

1.2 二次电池的分类 3

1.3 锂离子电池的结构及工作原理 6

1.4 锂离子电池的主要材料 8

1.4.1 正极材料 8

1.4.2 负极材料 9

1.4.3 隔膜 10

1.4.4 电解液 11

1.5 常见的锂离子电池正极材料及其制备技术 12

1.5.1 钴酸锂 12

1.5.2 锰酸锂 13

1.5.3 三元材料 13

1.5.4 磷酸铁锂 16

第2章 控制结晶技术制备高性能正极材料前驱体 19

2.1 正极材料规模制备技术的发展简介 20

2.2 影响正极材料性能的要素 23

2.3 控制结晶技术的原理 27

2.3.1 晶体的成核 28

2.3.2 晶体的生长 36

2.4 控制结晶技术的设备与工艺 37

2.4.1 典型正极材料的控制结晶制备工艺 44

2.4.2 三元材料前驱体的陈化及陈化釜 48

2.4.3 三元前驱体的干燥工艺与设备 49

2.5 控制结晶-固相反应技术的经济性分析 53

第3章 生产过程中重要工艺参数的检测 55

3.1 温度测量 56

3.1.1 热电偶测温 56

3.1.2 热电阻测温 57

3.1.3 非接触式测温 59

3.1.4 通用型温度控制仪表 60

3.2 粒度检测 61

3.3 流量检测 63

3.3.1 热式气体质量流量计 64

3.3.2 科氏力质量流量计 65

3.4 物料位置的测量和检测 67

3.4.1 电容式料位计 68

3.4.2 射频导纳式料位计 68

3.4.3 音叉式料位计和振棒式料位计 70

3.4.4 阻旋式料位计 71

3.5 压力检测 72

3.6 粉尘浓度检测 74

3.6.1 摩擦静电测量法 74

3.6.2 光测量法 75

第4章 原料的投放、混合、粉磨和输送 77

4.1 原料处理工艺 78

4.1.1 原料的投放 78

4.1.2 原料的贮存 83

4.1.3 原料的破碎及粉磨 85

4.1.4 原料的混合 90

4.2 物料的气力输送 92

4.2.1 吸送式气力输送 93

4.2.2 压送式气力输送 100

4.2.3 气力输送的运行技术 105

4.3 设备材料的要求 108

4.4 混合、破碎、粉磨、输送设备的传动和控制 110

第5章 煅烧及窑炉 115

5.1 窑炉 116

5.1.1 推板窑 116

5.1.2 辊道窑 121

5.1.3 钟罩窑 123

5.1.4 回转窑 126

5.2 煅烧运行 126

5.2.1 装钵设备 128

5.2.2 卸钵设备 129

5.3 机械输送设备 131

5.4 几种装卸钵机械的实体图样 132

第6章 正极材料的生产和计量 137

6.1 正极材料生产中的特殊性 138

6.1.1 金属单质的危害 138

6.1.2 水分含量的控制 139

6.1.3 自动化生产过程中的应对手段 139

6.2 称重计量 140

6.2.1 称重传感器的选择和应用 141

6.2.2 电阻应变式称重传感器和数字式称重传感器 143

6.2.3 称重传感器的结构型式 144

6.3 称重传感器的应用技术 148

6.3.1 数量 148

6.3.2 位置 148

6.3.3 安装要求 149

6.3.4 量程的选择 150

6.3.5 准确度等级的选择 151

6.4 称重电子衡器的精确度 152

6.4.1 固定式电子衡器的精确度 152

6.4.2 自动定量衡器的精确度 154

6.4.3 称重计量装置的标定和调校 154

6.5 正极材料生产线上典型的称重计量装置 157

6.5.1 生产线上称重计量装置的连接 160

6.5.2 生产线上众多称重计量装置的集中管理 165

第7章 自动化生产线上的其他设备 167

7.1 自动称重 168

7.2 自动上袋机 169

7.3 自动抽真空和热合封口机 170

7.4 自动贴标机和喷墨打印机 172

7.5 自动码垛机和缠包机 174

第8章 锂离子电池正极材料生产过程中的安全防护 177

8.1 气体防爆和粉尘防爆 178

8.1.1 爆炸性气体 178

8.1.2 爆炸性粉尘 179

8.2 防爆措施 180

8.2.1 避免点火源 180

8.2.2 防止静电火花 181

8.2.3 防止明火和自燃 183

8.3 防爆电气设备的选型 184

8.4 电气接地系统 186

8.5 粉体的密封式灌装 189

8.6 粉体搭拱架桥的防止 192

8.6.1 结构设计中需要考虑的问题 192

8.6.2 采用恰当的活化措施和选用合适的破拱器具 193

8.6.3 破拱装置的安装位置和振动力的调节 196

8.7 粉料包装时的脱气和密实化 197

8.8 防止金属单质对正极材料的污染 199

第9章 生产线自动控制系统的设计 203

9.1 工艺流程图的设计 204

9.2 自控系统的总体设计考虑 209

9.3 工业控制网络 210

9.4 现场总线和工业以太网 212

9.5 监控软件画面制作与操作 215

9.6 国内外监控软件现状与发展趋势 216

9.7 监控软件的功能与作用 217

9.8 监控画面制作的一般步骤 218

9.9 常用报表编制方法 219

9.10 自动化生产的远程监控和诊断 220

9.10.1 设备远程监控与诊断维护技术的结构与功能 220

9.10.2 实现远程监控与诊断维护技术的关键技术 223

第10章 锂离子电池正极材料生产中的智能化控制与管理 227

10.1 锂电行业发展需要电池材料的智能制造 228

10.2 产品的标识和信息管理 230

10.2.1 一维码 231

10.2.2 二维码 232

10.2.3 射频识别(RFID)装置 233

10.2.4 无线网络在自动化生产线上的应用 234

10.3 先进制造执行系统(MES)的应用 236

10.4 锂离子电池正极材料规模生产线的行业特点 237

10.5 南大紫金公司NMES功能模块介绍 238

10.6 锂离子电池产业技术的革命 241

第11章 工艺、设备、材料及系统提供商 245

参考文献 266

前言/序言

前言

作为可规模化应用储能器件中能量密度最高的二次电池，锂离子电池已覆盖了绝大部分移动通信和数码产品市场，并对其技术进步产生重要的影响。近年来，随着性能和制作水平的提高，锂离子电池开始应用于绿色环保的新能源电动汽车和其他电动交通工具，成为新能源产业中非常重要的一个产品，国际市场对锂离子电池的需求量已开始呈井喷态势。

正极材料是锂离子电池的核心关键材料，决定了锂离子电池的性能和成本，因此，加快高性能正极材料及高效低成本生产技术的研发，是当前世界各国科技界和生产厂商努力的方向。我国锂离子电池正极材料的生产量已跻身于世界的前列，但技术和生产工艺水平与国外一流企业相比还有相当大的差距。因此我们除了在理论和工艺上着力开发高效正极材料结构、研究制作工艺外，还亟需在生产技术和智能化生产方面加大研发力度。

当前锂离子电池正极材料的大规模生产主要采用“湿法制备前驱体—高温固相合成”技术路线。众多生产企业针对这种工艺方法投入了大量资源和人力，使得该技术日臻完善。然而，我国还是一个发展中国家，设备陈旧、生产工艺僵化的现象普遍存在，国家工业化整体的水平还处在工业2.0或工业3.0的阶段，距工业4.0的信息工业化还有一段距离。这是阻碍我国制造业效率和品质的主要问题，这个现象也同样存在于锂离子电池正极材料生产企业中。因此，我国锂离子电池正极材料的生产工艺、设备管理水平亟需转型升级，利用信息技术提升、改善、重构生产要素，提高企业组织管理水平，创新生产方式，提升资产质量和服务功能，以适应市场的迅速发展和变化。

本书主要介绍锂离子电池正极材料的工艺和技术，重点介绍大规模生产中高温固相合成工段的自动控制技术和设备，并探索如何在生产中引进信息化技术和先进的制造执行系统(MES)。

本书由清华大学核能与新能源技术研究院的何向明、王莉，江苏南大紫金锂电智能装备有限公司的虞兰剑，以及南大紫金科技有限公司的虞思源和杨济航编著。其中，由王方芳编辑、制图，陆泾编写第7章，赵永银编写第9章，陈玉编写第10章。本书在编写过程中得到徐建波、袁红东的大力支持，宜文提供了很多自动设备的图片。此外，参与本书编写的还有谢乐琼、赵云、王正阳、王腾跃、孙敏敏，在此表示诚挚的感谢。本书在编写过程中还参阅了很多文献和资料，感谢相关专家和作者分享研发成果。

由于编者水平有限，书中如有不足或有待进一步讨论和改进之处，恳请广大专家和读者给予批评指正。

编 者

2017年6月