磷酸铁锂这种粉末,相信只要是接触到锂电的,就没有不知道它的,从最早的大牛推出这种材料,到今天的各种商业化应用,LFP粉末制作、LFP电池制作、LFP新能源电动车,相对来说是一个比较成熟的产业链。可是作为对技术性要求很高的锂电行业,有时候路总是走得太快,像前两年,我们都在追赶进度,从三元的532,622到811,从半固态到全固态电池,甚至燃料电池,我们的路走得太快,也有一些问题暴露出来。一味追求高能量密度,电池的安全却得不到进一步提升。这也是最近各大公司开始冷静下来,思考更多的东西。
磷酸铁锂材料,至于前世今天我就不多说了,它具有较高安全性,能量密度比铅酸电池高,(是比三元电池低,人家总得比下有余吧)并且制作工艺成熟。下面我将对这个材料的制作工艺,进行一个分步介绍。
列一个简单的PFD:配料-->球磨-->砂磨-->喷雾干燥-->一粉-->烧结-->二粉-->成品包装。
1.配料Batching
LFP粉末制作原材料一般就是那么几种,磷源、铁源、锂源、碳源,所以一般会有磷酸铁(磷源、铁源)、碳酸锂(锂源)、葡萄糖(碳源),当然还有一些其他的物料。严格意义来说,这个步骤不是很困难,只需要做好两点,一是物料的重量,也就是配比,无论是某些高大上的企业使用的自动投料机,还是节俭一些的企业使用的人工配料,物料的重量都是这个工序最重要的参数。配比,是研发人员在实验室挥汗如雨从多种组合方案中得到的最优组合,所以,为了尊重他们的劳动成果和感谢他们的辛勤付出,我们LFP企业也是使用各种手段保证配比的准确性;二是异物污染,这个想必不用多说,做锂电池的都知道,过多污染物特别是磁性物质的混入,对电池会有致命的打击,自放电、微短路,严重点的起火爆炸。锂电池工厂的无尘、恒温、干燥、低湿的环境,到了粉末厂你就别想了,很少有粉末厂会做粉尘和环境的控制,但我觉得这个工序还是应该做好污染物控制以及避免交叉污染。
2.球磨Pre-mixing
也叫预混,原理如上动图显示,是把刚才说的几种原材料按照一定的顺序投入到预混罐中,和水一起进行混合搅拌。预混并不能把浆料的粒径变得很小,使用的锆珠也比较大,通常有几毫米,所以时间一般不长,浆料搅拌均匀后就可以了。同时可以测一下粘度和固含量,看是否满足配比要求,可通过加水来降低固含量。需要说明的是,无论是球磨还是后面的砂磨,都是以浆料的形式存在,大家都知道,当浆料在干燥去除水分后,就是干的粉末,这时再想把材料中的磁性物质弄出来,就不是一件很容易的事,所以在预混后,会对浆料进行除磁。就是那种永磁除铁器,8000Gs左右。
3.砂磨Milling
球磨合格后,浆料一般通过管道运送到砂磨罐子中,砂磨的锆珠比较小,往往不足1mm,这道工序对浆料的粒径要求严格,通常要磨到很细,所以时间长,往往需要几个小时。浆料的流程是:首先从球磨罐子到砂磨A罐,A罐经管道到砂磨机,浆料经砂磨机后流出,存储在B罐,整个一批浆料磨完以后,浆料再从B罐经砂磨机到A罐。当然,也可以单罐循环,只不过时间可能要久一些。砂磨后我们会检测粒径(很重要),然后还有固含量、密度、PH值。同样,这道工序除了需要除磁,还需要使用精密过滤器(几百目根据实际需求)进行过滤,谨防破损的锆珠混入到浆料中流转。
砂磨机差不多长这样,现在一般可以智能控制,管控砂磨的时间。
