正极材料详细工艺介绍——粉碎工序，佳美梅工18540392279

在锂离子电池正极材料（如三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂等）的生产过程中，粉碎工序是提升材料颗粒均匀性、比表面积及电化学性能的关键环节。通过精细的粉碎处理，可以得到粒度均匀、分布合理的正极材料粉末，这对于提高锂离子电池的性能至关重要。本文将从对辊粗破碎、气流粉碎和机械粉碎三个核心工艺展开，解析其原理、设备选型及工艺控制要点。

一、对辊破碎（粗破碎）

对辊粗破碎是锂电正极材料粉碎工序的第一步，其目的是将大块的正极材料原料破碎成较小的颗粒，以便于后续的粉碎处理。

对辊粗粉碎工艺主要通过两个相对旋转的辊子对物料进行挤压和剪切，从而达到粉碎的目的。该工艺具有结构简单、操作方便、维护成本低等优点，特别适用于锂电正极材料的粗粉碎处理。

1. 设备及参数

对辊粗粉碎机主要由两个平行布置的辊子组成，辊子表面通常衬有耐磨材料（如氧化铝或氧化锆陶瓷），以增加其使用寿命和粉碎效果。在工作时，两个辊子以一定的速度相对旋转，物料被送入两个辊子之间的间隙中。随着辊子的旋转，物料受到挤压和剪切作用，逐渐被粉碎成较小的颗粒。

①设备选型：采用双辊或三辊破碎机，辊轮材质需具备高硬度以抵抗材料磨损，正极材料常用的为陶瓷辊。

②关键参数：

辊轮间隙：通常控制在1-20mm，上层宽、下层窄，直接影响出料粒度（D50约200-1000 μm）。

转速匹配：两辊转速差形成剪切力，一般设定转速为50-200 rpm。

进料粒度：烧结块需预先破碎至≤30 mm，避免堵塞；常用方式为烧结前切块，匣钵倒料后由于重力作用物料可自行分为小块。

2. 工艺步骤

①原料准备：将待粉碎的锂电正极材料原料进行预处理，如干燥、除杂等，以确保粉碎过程的顺利进行。

②设备调试：根据所选对辊粗粉碎机的操作手册进行设备调试，包括调整辊子间隙、旋转速度等参数，以确保粉碎效果和粒度分布符合要求。

③粉碎操作：将预处理后的原料送入对辊粗粉碎机中进行粉碎。在粉碎过程中，需要密切监控设备的运行状态和粉碎效果，及时调整工艺参数以确保产品质量。

④筛分与分级：粉碎后的物料需要经过筛分处理，以去除不符合要求的粗颗粒。筛分后的物料可以根据需要进行进一步的分级处理。

⑤产品收集与储存：将符合要求的粉碎产物进行收集、干燥和储存，以便后续使用。

⑥注意事项：在对辊粗破碎过程中，需要严格控制原料的含水量和给料速度，以避免设备堵塞和过度磨损。同时，还需要定期检查和更换辊子表面的耐磨材料，以确保破碎效率和产品质量。

3. 工艺特点

①高效粉碎：对辊粗粉碎机具有高效的粉碎能力，可以将较大的正极材料颗粒迅速破碎至较小的粒度。

②粒度可控：通过调整辊子间隙和旋转速度等参数，可以精确控制粉碎产物的粒度分布。

③耐磨性强：辊子表面衬有耐磨材料，增加了设备的使用寿命和粉碎效果。

④操作简单：对辊粗粉碎机结构简单，操作方便，易于维护和保养

二、气流粉碎（超微粉碎）

气流粉碎（Jet Milling）利用高压气体（0.5-1.2 MPa）加速颗粒至超音速，通过颗粒间碰撞、摩擦实现超微粉碎。适用于制备D50≤10 μm的高纯度正极材料。该工艺具有粉碎效率高、粒度分布窄、颗粒形状规整、纯度高、活性大等优点。

1. 设备与参数

气流粉碎机是气流粉碎工艺的核心设备，流化床气流粉碎机是这一步骤的常用设备。在气流粉碎机中，压缩空气经过冷却、过滤和干燥后，形成超音速气流射入粉碎腔。物料在高压差作用下被流态化并加速，随后在多个喷嘴交汇处发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦，从而被粉碎成细粉。粉碎后的细粉会被气流输送到分级机中进行进一步分级处理。

①核心组件：喷嘴、粉碎腔、分级轮。

②气源要求：干燥压缩空气或氮气（氧含量≤10 ppm，防氧化）。

③关键参数：

气流压力：0.5-1.2 MPa，压力越高，粉碎强度越大。

分级轮转速：2000-8000 rpm，控制最终粒度分布。

进料速率：5-50 kg/h，与气流流量匹配。

2. 工艺步骤

①原料准备：将待粉碎的锂电正极材料原料进行预处理，如干燥、除杂等，以确保粉碎过程的顺利进行。

②设备调试：根据所选气流粉碎机的操作手册进行设备调试，包括调整气流速度、喷嘴角度等参数，以确保粉碎效果和粒度分布符合要求。

③粉碎操作：将预处理后的原料送入气流粉碎机中进行粉碎。在粉碎过程中，需要密切监控设备的运行状态和粉碎效果，及时调整工艺参数以确保产品质量。

④粒度分级：粉碎后的物料需要经过分级处理，以去除不符合要求的粗颗粒和过细粉末。常用的分级设备为涡轮分级机，它利用离心力和风机抽力对粉碎后的物料进行精确分级。

⑤产品收集与包装：将符合要求的粉碎产物进行收集、干燥和包装，以便后续使用或储存

3. 工艺特点

①高效粉碎：气流粉碎工艺利用高速气流的动能进行粉碎，粉碎效率高，生产能力大。

②粒度可控：通过调整气流速度、喷嘴角度等参数，可以精确控制粉碎产物的粒度分布。

③颗粒形状规整：气流粉碎后的颗粒表面光滑、形状规整，有利于提高锂离子电池的性能。

④纯度高、活性大：气流粉碎过程中避免了金属等杂质的混入，提高了粉碎产物的纯度和活性。

三、机械粉碎（细化处理）

锂电正极材料的机械粉碎工艺是锂离子电池制造过程中的关键环节之一，其目的是将正极材料原料粉碎至符合锂离子电池制造要求的粒度范围。机械粉碎工艺主要通过机械设备对正极材料原料进行撞击、磨削和挤压等物理作用，将其粉碎成所需的粒度。该工艺具有生产效率高、粒度可控、适用范围广等优点，是锂电正极材料制备中不可或缺的一步。

1. 设备选型

在锂电正极材料的机械粉碎过程中，常用的设备包括球磨机、振动磨、机械磨等。这些设备的工作原理和适用场景各不相同，因此需要根据原料的性质、粒度要求以及生产规模等因素进行设备选型。

①球磨机：适用于大规模生产，通过装填研磨介质（如钢球）对物料进行撞击和磨削，得到粒度均匀的粉末。

②振动磨：利用高频振动使物料在研磨腔内受到强烈的撞击和磨削作用，适用于对粒度要求较高的场合。

③机械磨：通过围绕水平或直轴高速旋转的回转体对物料进行猛烈冲击，使其与固定体或颗粒之间相互碰撞来实现粉碎。机械磨易于调节粉碎粒度，占地面积小，且可连续闭路粉碎。是现有正极材料生产中首选的粉碎方式。

2. 工艺参数

①球磨机：

研磨介质填充率：30-50%，介质直径1-10 mm。

转速：临界转速的60-75%（防止离心化）。

粉碎时间：2-8小时，D50可达1-10 μm。

②振动磨：

高频振动（1000-1500次/min）提升粉碎效率。

适用于小批量高硬度材料（如钴酸锂）。

③机械磨：

主机频率：控制主机刀盘的转速，直接影响陶瓷锤块对材料的冲击力大小，一般控制范围为5~50Hz，未包覆料开大频率控制材料粒径、包覆料开小频率避免破坏包覆层。

分级频率：控制腔体分级轮的转速，直接影响颗粒能离开腔体的粒径大小，特定转速下只有小于某一粒径的颗粒才能通过分级轮离开腔体，反之则回到腔体反复破碎，一般控制范围为5~50Hz，未包覆料开大频率控制材料粒径、包覆料开小频率避免破坏包覆层。

进料速度：控制未粉碎物料进入主机腔体的速度，进料过快易导致主体腔体堵塞，进料过慢易导致部分颗粒被反复捶打无法离开腔体。

引风频率：控制粉碎系统内风量大小，是整个系统的主要动能，风量过小易导致材料在系统内动能不足在某一位置长期滞留，风量过大易导致材料过快离开腔体未起到粉碎作用，一般控制范围为40~50Hz，一次料开大频率控制材料粒径、二次料开小频率避免大小颗粒偏析。

3. 工艺步骤

①原料准备：将正极材料原料进行预处理，如干燥、除杂等，以确保粉碎过程的顺利进行。

②设备调试：根据所选设备的操作手册进行设备调试，包括调整研磨介质的种类、数量、转速等参数，以确保粉碎效果和粒度分布。

③粉碎操作：将预处理后的原料送入粉碎设备中，进行机械粉碎。在粉碎过程中，需要密切监控设备的运行状态和粉碎效果，及时调整工艺参数以确保产品质量。

④粒度分级：粉碎后的物料需要进行粒度分级处理，以去除不符合要求的粗颗粒和细粉末。常用的粒度分级设备包括筛分机、分级机等。

⑤产品收集与包装：将符合要求的粉碎产物进行收集、干燥和包装，以便后续使用或储存。

4. 工艺优化与质量控制

为了提高锂电正极材料机械粉碎工艺的效率和产品质量，可以采取以下优化措施：

①优化设备结构：通过改进设备结构，如增加研磨腔的容积、优化研磨介质的形状和分布等，提高粉碎效率和粒度均匀性。

②精确控制工艺参数：严格控制原料的含水量、给料速度、研磨介质种类和数量、转速等工艺参数，以确保粉碎效果和粒度分布符合要求。

③加强设备维护与保养：定期对粉碎设备进行维护和保养，包括清理设备内部的积料、更换磨损部件等，以确保设备的正常运行和使用寿命。

④强化质量检测：对粉碎后的物料进行严格的粒度检测和质量控制，确保产品符合锂离子电池制造的要求。可以采用激光粒度分析仪等先进检测设备对粉碎产物的粒度进行精确测量和分析。

四、工艺对比与选型建议