鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2021年12月01日
我國電科48所蘇文生:鋰離子電池材料燒結設備走向智能
鋰離子電池產業是我國戰略性的新興產業之一。近兩年來,在各項利好政策的支持下,我國鋰離子電池產業發展迅速,去年產量實現了同比54.78%的上升,今年上半年產量同比上升30.5%,發展形勢喜人。
“但這是一種簡單的,純粹靠規模和產量推進的粗放型擴張。”我國電子科技集團公司第四十八研究所熱工裝備公司(簡稱“我國電科48所”)總經理蘇文生告訴本報記者,我國鋰離子電池技術水平、產品質量與國外仍存在差距,傾向高端品質需求的應用市場要求鋰離子電池材料實現高品質、高一致性、低成本。靠什么達到這些高要求?“靠工藝、靠管理,更重要的是靠裝備。高品質的裝備是高質量產品的根本保障。”他認為,作為鋰離子電池材料制造關鍵裝備之一的燒結設備,亟待向高穩定性、高質量、高產量和低能耗方向發展。
問:請結合我國電科48所生產相關相關經驗介紹,如何實現燒結設備的高穩定性?
蘇文生:燒結設備的優良與否對鋰離子電池材料產品性能、質量穩定性有極其重要意義。要說明的是,這里的穩定性包括設備及產品穩定性兩個方面。
實現高穩定性,要有一套安全的保障系統作支撐。對此,我國電科48所總結出了一套成熟的相關相關經驗。首先,在其設計、制造等最初環節就要嚴格按照質量要求,做好質量管控使其“優生優育”。當然,這還要行動有序、迅速高效的團隊合作作保障。
第二是要定期“體檢”,及時發現并解決潛在危險。我們在燒結設備上設置了傳感系統,能夠實時監測設備以及內部產品的運行狀態,提前感知潛在風險,并能夠使設備實現自適應調節,以防止發生故障。
要特別重視對關鍵、容易出現問題的部位進行監測。例如,輥道爐容易出問題的關鍵在于輥棒,為了實時監測輥棒的運行狀態,我們開發了獨有的監測系統,一旦輥棒斷裂,系統就會自動報警,并準確顯示斷裂的位置,以確保及時、有效地處理故障。
同時要定期維護。質量控制、檢測都是設備廠商能夠做到的,但維護要靠用戶努力。用戶要對設備維護給予足夠重視,維護好壞直接決定了設備運行質量和壽命。為此,我們為用戶制定了詳細的設備保養手冊。
在實現產品高穩定性方面,目前的燒結設備大多只能通過溫度閉環控制來實現。而我們在此基礎上新增了一套系統,除了能夠實現溫度閉環控制外,還能對設備內的氣氛、氣壓進行實時監控,進一步提升燒結產品的質量。
問:當前,我國主流的燒結設備是什么?新一代燒結設備具備什么優勢?
蘇文生:主流的鋰離子電池材料燒結設備是輥道爐。截至目前,我國鋰離子電池材料燒結設備大致經歷了3代產品。2000年,我國開始大規模生產、應用推板爐,其燒結規模由最初的兩列燒結發展為四列燒結,為我國早期的鋰離子電池材料生產作出了巨大貢獻。2012年,我國開始使用輥道爐,它的控溫精度、自動化程度提高,同時降低了能耗、減小了污染,還能夠實現持續化生產,六列、雙層的燒結規模也提高了產出。
回轉爐在我國還未大規模應用,但我們認為,它會是我國第3代鋰離子電池材料燒結設備的發展方向。
回轉爐具有一系列的燒結優勢。不同于傳統的靜態燒結,回轉爐實現了動態燒結,使物料混合、受熱更加均勻、穩定,使產品穩定性、一致性更好。
回轉爐能夠實現節能。回轉爐提高了物料互相反應的活性,物料合成所需的溫度比應用傳統設備低。拿磷酸鐵鋰材料來說,用靜態燒結要750攝氏度的溫度,而用動態燒結只要620攝氏度的溫度。這就大大降低了生產量耗。
回轉爐能夠節省成本。回轉爐實現了全自動化,防止了輔助工具、復雜自動化系統的配置,降低了公司的維護、使用成本。同樣以磷酸鐵鋰正極材料燒結為例,1臺回轉爐相當于4臺輥道爐的燒結量。這樣,公司的固定資產投入就大大減少,市場競爭力進一步提升。
不過,目前回轉爐的推廣、應用還要解決用哪一種材料作為爐襯,以進一步增強燒結設備的耐腐蝕、耐磨性,在燒結過程中如何更好地控制工藝時間等。
問:我國電科48所在燒結設備方面有什么優勢?接下來重點做什么研發工作?
蘇文生:我們是專業從事鋰離子電池裝備生產的機構,早在1998年就進入了該領域,具有豐富的燒結設備研發、制造相關相關經驗。1989年,我們研制出我國第一臺磁性材料單推板爐,2000年推出了首臺正極材料推板爐,2005年成功研制了第一臺氣氛保護推板爐,并在2012年、2015年分別推出了第二代鋰離子電池材料燒結設備。2016年,我們研發出了粉體材料的自動上線系統,目前已經實現了燒結工序的全自動化。
裝備研發的關鍵是工藝。我們在燒結設備涉及的領域進行了相應的實驗,摸索各種工藝,用來指導燒結設備研發,走出了一條設備與工藝相結合的研發道路,取得了豐碩的科研成果,先后取得省部級各類獎23項,每年申請發明專利20余項。
目前,在實現燒結程序全自動化的基礎上,我們正在進一步研究建設鋰離子電池材料智能化生產線,并結合智能監控系統、大數據系統,實現鋰離子電池材料廠的數字化、信息化和智能化。
實現智能化是當前市場和技術發展趨勢的需求。智能化可以提高80%的生產效率,降低60%以上的人工成本。應用市場對鋰離子電池品質要求越來越高,例如要求其雜質含量控制在PPG級,也就是十億分之一。其實,目前的鋰離子電池裝備技術已經非常成熟,但即便如此,也難以生產出如此高品質的產品。這就要借助智能化的力量來實現高品質。同時,我們看到,NCA的自動化生產線全部是在凈化廠房中操作,人工要穿隔離服才能進入。智能化也能夠更好地實現自動化效果。










