在锂电池三元正极材料的生产过程中，混合是十分重要的一个环节。而高速混合机是目前三元材料干法混合设备中综合应用较好的产品。

高速混合机，主要由搅拌系统、驱动系统、控制系统、测温系统等组成，而搅拌系统为其核心系统，包括料筒、搅拌桨、壁部阻流板、进料口和出料口等。高速混合机利用底部的搅拌桨与侧面的切割刀机构使物料沿环向、径向、轴向运动，实现充分的混合。

高速混合机通常设置在配料设备与煅烧设备之间，为煅烧提供均匀的混合料。混合的效果关系到后续烧结环节的烧结速率与烧结成品的结构均匀性，直接影响锂电池的产品性能与使用安全。

三元材料规模化生产一次烧结到二次烧结流程

高速混合机在三元正极材料中的应用问题

颗粒的团聚指在生产、处理等工艺流程中，极微小的颗粒由于自身物化性质，或是在外部因素的作用下，若干分散的颗粒重新结合起来，成为一个个层层叠加的团聚体。

在高速混合机的实际应用中，破坏颗粒团聚的最主要方法就是机械分散法与颗粒干燥法。机械分散法是通过高速旋转的桨叶对物料进行不断的翻动与剪切，使团聚颗粒快速地被打散，恢复到分散的状态。但是这种方法只是通过机械结构的强制性外力来迫使团聚体破碎，对于颗粒与颗粒之间的分子力、湿度等造成团聚的主要因素都不能产生本质上的影响，所以，团聚体在被破碎后仍有可能会再次形成，给三元材料的实际生产造成不便。

颗粒干燥法是通过确保三元材料颗粒在高速混合机前的干燥性，以达到防止颗粒聚团的目的。因为在潮湿的环境中，颗粒与颗粒之间的液桥作用是形成团聚的主要原因。但是，实际上，锂盐、三元前驱体在运输及存储过程中，都会因为暴露在空气中而发生吸潮，无法保持良好的干燥性，而且在高速混合机的使用过程中，为防止扬尘，高速混合机除了顶部设置呼吸口外，为全密封结构，混合过程中由于物料升温而导致的水分蒸发，往往无法及时与外界气体进行交换，导致物料返潮而重新产生团聚。

通过对比球磨机和高速混合机，发现高速混合机通过桨叶对钴酸锂粉末不断地进行搅拌与剪切，这会大大地破坏颗粒的原始形貌，从而减小了最终成品的平均颗粒度，使得比表面积增大，松装密度减小。但是对形貌上的一定破坏这对最后的锂电池性能的影响尚不明确。

高速混合机在混合过程中，高速旋转的桨叶会不断地对三元材料颗粒进行搅拌与切割，并将物料不断的抛向壁面，而导致桨叶和壁面的磨损。为了防止混合阶段的磁性物质污染问题，厂家会对高速混合机的桨叶、壁面、出料口与顶盖喷涂防护涂层。三元材料生产线中常见的喷涂材料有聚四氟乙烯（PTFE）与碳化钨（WC），也有使用乙烯三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）或贴片陶瓷进行防护。

而在实际应用中，桨叶切割最剧烈的位置涂层会很快磨损（使用寿命多为0.5～1年）而无法被及时发现，使金属部分直接与三元材料接触，造成磁性物质污染。

离析是一种与颗粒混合相反的过程，不仅会妨碍良好混合，而且还会使已经混合好的混合物重新分层，降低混合物的混合质量。

在高速混合机的混合过程中，对于三元材料在高速混合机中的离析现象，可归纳为以下四种情况：

（1）高混机的结构形式，锂盐与三元前驱体的颗粒粒径和密度相差较大，在高速混合机高速旋转的桨叶的离心力的作用下，较重的颗粒会更容易被抛向罐体外侧；

（2）三元材料的含水率超过一定限度时，流动率会大大下降，而高速混合机的桨叶之间的间隙较大不能使物料充分混合；

（3）由于高速混合机桨叶对三元材料颗粒的破坏，产生了一定的细粉体并以粉尘形式被带走；

（4）高速混合机混合过程中未控制好混合时间，导致粉体过度混合。

高速混合机在整条三元材料产线中是效率较低、能耗较高的部分。在目前节能减排的大背景下，混合过程中的节能研究势必会成为未来一段时间的研究重点。

除了高速混合机常规的设备损耗及维护，三元材料用高速混合机的涂层维护也是很大的一笔开销。

小结

混合作为三元正极材料生产过程中的重要一环，一直受到广泛关注，了解并掌握高速混合机使用中可能会遇见的技术问题，对于控制三元正极材料产品品质有着相当重要的意义。

参考资料：

柳波等.三元正极材料用高速混合机使用问题的研究

战令浩等.三元材料规模化生产技术探析

文章来源：粉体网

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