自动板框压滤机在电池材料中应用

1.前言

板框压滤机是重要的固液分离设备，广泛用于冶金、煤炭、有色等行业，随着板框压滤机技术不断改正，板框压滤机应用领域得到不断拓宽，尤其自动化在板框压滤机中的应用，自动化板框压滤机在精细化工领域得到广泛使用，强化板框压滤机洗涤除杂功能。

锂离子电池作为电动汽车首选材料之一，过滤洗涤是很重要的生产环节，过程中对异物控制要求严格，常规过滤洗涤设备实际操作过程中存在着众多的人为因素，很难满足锂电池材料对杂质及异物要求，随着现代工业技术的发展，为我们提供了完备的技术手段，通过PLC微机自动控制系统， 可将板框压滤机过滤洗涤质量及管理水平提到一个新高度。自动化板框压滤机具有效率高、自动化程度高、密闭操作等优势，目前在锂离子电池材料过滤洗涤领域得到普遍使用。

2.工艺方案

设备选择

电池材料基于本身特点，对产品要求严格，尤其是对杂质、异物、物料洗涤一致性、稳定性和重现性，所以对设备及工艺的选择尤为重要，目前在锂电行业中应用于产品洗涤的设备较多，如离心机、三合一设备、带式过滤机、板框压滤机、圆盘过滤机等等，但目前国内电池材料行业内应用最为广泛的为离心机，离心机具有效率高，分离因数大从而广泛应用于生产中，但是随着小粒度产品及异物控制要求提高，对洗涤出料设备提出更高要求，全自动板框压滤机优化后，对小粒度物料的适应性得到明显的提高，对异物的控制更有利，从而我司在生产过程中，选择全自动板框压滤机进行电池材料洗涤出料，表1为不同过滤设备参数对比表。

项目	离心机	三合一设备	带式过滤机	圆盘过滤机	板框压滤机
尺寸	φ1250	5m3	20m2	φ2500	80m2

处理量kg/批	350	600	1500	400	1600
出料周期	3.5	8	12	8	5.5
占地面积 （m2）	10	12	64	10	30
控制形式	自动	半自动	半自动	手动	自动
固液分离形式	离心	正压	真空	真空	正压
物料水分 （）	≤10	≤20	≤15	≤15	≤8
异物控制风险	高	高	高	低	低

表1 不同过滤设备参数对比表

从表格各参数对比可以看出：板框压滤机及离心机综合效率高，为了降低异物控制风险，最终选型为全自动板框压滤机。

(2) 工艺设备要求

①设计产能要求：1.6t/批；②出料时间：6.5h/批；③ 物料水分：≤8.0%；④母液电导率：≤10us/cm。        3.工作原理及实验

(1) 结构性能

自动板框压滤机将机电自动控制系统应用于板框压滤机中，从而实现过程控制自动化，大大降低了劳动力，提高生产效率，自动板框压滤机结构租车：板框机架、板框自动拉板系统、过滤板、顶紧液压系统电气自动控制系统。厢式自动压滤机主要技术参数如表1所示。

(2) 工作原理

板框压滤机工作时，含固体料浆用泵经料浆通道进入过滤板框中，固体料浆在压力的推动下滤液透过滤布进入滤液收集管道中，固体被滤布截留留在板框中形成滤饼，滤饼充满滤框后，即停止过滤。压滤完成后进行进气残留水吹干，然后开始进入洗涤阶段、洗涤分为正洗、反洗两种方式，洗涤完成后进行吹干，洗涤结束后，松开滑动机头并将板框拉开，卸出滤饼，清洗滤布，整理板、框，重新装合，进行另一个操作循环。自动板框压滤机在电池材料中主要应用于产品洗涤出料，将沉淀反应的合格品经过洗涤吹干后进行烘干。

(1) 实验方法

合格料浆通过隔膜泵泵入全自动板框压滤机中，通过料浆中固含量计算泵入料浆体积，打料完成后，通过残留水吹干，洗涤，吹干等程序完成物料出料，进入烘干过筛工序， 得到合格产品。实验过程中分别对残留水吹干时间、洗涤时间、洗涤次数、吹干时间、吹干次数进行考察，验证了工艺条件对物料水分含量的影响。

4.实验结果与讨论

残留水吹干时间对洗涤效果的影响

打料完成后，板框内的物料含有大量的残留水，不同残留水的吹干时间对镍钴锰材料杂质含量影响较大，残留水的吹干变得尤为重要，为了减轻后续工序洗涤过程中的压力， 料浆进料完成后需进行残留水吹干程序。残留水吹干时间直接影响洗涤效果。

残留水吹干时间（min）	0	5	10	15	20
S/ppm	1757	1648	1623	1608	1597
Na/ppm	264	165	148	134	126

(1) 洗涤时间对产品杂质影响

不同洗涤时间对多元前驱体材料杂质含量影响较大。洗涤时间直接影响产品杂质最终结果，本文考察了不同洗涤时间对多元前驱体杂质影响，具体结果见表3。

洗涤时间（min）	60	120	180	240	300
S/ppm	2357	1685	1653	1628	1585
Na/ppm	560	165	128	118	108

(1) 洗涤次数对多元前驱体杂质影响

在相同洗涤时间，不同的洗涤次数可以改善多元前驱体材料杂质含量。不同的洗涤次数直接影响产品杂质最终结果，为了验证少量多次的洗涤方式对多元前驱体杂质影响， 在相同条件下，考察不同次数洗涤后，多元前驱体的杂质数据，具体结果见表4。

洗涤次数（min）	1	2	3	4	5
S/ppm	2297	1785	1703	1648	1615
Na/ppm	480	265	188	128	118

(1) 吹干时间对多元前驱体水分的影响

水分在多元前驱体烘干中为一个重要指标，水分越高， 烘干时间需较长，为了提高多元前驱体烘干效率，洗涤后产品水分越低对提高生产效率是有利的，同时也可以最大程度降低杂质含量，空压气在恒定条件下，吹干时间对水分影响最为关键，而不同吹干时间对多元前驱体水分含量影响较大。考察了不同吹干时间对多元前驱体水分影响，具体结果见表5。

吹干时间（min）	60	90	120	180	240
H O/ 2	18.4	11.2	8.4	7.8	7.2

5.自动控制系统的优化

自动板框压滤机在各冶金、化工、污水处理等行业应用广泛，但在锂电材料行业，真正应用产品领域除日本和韩国等外，国内目前均未实现普及，在精细化产品中，自动板框压滤机应用成熟度不够，主要体现在洗涤工艺与产品物料性质的匹配性，尤其在锂电电池行业应用于产品洗涤的更少， 为了解决自动板框压滤机对多元前驱体洗涤效果，从而对自动板框压滤机洗涤，吹气工艺进行优化。

(1) 压榨工艺优化

增加残留水吹干为了尽可能降低多元前驱体压滤后母液残留量，增加残留水吹干工序，使洗涤前物料母液残留量减少至最少，从而提高洗涤效率。

(2) 洗涤工艺优化

洗涤采用间断多次洗涤模式。为了提高洗涤效率，避免洗涤短路现象发生，洗涤工艺由常规一次洗涤模式，优化成15秒一组洗停组合，反复重复洗涤组合直到一次洗涤完成， 洗涤过程按正洗和反洗交替进行，直到洗涤合格，整个过程全部采用PLC程序化自动控制。

(3) 吹干工艺优化

吹干采用间断多次吹干模式。为了提高吹干效率，避免吹干短路现象发生，吹干工艺由常规一次吹干模式，优化成15秒一组吹停组合，反复重复吹停组合直到一次吹干完成， 吹干过程按正吹和反吹交替进行，直到吹干合格，整个过程全部采用PLC程序化自动控制。

(4) 材质优化

材质优化为不锈钢或非金属材质。为了最大程度减少金属磁性异物的带入产品，板框设计过程中，尽可能的采用非金属材料，无法满足强度要求，全部采用非磁性不锈钢材质，从而减少了金属磁性异物带入的可能。

6.结束语

实验过程中分别对残留水吹干时间、洗涤时间、洗涤次数、吹干时间、吹干次数进行考察，验证了工艺条件对物料杂质、水分含量的影响；完成了对板框压滤机自动控制优化，最大程度的提高板框压滤机洗涤吹干效果；通过对板框压滤机材质设计选型，使用过程中降低板框压滤机带入磁性异物的风险。全自动板框压滤机在锂电行业的应用为国内最早工业化应用案例，为后期大规模使用提供参考依据。

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