在锂电池三元正极材料的生产过程中，混合是把一定物料比例的盐，如三元前驱体和碳酸锂一起投入到混合机中。混合是十分重要的一个环节，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。三元材料的混合工艺分为干法混合与湿法混合，其中干法混合凭借着简单易行、节能环保的优点，已经被广泛的应用在三元材料工业生产之中。目前在三元材料干法混合设备中，高速混合机是综合效果最好、应用最广的产品。但是，高速混合机在三元材料的混合过程中仍然存在着大量的问题，这无疑为高品质正极材料的生产造成了很大的阻碍。因此，本文从实际调研出发，总结了目前高速混合机在三元材料混合中的常见问题，并对这些问题的成因与背后机理进行了分析、�/p>

1.高速混合机混合中的团聚问题

颗粒的团聚指的是在生产、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。造成团聚现象的主要因素有三点：微小颗粒之间的分子作用力造成的团聚现象；由于颗粒带电导致的库仑力使颗粒形成的团聚体；由于空气或者颗粒湿度较大，使得自由颗粒相互粘结形成团聚体。针对这三种团聚原因，目前，主要有三种方法使颗粒重新分散，分别是机械分散法、颗粒干燥法、静电分离法�?nbsp;

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、�/p>

2.高速混合机混合中的晶格破坏问题

使用球磨机和高速混合机混合同一批钴酸锂粉末，来分析高速混合机对钴酸锂粉末的形貌与晶格的破坏情况，并探究晶格破坏对最后的锂电池产品放电性能的影响。对比混合后的两批产品，由于高速混合机高速旋转的桨叶对钴酸锂颗粒的破坏，经过高速混合机混合后的钴酸锂粉末的平均粒度相较于球磨机更小，D50比通过球磨机混合的小约0.1um。相应的，由于颗粒受到剪切破坏，高速混合机批次钴酸锂粉末的比表面积比球磨机批次的有较大提升，约0.7m2/g。因为平均粒度与比表面积的改变，高速混合机批次的钴酸锂粉末的松装密度相较于球磨机减小了�?.15g/ml。通过两种混合方式的差异性我们可以看到，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，这会大大的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�?nbsp;

采用高速混合机混合的正极材料在形貌上遭到了一定程度的破坏，但是这种破坏对于最后的锂电池性能的影响尚不明确。目前有一种观点认为在混合阶段中被破碎的正极材料颗粒，在后续的烧结过程中会重新连接生长，使得颗粒的粒度恢复到与破碎前接近的水平，对最后锂电池性能也不会造成明显影响。但是在实际的烧结过程中，情况并非如此。图1是经高速混合机与球磨机混合物料�?0000倍SEM图，经高速混合机破碎后的小颗粒虽然会在烧结过程中重新生长，但是通过这种方式获得的颗粒不能保证很好的形貌特征与颗粒均匀度，对锂电池最终产品的实际性能也会造成一定的影响、�/p>

‍‍‍‍‍‍高速混合机与球磨机混合物料SEM国�/p>

3.高速混合机混合中磁性物质污染问�?nbsp;

在三元材料的生产过程中，由于产线中金属材料与三元材料粉末的直接接触，会导致微量金属杂质，如铁、镍、铜、锌、铬等进入到三元材料中。在电池化成阶段，这些金属杂质会在电池的正极发生氧化反应，然后再在电池负极处被还原。随着反应的进行，电池负极处的金属杂质会不断地发生堆积，直到形成枝晶，导致隔膜穿孔，从而使电池内部短路，增大电池的自放电率，当形成枝晶数量过多时，还会导致电池起火甚至爆炸。因此，从三元材料入手，对三元材料中引入的金属杂质进行管控与清除是十分重要的，对于金属杂质的管控能力也成为了评价一条正极材料生产线是否满足要求的重要指标�?nbsp;

高速混合机在混合过程中高速旋转的桨叶会不断的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产生污染。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。表1是常见喷涂材料的性能对照表。但是在实际应用中，桨叶切割最剧烈的位置涂层会很快磨损（使用寿命多�?.5�?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、�/p>

�? 常见喷涂材料性能对照�?/p>

4.高速混合机混合不均匀问题

从混合原理出发，实现固体颗粒相互混合的混合机理主要有三种，分别是扩散混合、对流混合与剪切混合。扩散混合是靠在新形成的混合物表面上重新分布粒子的办法来促进混合；对流混合是依靠外力的作用，使一种组分固体颗粒在混合物中产生位置上的转移，从而使两种或多种组分之间发生对流，达到混合的目的；剪切混合是在粒状物料内部造成滑移平面，使得固体颗粒之间的相对位置发生变化，以达到混合的目的。以上的三种混合机理中，扩散混合效率最低，对流混合混合效率最高，剪切混合介于两者之间�?nbsp;

当两组分固体颗粒在混合器内进行混合时，会出现颗粒离析的现象。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。一般来说，颗粒物性（粒径及其分布、形状、密度、视密度、凝集性和流动性等）和混合器形式是产生离析现象的主要原因、�/p>

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：

�?）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；

�?）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；

�?）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：�/p>

�?）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、�/p>

5.高速混合机运行能耗高的问�?nbsp;

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，表2是一款容量为500L的三元材料用高速混合机生产性能表、�/p>

目前，针对高速混合机节能的研究相对较少，仅有少数的关于高速混合机桨叶的优化设计。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、�/p>

�? 500L三元材料用高速混合机生产性能�?/p>

6.高速混合机后期维护费用高问�?nbsp;

除去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�?nbsp;

正如上文所说，高速混合机物料和桨叶、内壁以及物料之间存在相互碰撞摩擦，为了防止物料磨损内壁及桨叶，从而产生磁性异物，筒壁和桨叶上面需要制作涂层。因为三元材料的物料颗粒比较硬，需要考虑涂层的耐磨性，同时还要兼顾涂层本身是非金属材质，以及摩擦产�?0℃以上的高温传导或者是耐高温性能，涂层中使用最广泛的就是碳化钨与聚四氟乙烯。但是这两种涂层的使用寿命与维护成本都不如人意。以碳化钨涂层为例，在使用寿命方面，国内的碳化钨喷涂厂家的涂层使用寿命多�?.5-1年，而国外厂家碳化钨涂层的寿命一般为1-2年。涂层失效后重新喷涂碳化钨涂层的价格也相对较高，根据调研发现�?00L高速混合机重新做涂层防护的直接费用约在25000元。从相关喷涂厂家了解�?.2mm碳化钨涂层价格约�?500�?m2�?.3mm碳化钨涂层约�?0000�?m2、�/p>

7.结语

近些年来，随着新能源行业的突飞猛进，越来越多厂家开始涉足于锂电池三元正极材料的生产，或者三元锂电池正极材料生产设备的制造，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，对于相关企业进入新能源材料生产行业，控制三元正极材料产品品质有着重要的意义。同时，市场也急需一种新型的混合设备，解决高速混合机在使用过程中存在的问题�?nbsp;

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