喷雾热解法制备电池材料生产线：适合研发至中小规模生产
喷雾热解法制备电池材料生产线设计定制
类型：适合研发至中小规模生产
提供“交钥匙”解决方案：从前驱体配方优化、产线设计、安装调试到量产工艺包，全程支持。
喷雾热解(Spray Pyrolysis)是一种高效、连续、可扩展的粉体材料制备技术,近年来已被广泛用于锂电池、钠电池等多种电池正极、负极及固态电解质的中试及产业化生产线上。
核心原理是将前驱体溶液雾化成微小液滴,在高温反应器中瞬间干燥、热解,直接生成成分均匀、形貌可控的球形颗粒。
喷雾热解法制备电池材料的核心流程
前驱体溶液配制
将金属盐(如硝酸盐、醋酸盐)按目标化学计量比溶于水或有机溶剂,可添加络合剂(柠檬酸、尿素)或表面活性剂(PVP)调控形貌与分散性。
雾化
通过二流体喷嘴、超声雾化器或离心雾化盘将前驱体溶液雾化为1–100 μm的液滴,液滴大小直接影响最终粒径。
高温热解
液滴在650–1200 °C的高温反应器(如管式炉、回转窑、火焰反应器)中瞬间完成:
溶剂蒸发
盐分解(释放NO2、CO2等)
成相结晶(如层状LiCoO2、尖晶石LiMn2O4、高镍NCM等)
颗粒收集与后处理
采用旋风分离器+静电除尘/袋滤收集粉体;必要时进行**后续热处理(退火)以优化结晶度和电化学性能
赛特瑞喷雾热解生产线的主要设备组成:
进料系统、进气系统、加热系统(雾化气体进料加热炉+气化反应热解炉)、气化反应分离系统、冷却洗涤系统、引风系统
控制系统:(PLC集成控制、触摸屏、精密温控仪表及数据管理软件)
技术特点:
1)、适合研发至中小规模生产，多区控温，支持氧气/可燃气体共烧
2)、一步合成工艺:前驱体雾化、干燥、热解及结晶一步完成,无需后续洗涤或煅烧。
3)、高精度控温:程序控温仪表,配合S型热电偶,控温精度达±1℃,确保反应稳定性。
4)、自动化与智能化:PLC系统集成流量、温度、压力参数,实现全流程自动控制及数据记录。
5)、耐高温耐腐蚀材料:气化反应器采用特殊材质,关键管路使用哈氏合金/S316,适应高温及腐蚀性环境。
6)、颗粒收集通过旋风分离器、静电除尘器或滤袋收集产物。
7)、环保设计:尾气经冷却、洗涤后达标排放,废水集中处理,符合环保要求。
雾化方式:
气动雾化(压缩空气/惰性气体破碎液流)
超声雾化(高频振动产生微米级液滴)
离心雾化(高速旋转盘分散液体)
液滴尺寸:通常为1–100 μm,直接影响最终颗粒大小
适用材料体系总结
| 材料类型 | 代表体系 | 喷雾热解适用性 |
|---|---|---|
| 正极 | LiCoO₂、LiMn₂O₄、NCM、NCA、富锂锰、磷酸铁锂 | ✅ 成熟,文献&产线广泛验证 |
| 负极 | Li₄Ti₅O₁₂、SnO₂、Fe₂O₃、SiOₓ | ✅ 纳米化、碳包覆同步实现 |
| 固态电解质 | LLZO、LGPS、LATP、聚合物-陶瓷复合物 | ✅ 组合喷雾+烧结,高通量筛选 |
| 钠电正极 | NaFeO₂、NaNi₁/₃Mn₁/₃Fe₁/₃O₂等 | ✅ 专利已覆盖,工艺与锂电类似 |
喷雾热解生成线的优势
| 维度 | 表现 |
|---|---|
| ✅ 工艺连续性 | 全液相进料,适合自动化流水线 |
| ✅ 材料性能 | 球形、多孔、高结晶、成分均匀 |
| ✅ 成本控制 | 无需沉淀剂、洗涤水,设备紧凑 |
| ✅ 环保友好 | 无废液/少量尾气,易达标 |
喷雾热解法制备电池材料的典型产物与性能优势
| 材料类型 | 典型产物 | 性能优势 |
|---|---|---|
| 高镍三元正极 | LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂ (NCM811) | 抑制阳离子混排，循环寿命提升20%以上 |
| 富锂锰基正极 | Li₁.₂Mn₀.₅₄Ni₀.₁₃Co₀.₁₃O₂ | 减少首次不可逆容量损失（<50 mAh/g） |
| 磷酸铁锂 | 多孔LiFePO₄/C | 10C倍率下容量保持率>90% |
| 钛酸锂负极 | Li₄Ti₅O₁₂ 空心球 | 体积膨胀率<1%，超长循环稳定性（>10,000次） |
| 固态电解质 | LLZO (Li₇La₃Zr₂O₁₂) | 致密化程度高，离子电导率 > 10⁻⁴ S/cm |
喷雾热解工艺参数对材料性能的影响与优化目标
| 参数 | 影响机制 | 优化目标 |
|---|---|---|
| 前驱体浓度 | 浓度过高 → 颗粒粘连；浓度过低 → 产量下降 | 通常控制在 5–20 wt% |
| 雾化气压/频率 | 决定液滴尺寸分布（D₅₀ = 5–30 μm） | 实现窄分布（Span < 1.5） |
| 反应温度 | 温度过低 → 盐分解不完全；温度过高 → 颗粒烧结 | 正极材料：600–900 ℃ |
| 载气流量 | 影响停留时间（0.5–10 s） | 确保充分热解，避免未反应核 |
| 冷却速率 | 快速冷却可固定亚稳相（如高压 LiCoO₂） | 采用梯度控温设计 |
