在鋰離子電池正極材料（如三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等）的生產(chǎn)過程中，粉碎工序是提升材料顆粒均勻性、比表面積及電化學(xué)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過精細(xì)的粉碎處理，可以得到粒度均勻、分布合理的正極材料粉末，這對于提高鋰離子電池的性能至關(guān)重要。本文將從對輥粗破碎、氣流粉碎和機(jī)械粉碎三個核心工藝展開，解析其原理、設(shè)備選型及工藝控制要點(diǎn)。

一、對輥破碎（粗破碎）

對輥粗破碎是鋰電正極材料粉碎工序的第一步，其目的是將大塊的正極材料原料破碎成較小的顆粒，以便于后續(xù)的粉碎處理。

對輥粗粉碎工藝主要通過兩個相對旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)訉ξ锪线M(jìn)行擠壓和剪切，從而達(dá)到粉碎的目的。該工藝具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于鋰電正極材料的粗粉碎處理。

1. 設(shè)備及參數(shù)

對輥粗粉碎機(jī)主要由兩個平行布置的輥?zhàn)咏M成，輥?zhàn)颖砻嫱ǔＲr有耐磨材料（如氧化鋁或氧化鋯陶瓷），以增加其使用壽命和粉碎效果。在工作時，兩個輥?zhàn)右砸欢ǖ乃俣认鄬πD(zhuǎn)，物料被送入兩個輥?zhàn)又g的間隙中。隨著輥?zhàn)拥男D(zhuǎn)，物料受到擠壓和剪切作用，逐漸被粉碎成較小的顆粒。

①設(shè)備選型：采用雙輥或三輥破碎機(jī)，輥輪材質(zhì)需具備高硬度以抵抗材料磨損，正極材料常用的為陶瓷輥。

②關(guān)鍵參數(shù)：

輥輪間隙：通?？刂圃?-20mm，上層寬、下層窄，直接影響出料粒度（D50約200-1000 μm）。

轉(zhuǎn)速匹配：兩輥轉(zhuǎn)速差形成剪切力，一般設(shè)定轉(zhuǎn)速為50-200 rpm。

進(jìn)料粒度：燒結(jié)塊需預(yù)先破碎至≤30 mm，避免堵塞；常用方式為燒結(jié)前切塊，匣缽倒料后由于重力作用物料可自行分為小塊。

2. 工藝步驟

①原料準(zhǔn)備：將待粉碎的鋰電正極材料原料進(jìn)行預(yù)處理，如干燥、除雜等，以確保粉碎過程的順利進(jìn)行。

②設(shè)備調(diào)試：根據(jù)所選對輥粗粉碎機(jī)的操作手冊進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，包括調(diào)整輥?zhàn)娱g隙、旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，以確保粉碎效果和粒度分布符合要求。

③粉碎操作：將預(yù)處理后的原料送入對輥粗粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎。在粉碎過程中，需要密切監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和粉碎效果，及時調(diào)整工藝參數(shù)以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

④篩分與分級：粉碎后的物料需要經(jīng)過篩分處理，以去除不符合要求的粗顆粒。篩分后的物料可以根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步的分級處理。

⑤產(chǎn)品收集與儲存：將符合要求的粉碎產(chǎn)物進(jìn)行收集、干燥和儲存，以便后續(xù)使用。

⑥注意事項(xiàng)：在對輥粗破碎過程中，需要嚴(yán)格控制原料的含水量和給料速度，以避免設(shè)備堵塞和過度磨損。同時，還需要定期檢查和更換輥?zhàn)颖砻娴哪湍ゲ牧希源_保破碎效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3. 工藝特點(diǎn)

①高效粉碎：對輥粗粉碎機(jī)具有高效的粉碎能力，可以將較大的正極材料顆粒迅速破碎至較小的粒度。

②粒度可控：通過調(diào)整輥?zhàn)娱g隙和旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，可以精確控制粉碎產(chǎn)物的粒度分布。

③耐磨性強(qiáng)：輥?zhàn)颖砻嬉r有耐磨材料，增加了設(shè)備的使用壽命和粉碎效果。

④操作簡單：對輥粗粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于維護(hù)和保養(yǎng)

二、氣流粉碎（超微粉碎）

氣流粉碎（Jet Milling）利用高壓氣體（0.5-1.2 MPa）加速顆粒至超音速，通過顆粒間碰撞、摩擦實(shí)現(xiàn)超微粉碎。適用于制備D50≤10 μm的高純度正極材料。該工藝具有粉碎效率高、粒度分布窄、顆粒形狀規(guī)整、純度高、活性大等優(yōu)點(diǎn)。

1. 設(shè)備與參數(shù)

氣流粉碎機(jī)是氣流粉碎工藝的核心設(shè)備，流化床氣流粉碎機(jī)是這一步驟的常用設(shè)備。在氣流粉碎機(jī)中，壓縮空氣經(jīng)過冷卻、過濾和干燥后，形成超音速氣流射入粉碎腔。物料在高壓差作用下被流態(tài)化并加速，隨后在多個噴嘴交匯處發(fā)生劇烈的沖擊、碰撞和摩擦，從而被粉碎成細(xì)粉。粉碎后的細(xì)粉會被氣流輸送到分級機(jī)中進(jìn)行進(jìn)一步分級處理。

①核心組件：噴嘴、粉碎腔、分級輪。

②氣源要求：干燥壓縮空氣或氮?dú)猓ㄑ鹾俊?0 ppm，防氧化）。

③關(guān)鍵參數(shù)：

氣流壓力：0.5-1.2 MPa，壓力越高，粉碎強(qiáng)度越大。

分級輪轉(zhuǎn)速：2000-8000 rpm，控制最終粒度分布。

進(jìn)料速率：5-50 kg/h，與氣流流量匹配。

2. 工藝步驟

①原料準(zhǔn)備：將待粉碎的鋰電正極材料原料進(jìn)行預(yù)處理，如干燥、除雜等，以確保粉碎過程的順利進(jìn)行。

②設(shè)備調(diào)試：根據(jù)所選氣流粉碎機(jī)的操作手冊進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，包括調(diào)整氣流速度、噴嘴角度等參數(shù)，以確保粉碎效果和粒度分布符合要求。

③粉碎操作：將預(yù)處理后的原料送入氣流粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎。在粉碎過程中，需要密切監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和粉碎效果，及時調(diào)整工藝參數(shù)以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

④粒度分級：粉碎后的物料需要經(jīng)過分級處理，以去除不符合要求的粗顆粒和過細(xì)粉末。常用的分級設(shè)備為渦輪分級機(jī)，它利用離心力和風(fēng)機(jī)抽力對粉碎后的物料進(jìn)行精確分級。

⑤產(chǎn)品收集與包裝：將符合要求的粉碎產(chǎn)物進(jìn)行收集、干燥和包裝，以便后續(xù)使用或儲存

3. 工藝特點(diǎn)

①高效粉碎：氣流粉碎工藝?yán)酶咚贇饬鞯膭幽苓M(jìn)行粉碎，粉碎效率高，生產(chǎn)能力大。

②粒度可控：通過調(diào)整氣流速度、噴嘴角度等參數(shù)，可以精確控制粉碎產(chǎn)物的粒度分布。

③顆粒形狀規(guī)整：氣流粉碎后的顆粒表面光滑、形狀規(guī)整，有利于提高鋰離子電池的性能。

④純度高、活性大：氣流粉碎過程中避免了金屬等雜質(zhì)的混入，提高了粉碎產(chǎn)物的純度和活性。

三、機(jī)械粉碎（細(xì)化處理）

鋰電正極材料的機(jī)械粉碎工藝是鋰離子電池制造過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其目的是將正極材料原料粉碎至符合鋰離子電池制造要求的粒度范圍。機(jī)械粉碎工藝主要通過機(jī)械設(shè)備對正極材料原料進(jìn)行撞擊、磨削和擠壓等物理作用，將其粉碎成所需的粒度。該工藝具有生產(chǎn)效率高、粒度可控、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是鋰電正極材料制備中不可或缺的一步。

1. 設(shè)備選型

在鋰電正極材料的機(jī)械粉碎過程中，常用的設(shè)備包括球磨機(jī)、振動磨、機(jī)械磨等。這些設(shè)備的工作原理和適用場景各不相同，因此需要根據(jù)原料的性質(zhì)、粒度要求以及生產(chǎn)規(guī)模等因素進(jìn)行設(shè)備選型。

①球磨機(jī)：適用于大規(guī)模生產(chǎn)，通過裝填研磨介質(zhì)（如鋼球）對物料進(jìn)行撞擊和磨削，得到粒度均勻的粉末。

②振動磨：利用高頻振動使物料在研磨腔內(nèi)受到強(qiáng)烈的撞擊和磨削作用，適用于對粒度要求較高的場合。

③機(jī)械磨：通過圍繞水平或直軸高速旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)體對物料進(jìn)行猛烈沖擊，使其與固定體或顆粒之間相互碰撞來實(shí)現(xiàn)粉碎。機(jī)械磨易于調(diào)節(jié)粉碎粒度，占地面積小，且可連續(xù)閉路粉碎。是現(xiàn)有正極材料生產(chǎn)中首選的粉碎方式。

2. 工藝參數(shù)

①球磨機(jī)：

研磨介質(zhì)填充率：30-50%，介質(zhì)直徑1-10 mm。

轉(zhuǎn)速：臨界轉(zhuǎn)速的60-75%（防止離心化）。

粉碎時間：2-8小時，D50可達(dá)1-10 μm。

②振動磨：

高頻振動（1000-1500次/min）提升粉碎效率。

適用于小批量高硬度材料（如鈷酸鋰）。

③機(jī)械磨：

主機(jī)頻率：控制主機(jī)刀盤的轉(zhuǎn)速，直接影響陶瓷錘塊對材料的沖擊力大小，一般控制范圍為5~50Hz，未包覆料開大頻率控制材料粒徑、包覆料開小頻率避免破壞包覆層。

分級頻率：控制腔體分級輪的轉(zhuǎn)速，直接影響顆粒能離開腔體的粒徑大小，特定轉(zhuǎn)速下只有小于某一粒徑的顆粒才能通過分級輪離開腔體，反之則回到腔體反復(fù)破碎，一般控制范圍為5~50Hz，未包覆料開大頻率控制材料粒徑、包覆料開小頻率避免破壞包覆層。

進(jìn)料速度：控制未粉碎物料進(jìn)入主機(jī)腔體的速度，進(jìn)料過快易導(dǎo)致主體腔體堵塞，進(jìn)料過慢易導(dǎo)致部分顆粒被反復(fù)捶打無法離開腔體。

引風(fēng)頻率：控制粉碎系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)量大小，是整個系統(tǒng)的主要動能，風(fēng)量過小易導(dǎo)致材料在系統(tǒng)內(nèi)動能不足在某一位置長期滯留，風(fēng)量過大易導(dǎo)致材料過快離開腔體未起到粉碎作用，一般控制范圍為40~50Hz，一次料開大頻率控制材料粒徑、二次料開小頻率避免大小顆粒偏析。

3. 工藝步驟

①原料準(zhǔn)備：將正極材料原料進(jìn)行預(yù)處理，如干燥、除雜等，以確保粉碎過程的順利進(jìn)行。

②設(shè)備調(diào)試：根據(jù)所選設(shè)備的操作手冊進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，包括調(diào)整研磨介質(zhì)的種類、數(shù)量、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，以確保粉碎效果和粒度分布。

③粉碎操作：將預(yù)處理后的原料送入粉碎設(shè)備中，進(jìn)行機(jī)械粉碎。在粉碎過程中，需要密切監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和粉碎效果，及時調(diào)整工藝參數(shù)以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

④粒度分級：粉碎后的物料需要進(jìn)行粒度分級處理，以去除不符合要求的粗顆粒和細(xì)粉末。常用的粒度分級設(shè)備包括篩分機(jī)、分級機(jī)等。

⑤產(chǎn)品收集與包裝：將符合要求的粉碎產(chǎn)物進(jìn)行收集、干燥和包裝，以便后續(xù)使用或儲存。

4. 工藝優(yōu)化與質(zhì)量控制

為了提高鋰電正極材料機(jī)械粉碎工藝的效率和產(chǎn)品質(zhì)量，可以采取以下優(yōu)化措施：

①優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)：通過改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，如增加研磨腔的容積、優(yōu)化研磨介質(zhì)的形狀和分布等，提高粉碎效率和粒度均勻性。

②精確控制工藝參數(shù)：嚴(yán)格控制原料的含水量、給料速度、研磨介質(zhì)種類和數(shù)量、轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)，以確保粉碎效果和粒度分布符合要求。

③加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)：定期對粉碎設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，包括清理設(shè)備內(nèi)部的積料、更換磨損部件等，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。

④強(qiáng)化質(zhì)量檢測：對粉碎后的物料進(jìn)行嚴(yán)格的粒度檢測和質(zhì)量控制，確保產(chǎn)品符合鋰離子電池制造的要求?？梢圆捎眉す饬６确治鰞x等先進(jìn)檢測設(shè)備對粉碎產(chǎn)物的粒度進(jìn)行精確測量和分析。

四、工藝對比與選型建議