前言

板框壓濾機是重要的固液分離設備，廣泛用于冶金、煤炭、有色等行業，隨著板框壓濾機技術不斷改正，板框壓濾機應用領域得到不斷拓寬，尤其自動化在板框壓濾機中的應用，自動化板框壓濾機在精細化工領域得到廣泛使用，強化板框壓濾機洗滌除雜功能。鋰離子電池作為電動汽車首選材料之一，過濾洗滌是很重要的生產環節，過程中對異物控制要求嚴格，常規過濾洗滌設備實際操作過程中存在著眾多的人為因素，很難滿足鋰電池材料對雜質及異物要求，隨著現代工業技術的發展，為我們提供了完備的技術手段，通過PLC微機自動控制系統，可將板框壓濾機過濾洗滌質量及管理水平提到一個新高度。自動化板框壓濾機具有效率高、自動化程度高、密閉操作等優勢，目前在鋰離子電池材料過濾洗滌領域得到普遍使用。工藝方案(1)設備選擇電池材料基于本身特點，對產品要求嚴格，尤其是對雜質、異物、物料洗滌一致性、穩定性和重現性，所以對設備及工藝的選擇尤為重要，目前在鋰電行業中應用于產品洗滌的設備較多，如離心機、三合一設備、帶式過濾機、板框壓濾機、圓盤過濾機等等，但目前國內電池材料行業內應用最為廣泛的為離心機，離心機具有效率高，分離因數大從而廣泛應用于生產中，但是隨著小粒度產品及異物控制要求提高，對洗滌出料設備提出更高要求，全自動板框壓濾機優化后，對小粒度物料的適應性得到明顯的提高，對異物的控制更有利，從而我司在生產過程中，選擇全自動板框壓濾機進行電池材料洗滌出料，表1為不同過濾設備參數對比表。

從表格各參數對比可以看出：板框壓濾機及離心機綜合效率高，為了降低異物控制風險，最終選型為全自動板框壓濾機。

工藝設備要求①設計產能要求：1.6t/批；②出料時間：6.5h/批；③物料水分：≤8.0%；④母液電導率：≤10us/cm。

3.工作原理及實驗

(1)結構性能自動板框壓濾機將機電自動控制系統應用于板框壓濾機中，從而實現過程控制自動化，大大降低了勞動力，提高生產效率，自動板框壓濾機結構租車：板框機架、板框自動拉板系統、過濾板、頂緊液壓系統電氣自動控制系統。廂式自動壓濾機主要技術參數如表1所示。

(2)工作原理板框壓濾機工作時，含固體料漿用泵經料漿通道進入過濾板框中，固體料漿在壓力的推動下濾液透過濾布進入濾液收集管道中，固體被濾布截留留在板框中形成濾餅，濾餅充滿濾框后，即停止過濾。壓濾完成后進行進氣殘留水吹干，然后開始進入洗滌階段、洗滌分為正洗、反洗兩種方式，洗滌完成后進行吹干，洗滌結束后，松開滑動機頭并將板框拉開，卸出濾餅，清洗濾布，整理板、框，重新裝合，進行另一個操作循環。自動板框壓濾機在電池材料中主要應用于產品洗滌出料，將沉淀反應的合格品經過洗滌吹干后進行烘干。

(3)實驗方法合格料漿通過隔膜泵泵入全自動板框壓濾機中，通過料漿中固含量計算泵入料漿體積，打料完成后，通過殘留水吹干，洗滌，吹干等程序完成物料出料，進入烘干過篩工序，得到合格產品。實驗過程中分別對殘留水吹干時間、洗滌時間、洗滌次數、吹干時間、吹干次數進行考察，驗證了工藝條件對物料水分含量的影響。

4.實驗結果與討論

(1)殘留水吹干時間對洗滌效果的影響打料完成后，板框內的物料含有大量的殘留水，不同殘留水的吹干時間對鎳鈷錳材料雜質含量影響較大，殘留水的吹干變得尤為重要，為了減輕后續工序洗滌過程中的壓力，料漿進料完成后需進行殘留水吹干程序。殘留水吹干時間直接影響洗滌效果。隨著殘留水吹干時間的增加，多元前驅體S和Na含量呈現下降趨勢，當反吹時間＞10min，S和Na的下降幅度變緩。

(2)洗滌時間對產品雜質影響不同洗滌時間對多元前驅體材料雜質含量影響較大。洗滌時間直接影響產品雜質最終結果，本文考察了不同洗滌時間對多元前驅體雜質影響。

(3)洗滌次數對多元前驅體雜質影響在相同洗滌時間，不同的洗滌次數可以改善多元前驅體材料雜質含量。不同的洗滌次數直接影響產品雜質最終結果，為了驗證少量多次的洗滌方式對多元前驅體雜質影響，在相同條件下，考察不同次數洗滌后，多元前驅體的雜質數據，具體結果見表4。隨著洗滌次數的增加，多元前驅體S和Na含量呈現下降趨勢，洗滌次數越多，S和Na含量降低，同時下降幅度也呈現變緩趨勢。

(4)吹干時間對多元前驅體水分的影響水分在多元前驅體烘干中為一個重要指標，水分越高，烘干時間需較長，為了提高多元前驅體烘干效率，洗滌后產品水分越低對提高生產效率是有利的，同時也可以最大程度降低雜質含量，空壓氣在恒定條件下，吹干時間對水分影響最為關鍵，而不同吹干時間對多元前驅體水分含量影響較大。考察了不同吹干時間對多元前驅體水分影響。隨著吹氣的時間增加，多元前驅體水分含量呈現下降趨勢，吹干時間120min后，水分下降緩慢，增加吹氣時間對水分下降效率降低最佳吹氣時間控制120～180min。

(5)吹干次數對多元前驅體水分的影響吹氣時間越長越有利于水分含量降低，實驗驗證過程中，發現連續吹干會導致料塊短路，影響吹干效果，為了在有限時間內，提高吹干效率，驗證了在相同時間內，分不同次數吹干對多元前驅體水分含量的影響，不同吹干次數對多元前驅體水分含量的影響，隨著吹氣次數增加，多元前驅體水分含量呈現下降趨勢，吹干次數≥4次后，水分含量下降緩慢，在相同時間內，吹氣次數4次較為理想。

5.自動控制系統的優化

自動板框壓濾機在各冶金、化工、污水處理等行業應用廣泛，但在鋰電材料行業，真正應用產品領域除日本和韓國等外，國內目前均未實現普及，在精細化產品中，自動板框壓濾機應用成熟度不夠，主要體現在洗滌工藝與產品物料性質的匹配性，尤其在鋰電電池行業應用于產品洗滌的更少，為了解決自動板框壓濾機對多元前驅體洗滌效果，從而對自動板框壓濾機洗滌，吹氣工藝進行優化。

(1)壓榨工藝優化增加殘留水吹干為了盡可能降低多元前驅體壓濾后母液殘留量，增加殘留水吹干工序，使洗滌前物料母液殘留量減少至最少，從而提高洗滌效率。

(2)洗滌工藝優化洗滌采用間斷多次洗滌模式。為了提高洗滌效率，避免洗滌短路現象發生，洗滌工藝由常規一次洗滌模式，優化成15秒一組洗停組合，反復重復洗滌組合直到一次洗滌完成，洗滌過程按正洗和反洗交替進行，直到洗滌合格，整個過程全部采用PLC程序化自動控制。

(3)吹干工藝優化吹干采用間斷多次吹干模式。為了提高吹干效率，避免吹干短路現象發生，吹干工藝由常規一次吹干模式，優化成15秒一組吹停組合，反復重復吹停組合直到一次吹干完成，吹干過程按正吹和反吹交替進行，直到吹干合格，整個過程全部采用PLC程序化自動控制。

(4)材質優化材質優化為不銹鋼或非金屬材質。為了最大程度減少金屬磁性異物的帶入產品，板框設計過程中，盡可能的采用非金屬材料，無法滿足強度要求，全部采用非磁性不銹鋼材質，從而減少了金屬磁性異物帶入的可能。

6.結語

實驗過程中分別對殘留水吹干時間、洗滌時間、洗滌次數、吹干時間、吹干次數進行考察，驗證了工藝條件對物料雜質、水分含量的影響；完成了對板框壓濾機自動控制優化，最大程度的提高板框壓濾機洗滌吹干效果；通過對板框壓濾機材質設計選型，使用過程中降低板框壓濾機帶入磁性異物的風險。全自動板框壓濾機在鋰電行業的應用為國內最早工業化應用案例，為后期大規模使用提供參考依據。

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