1.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。

2.工藝方案

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。

項目	離心機	三合一設備	帶式過濾機	圓盤過濾機	板框壓濾機
尺寸	φ1250	5m3	20m2	φ2500	80m2

處理量kg/批	350	600	1500	400	1600
出料周期	3.5	8	12	8	5.5
占地面積 （m2）	10	12	64	10	30
控制形式	自動	半自動	半自動	手動	自動
固液分離形式	離心	正壓	真空	真空	正壓
物料水分 （）	≤10	≤20	≤15	≤15	≤8
異物控制風險	高	高	高	低	低

表1 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。

(2)?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。

(1)?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

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。

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

(1)?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，具體結果見表3。

洗滌時間（min）	60	120	180	240	300
S/ppm	2357	1685	1653	1628	1585
Na/ppm	560	165	128	118	108

(1)?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。

洗滌次數（min）	1	2	3	4	5
S/ppm	2297	1785	1703	1648	1615
Na/ppm	480	265	188	128	118

(1)?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，具體結果見表5。

吹干時間（min）	60	90	120	180	240
H O/? 2	18.4	11.2	8.4	7.8	7.2

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.結束語

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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