換道超車！锂電材料高溫煅燒“新”技術問世

　　“我不反對‘卷’，一點不反對‘卷’，正因為‘卷’，我們才能實作把電動車‘卷’到跟燃油車一樣甚至更低的價格。”在第五屆新能源汽車及動力電池(CIBF2024重慶)國際交流會上，信諾先端熱工科技(蘇州)有限公司創始人/總經理吳桢博士在演講中表示，(但)“低水準的内卷也是造成锂電行業進入‘寒冬’的原因之一。”

　　面對目前锂電行業正在經曆的“内卷”與“寒冬”，吳桢博士認為，要跨越“寒冬”，穿越周期，就要将成本極緻化，而高水準的“内卷”就是通過産品、工藝、裝置的技術創新來不斷實作綜合成本的持續降低。信諾先端專注于電池材料高溫煅燒這一非常關鍵的環節，其開發團隊在十幾年工業窯爐技術積累的基礎上，潛心4年開發出具有完全自主知識産權的無輥電側熱台車窯這一全新技術，具備高産、低耗、運作穩定、溫度均勻性好等特點，将助力锂電企業在“寒冬”期建立起核心差異化的優勢。

　　據吳桢介紹，信諾先端開發的無輥電側熱台車窯高溫煅燒技術已在2023年實作商業化落地。首套投用于三元材料客戶的純氧氣氛的連續式産線，實作了單線産能翻倍，單噸能耗降低20%左右的預期效果;溫度均勻性方面也滿足了高鎳和中鎳三元産品的需求;裝置整體運作非常穩定，且不需要輥棒;同時，裝置的營運和維修也更為簡便。

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正極材料高溫煅燒技術的演變

　　在锂電行業發展的20多年時間裡，正極材料窯爐技術經曆了梭式窯、推闆窯、輥道窯的技術疊代，生産經曆了從間歇式到連續式，并不斷地通過提高爐腔内堆放的匣缽數量來提升窯爐的單線産能。窯爐技術和裝置持續疊代背後的驅動力，主要是行業對産能提升和能耗降低的持續追求。

　　吳桢表示，正極材料高溫煅燒技術的颠覆性變革都是在上一代主流裝置發展進入瓶頸期，進而催生出新一代技術。目前，受制于輥棒、溫度均勻性等的限制，輥道窯發展已到達瓶頸期，這對于裝置和材料企業來講，“都是換道超車的好時機”。

　　“輥道窯技術從最初的兩列兩層，發展到現在的六列雙層，我們認為基本上已經到達了天花闆。”在吳桢看來，目前輥道窯還存在以下痛點：

　　一是産能，輥棒的機械強度、長度限制對産能及産線營運穩定性的影響;

　　二是溫場，不斷向輥道窯增加匣缽堆垛數量對溫度均勻性影響較大;

　　三是氣流，尤其對于三元正極，底層匣缽氣流輸送不順暢，是以不少産品必須通過單層方法來煅燒;

　　四是能耗，輥道窯爐腔内空間使用率不高導緻能耗較大。

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無輥電側熱台車窯的技術創新點

　　針對上述痛點，吳桢向與會者分享了信諾先端獨有的創新技術 - 無輥電側熱台車窯從物料的輸運機構、窯爐構型、加熱布局及進排氣機構等方面，進行的全面創新。

　　運輸機構方面，據吳桢介紹，無輥電側熱台車窯全面取消了輥棒，新的運輸機構可以承載更多的物料，進而實作産能的大幅提升。據介紹，該項技術借鑒了傳統隧道窯中軌道和台車的概念，将輥棒替換為台車，載重非常大，能承載更多的物料;采用輪軌式的運輸，更加平穩可控;此外，基本上不會産生易損品和易耗品，更便于維護。

　　窯爐構型和加熱布局方面，則通過重新設計，以滿足溫度均勻性、氣氛控制及能耗降低的要求。吳桢介紹稱，無輥電側熱台車窯改變了輥道窯中加熱器和匣缽沿水準方向的布局，變為豎直方向布局，匣缽保持兩列的狀态往高處堆疊，加熱布局随之變化，加熱器垂直安裝，瘦高狀的爐腔(結構更為緊湊)使得空間使用率提高約50%，且後續有望進一步提高。提升産能的同時，也有利于降低能耗和氣耗。

　　進排氣機構方面，将進/排氣機構設定在窯壁兩側，使工藝氣體能高效地進入底層匣缽。将原來輥道窯中底進氣/頂排氣，垂直方向“自下而上”的氣流方式，變為創新的水準氣流，這樣做更有利于氣流進入匣缽内部，當氣流從匣缽另一側排出時，還可将匣缽内部的廢氣有效排出。

　　采用兩側設定進/排氣機構的方式，一方面排氣口數量不受窯爐結構強度的限制，可以根據工藝的需要在對應溫區上的窯體設定合理的數量，并且排氣口離匣缽距離非常近，友善将大量的廢氣迅速排出。

　　另一方面，進/排氣機構的組合設計非常靈活，可以根據不同溫度段物料發生的不同反應采用不同的組合方式，比如可以設計為兩側進氣、頂排氣，也可以一側進、一側排/頂排氣，可以形成多種不同的組合類型。

　　溫度均勻性方面，目前，用矽碳棒加熱的方式，在兩列十層的匣缽排布模式用傳統的測溫塊方式測量溫度均勻性，已實作±6℃以内(達到六列雙層輥道窯的同一水準)。

　　氣密性方面，由于取消了輥棒，無輥電側熱台車窯的爐體便不存在大量的輥棒穿孔，更利于提高窯體的氣密性。吳桢表示，在三元材料的連續式産線的實際運作過程中，做氣氛切換時，空氣切換到純氧2小時後基本上爐内的氧濃度已超過99%。在正常的高鎳三元運作期間，恒溫段基本上能保持在99%以上，升溫段可以保持在98%以上的氧濃度。

　　産能提升方面，從目前已經落地的技術看(針對锂電三元正極材料一燒)，産能是四列雙層的一倍，相對于六列雙層提高了50%。吳桢指出，未來随着技術的疊代，有效加熱長度再提高之後，可以再多疊放兩層匣缽，預計産能可以再增加25%。

　　此外，無輥電側熱台車窯可以把匣缽的長寬再做大一點，例如單個匣缽如果長、寬各增加7厘米，能夠在不增加物料裝填厚度的情況下，将每個匣缽的物料裝載量提高40%以上，有利于進一步提升窯爐的單線産能。“對于磷酸鐵锂來講，可以實作70米左右的窯體達到将近1.5萬噸的産能，達到六列雙層輥道窯的一倍以上”，吳桢表示。

　　節能方面，以目前已經落地的技術為例，客戶在連續6個月的運作中，锂電三元正極材料一燒，平均耗電2100度/噸，而目前輥道窯差不多是2500度-2800度/噸，節電約20%。

　　“目前，無輥電側熱台車窯高溫煅燒技術正在從正極材料向更多領域進行推廣，比如鈉電負極、固态電解質、氧化物等，同時也在進行高溫煅燒和CVD包覆一體化裝置的研發。”展望未來，吳桢博士表示，這個創新技術平台具有很大的可拓展性，信諾先端期望與客戶深度合作，打造高定制化的高溫煅燒産線，幫助客戶形成具有獨特的工藝加裝置的核心競争力，在更高水準上“卷”。另外，信諾先端也将核心專利做了海外布局，可以幫助國内的材料企業出海去“卷”。