换道超车！锂电材料高温煅烧“新”技术问世

　　“我不反对‘卷’，一点不反对‘卷’，正因为‘卷’，我们才能实现把电动车‘卷’到跟燃油车一样甚至更低的价格。”在第五届新能源汽车及动力电池(CIBF2024重庆)国际交流会上，信诺先端热工科技(苏州)有限公司创始人/总经理吴桢博士在演讲中表示，(但)“低水平的内卷也是造成锂电行业进入‘寒冬’的原因之一。”

　　面对当前锂电行业正在经历的“内卷”与“寒冬”，吴桢博士认为，要跨越“寒冬”，穿越周期，就要将成本极致化，而高水平的“内卷”就是通过产品、工艺、设备的技术创新来不断实现综合成本的持续降低。信诺先端专注于电池材料高温煅烧这一非常关键的环节，其开发团队在十几年工业窑炉技术积累的基础上，潜心4年开发出具有完全自主知识产权的无辊电侧热台车窑这一全新技术，具备高产、低耗、运行稳定、温度均匀性好等特点，将助力锂电企业在“寒冬”期建立起核心差异化的优势。

　　据吴桢介绍，信诺先端开发的无辊电侧热台车窑高温煅烧技术已在2023年实现商业化落地。首套投用于三元材料客户的纯氧气氛的连续式产线，实现了单线产能翻倍，单吨能耗降低20%左右的预期效果;温度均匀性方面也满足了高镍和中镍三元产品的需求;设备整体运行非常稳定，且不需要辊棒;同时，设备的运营和维修也更为简便。

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正极材料高温煅烧技术的演变

　　在锂电行业发展的20多年时间里，正极材料窑炉技术经历了梭式窑、推板窑、辊道窑的技术迭代，生产经历了从间歇式到连续式，并不断地通过提高炉腔内堆放的匣钵数量来提升窑炉的单线产能。窑炉技术和设备持续迭代背后的驱动力，主要是行业对产能提升和能耗降低的持续追求。

　　吴桢表示，正极材料高温煅烧技术的颠覆性变革都是在上一代主流设备发展进入瓶颈期，进而催生出新一代技术。当前，受制于辊棒、温度均匀性等的限制，辊道窑发展已到达瓶颈期，这对于设备和材料企业来讲，“都是换道超车的好时机”。

　　“辊道窑技术从最初的两列两层，发展到现在的六列双层，我们认为基本上已经到达了天花板。”在吴桢看来，当前辊道窑还存在以下痛点：

　　一是产能，辊棒的机械强度、长度限制对产能及产线运营稳定性的影响;

　　二是温场，不断向辊道窑增加匣钵堆垛数量对温度均匀性影响较大;

　　三是气流，尤其对于三元正极，底层匣钵气流输送不顺畅，因此不少产品必须通过单层方法来煅烧;

　　四是能耗，辊道窑炉腔内空间利用率不高导致能耗较大。

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无辊电侧热台车窑的技术创新点

　　针对上述痛点，吴桢向与会者分享了信诺先端独有的创新技术 - 无辊电侧热台车窑从物料的输运机构、窑炉构型、加热布局及进排气机构等方面，进行的全面创新。

　　运输机构方面，据吴桢介绍，无辊电侧热台车窑全面取消了辊棒，新的运输机构可以承载更多的物料，进而实现产能的大幅提升。据介绍，该项技术借鉴了传统隧道窑中轨道和台车的概念，将辊棒替换为台车，载重非常大，能承载更多的物料;采用轮轨式的运输，更加平稳可控;此外，基本上不会产生易损品和易耗品，更便于维护。

　　窑炉构型和加热布局方面，则通过重新设计，以满足温度均匀性、气氛控制及能耗降低的要求。吴桢介绍称，无辊电侧热台车窑改变了辊道窑中加热器和匣钵沿水平方向的布局，变为竖直方向布局，匣钵保持两列的状态往高处堆叠，加热布局随之变化，加热器垂直安装，瘦高状的炉腔(结构更为紧凑)使得空间利用率提高约50%，且后续有望进一步提高。提升产能的同时，也有利于降低能耗和气耗。

　　进排气机构方面，将进/排气机构设置在窑壁两侧，使工艺气体能高效地进入底层匣钵。将原来辊道窑中底进气/顶排气，垂直方向“自下而上”的气流方式，变为创新的水平气流，这样做更有利于气流进入匣钵内部，当气流从匣钵另一侧排出时，还可将匣钵内部的废气有效排出。

　　采用两侧设置进/排气机构的方式，一方面排气口数量不受窑炉结构强度的限制，可以根据工艺的需要在对应温区上的窑体设置合理的数量，并且排气口离匣钵距离非常近，方便将大量的废气迅速排出。

　　另一方面，进/排气机构的组合设计非常灵活，可以根据不同温度段物料发生的不同反应采用不同的组合方式，比如可以设计为两侧进气、顶排气，也可以一侧进、一侧排/顶排气，可以形成多种不同的组合类型。

　　温度均匀性方面，目前，用硅碳棒加热的方式，在两列十层的匣钵排布模式用传统的测温块方式测量温度均匀性，已实现±6℃以内(达到六列双层辊道窑的同一水平)。

　　气密性方面，由于取消了辊棒，无辊电侧热台车窑的炉体便不存在大量的辊棒穿孔，更利于提高窑体的气密性。吴桢表示，在三元材料的连续式产线的实际运行过程中，做气氛切换时，空气切换到纯氧2小时后基本上炉内的氧浓度已超过99%。在正常的高镍三元运行期间，恒温段基本上能保持在99%以上，升温段可以保持在98%以上的氧浓度。

　　产能提升方面，从目前已经落地的技术看(针对锂电三元正极材料一烧)，产能是四列双层的一倍，相对于六列双层提高了50%。吴桢指出，未来随着技术的迭代，有效加热长度再提高之后，可以再多叠放两层匣钵，预计产能可以再增加25%。

　　此外，无辊电侧热台车窑可以把匣钵的长宽再做大一点，例如单个匣钵如果长、宽各增加7厘米，能够在不增加物料装填厚度的情况下，将每个匣钵的物料装载量提高40%以上，有利于进一步提升窑炉的单线产能。“对于磷酸铁锂来讲，可以实现70米左右的窑体达到将近1.5万吨的产能，达到六列双层辊道窑的一倍以上”，吴桢表示。

　　节能方面，以目前已经落地的技术为例，客户在连续6个月的运行中，锂电三元正极材料一烧，平均耗电2100度/吨，而目前辊道窑差不多是2500度-2800度/吨，节电约20%。

　　“目前，无辊电侧热台车窑高温煅烧技术正在从正极材料向更多领域进行推广，比如钠电负极、固态电解质、氧化物等，同时也在进行高温煅烧和CVD包覆一体化设备的研发。”展望未来，吴桢博士表示，这个创新技术平台具有很大的可拓展性，信诺先端期望与客户深度合作，打造高定制化的高温煅烧产线，帮助客户形成具有独特的工艺加设备的核心竞争力，在更高水平上“卷”。另外，信诺先端也将核心专利做了海外布局，可以帮助国内的材料企业出海去“卷”。