“我不反對(duì)‘卷’，一點(diǎn)不反對(duì)‘卷’，正因?yàn)椤怼覀儾拍軐?shí)現(xiàn)把電動(dòng)車‘卷’到跟燃油車一樣甚至更低的價(jià)格。”在第五屆新能源汽車及動(dòng)力電池(CIBF2024重慶)國際交流會(huì)上，信諾先端熱工科技(蘇州)有限公司創(chuàng)始人/總經(jīng)理吳楨博士在演講中表示，(但)“低水平的內(nèi)卷也是造成鋰電行業(yè)進(jìn)入‘寒冬’的原因之一?！?/span>

面對(duì)當(dāng)前鋰電行業(yè)正在經(jīng)歷的“內(nèi)卷”與“寒冬”，吳楨博士認(rèn)為，要跨越“寒冬”，穿越周期，就要將成本極致化，而高水平的“內(nèi)卷”就是通過產(chǎn)品、工藝、設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新來不斷實(shí)現(xiàn)綜合成本的持續(xù)降低。信諾先端專注于電池材料高溫煅燒這一非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其開發(fā)團(tuán)隊(duì)在十幾年工業(yè)窯爐技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，潛心4年開發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯這一全新技術(shù)，具備高產(chǎn)、低耗、運(yùn)行穩(wěn)定、溫度均勻性好等特點(diǎn)，將助力鋰電企業(yè)在“寒冬”期建立起核心差異化的優(yōu)勢(shì)。

據(jù)吳楨介紹，信諾先端開發(fā)的無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯高溫煅燒技術(shù)已在2023年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。首套投用于三元材料客戶的純氧氣氛的連續(xù)式產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了單線產(chǎn)能翻倍，單噸能耗降低20%左右的預(yù)期效果;溫度均勻性方面也滿足了高鎳和中鎳三元產(chǎn)品的需求;設(shè)備整體運(yùn)行非常穩(wěn)定，且不需要輥棒;同時(shí)，設(shè)備的運(yùn)營和維修也更為簡便。

01

正極材料高溫煅燒技術(shù)的演變

在鋰電行業(yè)發(fā)展的20多年時(shí)間里，正極材料窯爐技術(shù)經(jīng)歷了梭式窯、推板窯、輥道窯的技術(shù)迭代，生產(chǎn)經(jīng)歷了從間歇式到連續(xù)式，并不斷地通過提高爐腔內(nèi)堆放的匣缽數(shù)量來提升窯爐的單線產(chǎn)能。窯爐技術(shù)和設(shè)備持續(xù)迭代背后的驅(qū)動(dòng)力，主要是行業(yè)對(duì)產(chǎn)能提升和能耗降低的持續(xù)追求。

吳楨表示，正極材料高溫煅燒技術(shù)的顛覆性變革都是在上一代主流設(shè)備發(fā)展進(jìn)入瓶頸期，進(jìn)而催生出新一代技術(shù)。當(dāng)前，受制于輥棒、溫度均勻性等的限制，輥道窯發(fā)展已到達(dá)瓶頸期，這對(duì)于設(shè)備和材料企業(yè)來講，“都是換道超車的好時(shí)機(jī)”。

“輥道窯技術(shù)從最初的兩列兩層，發(fā)展到現(xiàn)在的六列雙層，我們認(rèn)為基本上已經(jīng)到達(dá)了天花板?！痹趨菢E看來，當(dāng)前輥道窯還存在以下痛點(diǎn)：

一是產(chǎn)能，輥棒的機(jī)械強(qiáng)度、長度限制對(duì)產(chǎn)能及產(chǎn)線運(yùn)營穩(wěn)定性的影響;

二是溫場，不斷向輥道窯增加匣缽堆垛數(shù)量對(duì)溫度均勻性影響較大;

三是氣流，尤其對(duì)于三元正極，底層匣缽氣流輸送不順暢，因此不少產(chǎn)品必須通過單層方法來煅燒;

四是能耗，輥道窯爐腔內(nèi)空間利用率不高導(dǎo)致能耗較大。

02

無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

針對(duì)上述痛點(diǎn)，吳楨向與會(huì)者分享了信諾先端獨(dú)有的創(chuàng)新技術(shù) - 無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯從物料的輸運(yùn)機(jī)構(gòu)、窯爐構(gòu)型、加熱布局及進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)等方面，進(jìn)行的全面創(chuàng)新。

運(yùn)輸機(jī)構(gòu)方面，據(jù)吳楨介紹，無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯全面取消了輥棒，新的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)可以承載更多的物料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的大幅提升。據(jù)介紹，該項(xiàng)技術(shù)借鑒了傳統(tǒng)隧道窯中軌道和臺(tái)車的概念，將輥棒替換為臺(tái)車，載重非常大，能承載更多的物料;采用輪軌式的運(yùn)輸，更加平穩(wěn)可控;此外，基本上不會(huì)產(chǎn)生易損品和易耗品，更便于維護(hù)。

窯爐構(gòu)型和加熱布局方面，則通過重新設(shè)計(jì)，以滿足溫度均勻性、氣氛控制及能耗降低的要求。吳楨介紹稱，無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯改變了輥道窯中加熱器和匣缽沿水平方向的布局，變?yōu)樨Q直方向布局，匣缽保持兩列的狀態(tài)往高處堆疊，加熱布局隨之變化，加熱器垂直安裝，瘦高狀的爐腔(結(jié)構(gòu)更為緊湊)使得空間利用率提高約50%，且后續(xù)有望進(jìn)一步提高。提升產(chǎn)能的同時(shí)，也有利于降低能耗和氣耗。

進(jìn)排氣機(jī)構(gòu)方面，將進(jìn)/排氣機(jī)構(gòu)設(shè)置在窯壁兩側(cè)，使工藝氣體能高效地進(jìn)入底層匣缽。將原來輥道窯中底進(jìn)氣/頂排氣，垂直方向“自下而上”的氣流方式，變?yōu)閯?chuàng)新的水平氣流，這樣做更有利于氣流進(jìn)入匣缽內(nèi)部，當(dāng)氣流從匣缽另一側(cè)排出時(shí)，還可將匣缽內(nèi)部的廢氣有效排出。

采用兩側(cè)設(shè)置進(jìn)/排氣機(jī)構(gòu)的方式，一方面排氣口數(shù)量不受窯爐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，可以根據(jù)工藝的需要在對(duì)應(yīng)溫區(qū)上的窯體設(shè)置合理的數(shù)量，并且排氣口離匣缽距離非常近，方便將大量的廢氣迅速排出。

另一方面，進(jìn)/排氣機(jī)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)非常靈活，可以根據(jù)不同溫度段物料發(fā)生的不同反應(yīng)采用不同的組合方式，比如可以設(shè)計(jì)為兩側(cè)進(jìn)氣、頂排氣，也可以一側(cè)進(jìn)、一側(cè)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，用硅碳棒加熱的方式，在兩列十層的匣缽排布模式用傳統(tǒng)的測(cè)溫塊方式測(cè)量溫度均勻性，已實(shí)現(xiàn)±6℃以內(nèi)(達(dá)到六列雙層輥道窯的同一水平)。

氣密性方面，由于取消了輥棒，無輥電側(cè)熱臺(tái)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。吳楨表示，在三元材料的連續(xù)式產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行過程中，做氣氛切換時(shí)，空氣切換到純氧2小時(shí)后基本上爐內(nèi)的氧濃度已超過99%。在正常的高鎳三元運(yùn)行期間，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。

產(chǎn)能提升方面，從目前已經(jīng)落地的技術(shù)看(針對(duì)鋰電三元正極材料一燒)，產(chǎn)能是四列雙層的一倍，相對(duì)于六列雙層提高了50%。吳楨指出，未來隨著技術(shù)的迭代，有效加熱長度再提高之后，可以再多疊放兩層匣缽，預(yù)計(jì)產(chǎn)能可以再增加25%。

此外，無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯可以把匣缽的長寬再做大一點(diǎn)，例如單個(gè)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，將每個(gè)匣缽的物料裝載量提高40%以上，有利于進(jìn)一步提升窯爐的單線產(chǎn)能?！皩?duì)于磷酸鐵鋰來講，可以實(shí)現(xiàn)70米左右的窯體達(dá)到將近1.5萬噸的產(chǎn)能，達(dá)到六列雙層輥道窯的一倍以上”，吳楨表示。

節(jié)能方面，以目前已經(jīng)落地的技術(shù)為例，客戶在連續(xù)6個(gè)月的運(yùn)行中，鋰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(jié)電約20%。

“目前，無輥電側(cè)熱臺(tái)車窯高溫煅燒技術(shù)正在從正極材料向更多領(lǐng)域進(jìn)行推廣，比如鈉電負(fù)極、固態(tài)電解質(zhì)、氧化物等，同時(shí)也在進(jìn)行高溫煅燒和CVD包覆一體化設(shè)備的研發(fā)?！闭雇磥恚瑓菢E博士表示，這個(gè)創(chuàng)新技術(shù)平臺(tái)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產(chǎn)線，幫助客戶形成具有獨(dú)特的工藝加設(shè)備的核心競爭力，在更高水平上“卷”。另外，信諾先端也將核心專利做了海外布局，可以幫助國內(nèi)的材料企業(yè)出海去“卷”。