專利名稱：轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備，尤其是一種轉(zhuǎn)爐式連續(xù)生產(chǎn)鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
鋰電池是一種高效的電池，廣泛運(yùn)用于手機(jī)、筆記本電腦、電臺(tái)等移動(dòng)電子通信設(shè)備和電動(dòng)汽車電池中。目前較為成熟的鋰電池正極或負(fù)極極材料生產(chǎn)制備方法是固相合成法，其主要特點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，制備條件容易控制。以錳酸鋰正極材料的制備過(guò)程為例，將Li2CO3與MnO2原料顆粒混合，在500-900°C的高溫煅燒數(shù)小時(shí)，即可得到錳酸鋰。以LiCoO2正極材料的制備過(guò)程為例，將碳酸鋰Li2CO3和鈷的氧化物(如碳酸鈷CoCO3、堿式碳酸鈷2CoC03 3Co (OH)2 3H20、氧化亞鈷CoO、氧化鈷Co2O3或Co3O4等)顆粒按比例混合，在空氣氣氛下500-900°C煅燒若干小時(shí)固相熱合成制備而成。以鈦酸鋰負(fù)極材料的制備過(guò)程為 例，將碳酸鋰Li2CO3和鈦的氧化物(如Ti2O, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2，碳酸鈦、堿式碳酸鈦等)顆粒按比例混合，在空氣氣氛下500-900°C煅燒若干小時(shí)固相熱合成制備而成。固相合成法作為一種重要的鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，通常是將混合后的固體原料放入電阻式坩堝中高溫持續(xù)加熱，該生產(chǎn)過(guò)程不連續(xù)，生產(chǎn)規(guī)模小，能耗高，原料顆粒接觸和受熱不均勻影響產(chǎn)品性能。因此，有必要對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高產(chǎn)品性能和生產(chǎn)規(guī)模，減少生產(chǎn)能耗，降低生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備，解決原有設(shè)備自動(dòng)化程度低、無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的缺陷，實(shí)現(xiàn)高效、低能耗并連續(xù)生產(chǎn)鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)。本實(shí)用新型的目的是以如下方式實(shí)現(xiàn)的該轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備，由給料器、流化床混合裝置、氣固沉降氣固分離組件、煙氣管、轉(zhuǎn)爐、燃燒器、下料管、電機(jī)以及顆粒冷卻器組成，流化床混合裝置下端外側(cè)設(shè)置帶有進(jìn)料口的螺旋式給料器，流化床混合裝置上端連接氣固沉降氣固分離組件，固沉降氣固分離組件經(jīng)過(guò)煙氣管和下料管連通由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)爐的一端，轉(zhuǎn)爐的另一端與燃燒器和顆粒冷卻器連接，顆粒冷卻器設(shè)置出料口和冷卻器進(jìn)氣口，顆粒冷卻器的出氣口連于燃燒器，燃燒器設(shè)置有燃燒器燃料進(jìn)口，流化床混合裝置底部設(shè)置流化床進(jìn)氣口，氣固沉降氣固分離組件設(shè)置氣固分離組件出氣口。氣固沉降氣固分離組件由第一氣固分離器、第二氣固分離器、第三氣固分離器嵌接而成。鋰電池正極或負(fù)極制備原料通過(guò)給料器進(jìn)料口連續(xù)進(jìn)入流化床混合裝置；在流化床混合裝置底端流化床進(jìn)氣口通入空氣，鋰電池正極或負(fù)極制備原料充分混合，并被空氣夾帶至氣固沉降氣固分離組件；在氣固沉降氣固分離組件中，鋰電池正極或負(fù)極制備原料與空氣發(fā)生分離，空氣從氣固分離組件出氣口逸出，鋰電池正極或負(fù)極制備原料捕集落入下料管；落入下料管中的鋰電池正極或負(fù)極制備原料進(jìn)入轉(zhuǎn)爐；在轉(zhuǎn)爐中，鋰電池正極或負(fù)極制備原料在500-900°C的溫度下，反應(yīng)生成鋰電池正極或負(fù)極極材料生成的鋰電池正極或負(fù)極材料進(jìn)入顆粒冷卻器，并通過(guò)顆粒冷卻器出口排出；顆粒冷卻器采用表面式空氣冷卻方式，空氣從冷卻器進(jìn)氣口流入，并從顆粒冷卻器的出氣口進(jìn)入燃燒器；來(lái)自顆粒冷卻器的空氣與通過(guò)燃燒器燃料進(jìn)口進(jìn)入燃燒器的燃料燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入轉(zhuǎn)爐，維持轉(zhuǎn)爐的工作溫度分布；離開轉(zhuǎn)爐的煙氣通過(guò)煙氣管進(jìn)入氣固沉降氣固分離組件，煙氣中夾帶的固體顆粒以及來(lái)自流化床混合裝置的固體顆粒在氣固沉降氣固分離組件中捕集，落入下料管，氣體通過(guò)氣固分離組件出氣口逸出。鋰電池正極制備原料的顆粒粒徑是0. I-IOOum0通入流化床混合裝置的空氣不參與生成鋰電池正極或負(fù)極材料的反應(yīng)。轉(zhuǎn)爐的溫度由來(lái)自燃燒器的煙氣維持，在轉(zhuǎn)爐中煙氣流向與鋰電池正極或負(fù)極材料運(yùn)動(dòng)方向相反。轉(zhuǎn)爐呈傾斜放置，轉(zhuǎn)爐在鋰電池正極或負(fù)極制備原料進(jìn)口端的垂直高度高于轉(zhuǎn)爐在鋰電池正極或負(fù)極材料出口段的垂直高度。氣固沉降氣固分離組件由第一氣固分離器、第二氣固分離器、第三氣固分離器嵌接而成，來(lái)自轉(zhuǎn)爐的高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)煙氣管進(jìn)入第三氣固分離器，同時(shí)將來(lái)自第二氣固分離器的固體顆粒夾帶、預(yù)熱和分離進(jìn)入下料管，再進(jìn)入轉(zhuǎn)爐；第三氣固分離器上行煙氣進(jìn)入第二氣固分離器，同時(shí)將來(lái)自第一氣固分離器的固體顆粒夾帶、預(yù)熱和分離進(jìn)入第二氣固分離器；第二氣固分離器上行煙氣與來(lái)自流化床混合裝置的氣流混合后進(jìn)入第一氣固分離器。本實(shí)用新型通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備解決原有設(shè)備自動(dòng)化程度低、無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的缺陷，實(shí)現(xiàn)高效、低能耗并連續(xù)生產(chǎn)鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)在鋰電池正極或負(fù)極材料制備的混合階段，本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)正極或負(fù)極制備材料的連續(xù)高效混合。傳統(tǒng)的混合技術(shù)采用球磨機(jī)混合，球磨機(jī)需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于球磨機(jī)內(nèi)有較大較重的滾球，導(dǎo)致耗電量大，同時(shí)，球磨機(jī)混合的顆粒均勻性較差。本實(shí)用新型利用流化床較好的顆粒混合能力，流化床只需一臺(tái)引風(fēng)機(jī)送風(fēng)，能耗小，顆?；旌细鼮榫鶆?。(2)在鋰電池正極或負(fù)極材料制備階段，本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)鋰電池正極或負(fù)極材料的連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。傳統(tǒng)的工藝流程是將混合好的鋰電池正極或負(fù)極原料手工分裝加入單個(gè)坩堝中，然后放入板式電爐經(jīng)預(yù)熱、反應(yīng)和冷卻后，手工取出。整個(gè)工藝流程自動(dòng)化程度低，嚴(yán)重依賴人力資源，無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。本實(shí)用新型利用轉(zhuǎn)爐，鋰電池正極或負(fù)極材料從回轉(zhuǎn)窯進(jìn)口到出口經(jīng)過(guò)預(yù)熱和反應(yīng)階段實(shí)現(xiàn)正極材料的制備，生成的正極或負(fù)極材料進(jìn)入顆粒冷卻器冷卻后即可包裝。整個(gè)工藝流程連續(xù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。(3)在傳統(tǒng)的工藝流程中，采用了電加熱來(lái)維持反應(yīng)所需溫度。本實(shí)用新型采用燃燒器直接燃燒天然氣、化學(xué)合成氣或尾氣、煤制氣、油及氣體液體燃料、煤等來(lái)源廣泛的化石燃料，利用燃燒后的高溫?zé)煔饧訜徂D(zhuǎn)爐，維持反應(yīng)溫度?；剂蠟橐淮文茉?，電能是二次能源，與直接電加熱相比，采用化石燃料更為經(jīng)濟(jì)，具有明顯的節(jié)能效果。此外，本實(shí)用新型利用產(chǎn)品出料余熱預(yù)熱燃燒空氣，利用加溫?zé)煔庥酂犷A(yù)熱原料，進(jìn)一步提高了能源利用率。 (4)在傳統(tǒng)的工藝流程中，正極或負(fù)極原料在坩堝中加熱，固體顆粒之間相對(duì)靜止，坩堝中原料的溫度場(chǎng)分布不均與，造成產(chǎn)品的成品率相對(duì)較低。而采用轉(zhuǎn)爐式反應(yīng)工藝，固體原料顆粒隨著轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相互摻雜混合，固體顆粒之間溫度分布均勻，反應(yīng)成品率聞。(5)在傳統(tǒng)的工藝流程中，鋰電池正極或負(fù)極原料經(jīng)過(guò)機(jī)械混合、電爐預(yù)熱、電爐加熱維持溫度、冷卻等過(guò)程，設(shè)備占地面積達(dá)，而本實(shí)用新型采用流化床混合、轉(zhuǎn)爐式燒結(jié)和水冷等工藝，設(shè)備緊湊，占地面積小。

圖I為本實(shí)用新型一種設(shè) 備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型另一種設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)DI、圖2，該轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備由給料器I、流化床混合裝置2、氣固沉降氣固分離組件3、煙氣管4、轉(zhuǎn)爐5、燃燒器6、下料管7、電機(jī)8以及顆粒冷卻器9組成，流化床混合裝置2下端外側(cè)設(shè)置帶有進(jìn)料口 A的螺旋式給料器1，流化床混合裝置2上端連接氣固沉降氣固分離組件3，固沉降氣固分離組件3經(jīng)過(guò)煙氣管4和下料管7連通由電機(jī)8驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)爐5的一端，轉(zhuǎn)爐5的另一端與燃燒器6和顆粒冷卻器9連接，顆粒冷卻器9設(shè)置出料口 F和冷卻器進(jìn)氣口 D，顆粒冷卻器9的出氣口連于燃燒器6，燃燒器6設(shè)置有燃燒器燃料進(jìn)口 E，流化床混合裝置2底部設(shè)置流化床進(jìn)氣口 B，氣固沉降氣固分離組件3設(shè)置氣固分離組件出氣口 C。氣固沉降氣固分離組件3由第一氣固分離器3-1、第二氣固分離器3-2、第三氣固分離器3-3嵌接而成。流化床混合裝置2下端外側(cè)的給料器I為一個(gè)或兩個(gè)，也可以為3個(gè)或3個(gè)以上，根據(jù)需要而定。圖I示出的是一個(gè)給料器I的情況；圖2示出的是兩個(gè)給料器I 一 1、1 一2對(duì)稱布置的情況。
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于由給料器(I)、流化床混合裝置(2)、氣固沉降氣固分離組件(3)、煙氣管(4)、轉(zhuǎn)爐(5)、燃燒器(6)、下料管(7)、電機(jī)(8)以及顆粒冷卻器(9)組成，流化床混合裝置(2)下端外側(cè)設(shè)置帶有進(jìn)料口(A)的螺旋式給料器(1)，流化床混合裝置(2)上端連接氣固沉降氣固分離組件(3)，固沉降氣固分離組件(3)經(jīng)過(guò)煙氣管(4)和下料管(7)連通由電機(jī)(8)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)爐(5)的一端，轉(zhuǎn)爐(5)的另一端與燃燒器(6)和顆粒冷卻器(9)連接，顆粒冷卻器(9)設(shè)置出料口(F)和冷卻器進(jìn)氣口(D)，顆粒冷卻器(9)的出氣口連于燃燒器(6)，燃燒器(6)設(shè)置有燃燒器燃料進(jìn)口(E)，流化床混合裝置(2)底部設(shè)置流化床進(jìn)氣口(B)，氣固沉降氣固分離組件(3)設(shè)置氣固分離組件出氣口(C)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于氣固沉降氣固分離組件(3)由第一氣固分離器(3-1)、第二氣固分離器(3-2)、第三氣固分離器(3-3)嵌接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于流化床混合裝置(2)下端外側(cè)的給料器(I)為一個(gè)或兩個(gè)。
專利摘要一種轉(zhuǎn)爐式鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)設(shè)備，由給料器、流化床混合裝置、氣固沉降氣固分離組件、煙氣管、轉(zhuǎn)爐、燃燒器、下料管、電機(jī)以及顆粒冷卻器組成；流化床混合裝置下端外側(cè)設(shè)置帶有進(jìn)料口的螺旋式給料器，流化床混合裝置上端連接氣固沉降氣固分離組件，固沉降氣固分離組件經(jīng)過(guò)煙氣管和下料管連通由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)爐的一端，轉(zhuǎn)爐的另一端與燃燒器和顆粒冷卻器連接，顆粒冷卻器設(shè)置出料口和冷卻器進(jìn)氣口，顆粒冷卻器的出氣口連于燃燒器，燃燒器設(shè)置有燃燒器燃料進(jìn)口，流化床混合裝置底部設(shè)置流化床進(jìn)氣口，氣固沉降氣固分離組件設(shè)置氣固分離組件出氣口。本實(shí)用新型通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備解決原有設(shè)備自動(dòng)化程度低、無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的缺陷，實(shí)現(xiàn)高效、低能耗并連續(xù)生產(chǎn)鋰電池正極或負(fù)極材料的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/139GK202373655SQ20112051907
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者向文國(guó), 李俊峰, 段鈺鋒, 王岳, 蔣永樂, 蔣永善, 賀兆書 申請(qǐng)人:濟(jì)寧市無(wú)界科技有限公司