CN101780948B

CN101780948B - 一种用于烧结磷酸铁锂的烧结装置

Info

Publication number: CN101780948B
Application number: CN2010101398198A
Authority: CN
Inventors: 周占明
Original assignee: FOSHAN NANHAI WANXING MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FOSHAN NANHAI WANXING MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: CN101780948A

Abstract

本发明提供一种用于烧结磷酸铁锂的烧结装置，包括：进料反应器，所述进料反应器包括水平固定的进料器壳体和安装在所述进料器壳体内的推料螺杆，在所述进料器壳体的两端分别设置有进料口和出料口；所述烧结装置还包括套装在所述进料器壳体外部的烧结窑体，所述进料口和出料口分别设置在所述烧结窑体的两端外侧；在所述进料口与所述烧结窑体之间设置有第一冷却装置，在所述出料口与所述烧结窑体之间设置有第二冷却装置；所述烧结装置还包括驱动所述推料螺杆旋转的驱动装置和与进料反应器连接的气体保护装置。

Description

一种用于烧结磷酸铁锂的烧结装置

技术领域

本发明涉及烧结装置，具体涉及一种用于烧结磷酸铁锂的烧结装置。

背景技术

商业化的锂离子电池的正极材料以LiCoO₂为主，该材料具有可靠的性能和较长的循环寿命，但是由于钴资源相对缺乏，因此该材料成本过高；而且，钴具有一定的毒性，在电池滥用时存在不安全的因素。因此，人们一直在努力寻找可以替代LiCoO₂的材料。在各种可能替代钴酸锂的材料中，磷酸铁锂是当前的研究热点之一。无论是从资源和环境还是性能来看，磷酸铁锂都被认为是可以替代LiCoO₂的最理想材料。

在现有技术中，磷酸锂铁的合成方法主要有固相合成法、水热法、碳还原法和溶胶-凝胶法，其中固相合成法是最成熟的方法，该方法简单方便、容易操作。目前，固相合成法烧结磷酸铁锂的生产工艺基本都是采用间歇式密封炉烧结或管式回转窑炉烧结。使用间隙式烧结炉进行烧结时，能耗高，产品品质不稳定，有被二次氧化的问题。使用管式回转窑炉烧结时，物料在回转窑内被翻转的过程中，容易产生局部加热不均的问题，从而影响产品质量。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供可以对物料进行均匀加热的烧结磷酸铁锂的烧结装置。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种

用于烧结磷酸铁锂正极材料的烧结装置，通过该烧结装置，使烧结过程均匀的进行。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于烧结磷酸铁锂的烧结装置，包括：

进料反应器，所述进料反应器包括水平固定的进料器壳体和安装在所述进料器壳体内的螺杆，在所述进料器壳体的两端分别设置有进料口和出料口；

所述烧结装置还包括套装在所述进料器壳体外部的烧结窑体，所述进料口和出料口分别设置在所述烧结窑体的两端外侧；

在所述进料口与所述烧结窑体之间设置有第一冷却装置，在所述出料口与所述烧结窑体之间设置有第二冷却装置；

所述烧结窑体还包括驱动所述螺杆旋转的驱动装置和与所述进料器壳体连接的气体保护装置。

优选的，所述气体保护装置包括供气装置、与所述进料器壳体一端连接的保护气体入口、与所述进料器壳体的另一端连接的保护气体出口。

优选的，所述烧结窑体包括烧结窑体外壳、安装在所述烧结窑体外壳内的保温层、内衬在所述保温层内的耐火层、安装在所述耐火层内壁上的加热装置、安装在所述耐火层内壁上的用于支撑所述进料反应器的支撑装置。

优选的，所述支撑装置包括多个螺旋排列在所述耐火层内壁上的支撑块。

优选的，所述加热装置包括多个排列在所述耐火层内加热棒。

优选的，在所述烧结窑体上还设置有测温装置。

优选的，所述烧结装置还包括支撑所述烧结窑体、进料反应器、第一冷却装置和第二冷却装置的炉架。

优选的，所述烧结装置还包括设置在所述烧结窑体的出料端一侧的排烟装置。

优选的，所述耐火层包括内衬在所述保温层内的轻质高铝保温砖层和内衬在所述轻质高铝保温砖层内的抗剥落高铝保温砖层。

优选的，所述进料器壳体为不锈钢制成。

本发明提供一种用于烧结磷酸铁锂的烧结装置，将反应物料从进料反应器的进料口送入进料反应器后，由驱动装置驱动螺杆旋转，从而推动物料前进，气体保护装置可以为进料器壳体内的物料提供气体保护。物料被送入到进料反应器的与烧结窑体对应的部分后，可以按照烧结窑体的预定升温曲线升温进行烧结反应，物料在被螺杆推进的整个过程中，螺杆还能对物料起到很好的搅拌作用，因此在整个烧结过程中可以防止物料产生局部加热不均的问题，从而避免影响产品的质量。物料被烧结后的产品继续有螺杆向前推进，第二冷却装置可以将高温产品冷却到室温，因此可以防止产品发生二次氧化，经过冷却的产品可以在螺杆的推动下由出料口排出。

附图说明

图1为本发明提供的烧结装置的主视图；

图2为本发明提供的烧结装置的俯视图；

图3为图1中的进料反应器的主剖视图；

图4为图1中的烧结窑体的主剖视图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

请同时参考图1和图2，图1为本发明提供的用于烧结磷酸锂的烧结装置的主视图，图2为图1所示烧结装置的俯视图。如图1和图2所示，所述烧结装置包括水平固定的进料反应器11，在所述进料反应器的一端设置有进料斗11a，与进料斗11a相对应的一端还设置有出料口11a。在本实施方式中，进料反应器为圆筒状，在进料反应器内设置有螺旋杆11c，通过所述螺旋杆推动物料在进料反应器内移动(后面详述进料反应器的结构)。

为了对进料反应器内的物料进行烧结，所述烧结装置还包括套装在进料反应器的进料斗11a与出料口11b中间部分外部的烧结窑体12，在烧结窑体内设置有加热装置，当进料反应器内的物料进入到与烧结窑体相对应的部分后，由烧结窑体完成对物料的烧结，反应后的物料由出料口排出。

在进料反应器上，还包括设置在进料斗11a与烧结窑体之间的第一冷却装置13a，所述第一冷却装置13a套装在进料反应器外部壳体上，对进料反应器在烧结窑体之前的部位包括进料斗进行冷却，可以使物料按照设定的升温曲线进行升温，也可以防止物料提前被加热发生氧化。在进料器反应器上的烧结窑体与出料口之间设置有第二冷却装置13b，所述第二冷却装置套装在进料反应器外部壳体上，对进料反应器在烧结窑体之后的部位包括出料口进行冷却，这样可以对反应后的物料进行降温，防止出口物料温度过高发生氧化。第一冷却装置和第二冷却装置的规格可以根据实际换热量进行设计，对此本发明并无特别限制。冷却介质优选为水，在本实施方式中，第一冷却装置和第二冷却装置的结构和规格相同。

请同时参见图3，为进料反应器的主视图。进料反应器包括一个圆筒状的壳体11d，优选由防腐材料制成。对于进料反应器壳体的外径、长度、壁厚，本发明无特别限制，可以根据物料反应实际情况进行设计。在本实施方式中，进料反应器壳体的外径优选为200mm～400mm，更优选为240mm～360mm；进料反应器的长度优选为4000mm～9000mm，更优选为5000mm～8000mm，更有选为6000mm～7000mm。壁厚优选为10mm～20mm，更有选为14mm～18mm。

请继续参见图1和图2，烧结装置还包括驱动螺杆旋转的驱动装置，所述螺杆穿出到进料反应器的两端，驱动装置设置在靠近进料器的进料斗所在一端的外侧，包括驱动电机17a和传动链条17b。在靠近螺杆两端的位置分别设置有传动轴承，在靠近出料口一端的外侧，设置有第一支撑轴承14a、在靠近进料口一端的外侧，设置有第二支撑轴承14b和第三支撑轴承14c，与传动链条连接的链轮17b设置在第二支撑轴承14b和第三支撑轴承14c之间。

在进料器壳体的两端，分别设置有轴密封装置15a、15b，以防止空气从进料器两端由螺杆进入到进料反应器的内部。轴密封装置可以采用本领域技术人员熟知的轴密封装置，对此本发明并无特别的限制。

为了防止物料在进料反应器内部被氧化，本发明提供的烧结装置进一步提供有与进料反应器连接的气体保护装置，所述气体保护装置包括供气装置和与进料反应器连接的保护气体入口和将气体从进料反应器内排出的保护气体出口，对于保护气体入口和保护气体出口的位置，优选分别设置在靠近进料反应器两端的位置处，这样保护气体从一端进入后，从进料反应器的另一端排出，防止物料在加热的过程中发生氧化。在本实施方式中，保护气体入口16a设置在靠近进料反应器靠近进料斗的位置处，保护气体出口16b设置在靠近进料反应器的出料口处，保护气可以为氮气、氩气等。供气装置可以为气瓶等本领域技术人员熟知的供气装置。

为了将烧结装置的各个部件进行固定，烧结装置还包括传动支架17，其中烧结窑体、第一冷却装置、第二冷却装置、第一支撑轴承、第二支撑轴承、第三支撑轴承和驱动电机都固定安装在传动支架上。传动支架可以使用强度足够的碳钢制成，但不限于此。

请参见图4，为图1中烧结窑体剖视图，如图所示。烧结窑体12包括金属外壳材质的烧结窑壳体101，烧结窑壳体内衬有保温棉层102，在保温棉内衬有耐火保温砖层103，对耐火保温砖的厚度和烧结窑体的长度，本发明无特别限制。其中，烧结窑体的长度可以根据产量进行设计。

在本实施方式中，耐火保温砖层由与保温棉接触的轻质高铝保温砖层和内衬在所述轻质高铝保温砖层的抗剥落高铝保温砖层组成，抗剥落高铝保温层形成的烧结窑体的内壁，可以防止在高温下脱落。在烧结窑体的内壁上设置有加热装置，烧结窑体内还设置有测温装置。加热装置优选为安装在烧结窑体内硅碳加热棒104。硅碳加热棒的数量和规格可以由反应设定功率进行设置。在本实施方式中，测温装置为从烧结窑体的侧壁插入到烧结窑体内部的热电偶105，通过热电偶及反馈测量信号对加热装置进行控制。另外，在烧结窑体的内壁上，还设置多个支撑块106，用于支撑进料反应器的壳体。对于支撑块也可以采用其它方式，例如吊装支撑，只要能够达到支撑进料反应器的壳体的目的即可，对于支撑块的排列方式，本发明并无特别限制。为了观察烧结窑体内的反应情况，在烧结窑体的侧壁上，设置有观察窗口107；烧结窑体上靠近出料端的位置还设置有排烟口(未示出)，可以将反应产生的气体排出。

在本实施方式中，烧结装置各部件涉及参数如下：

烧结窑体长度为3000mm，宽和高均为800mm，内径为300mm。硅碳加热棒的数量为60支，总功率为30Kw；

进料反应器的在本实施方式中，进料反应器由316不锈钢制成，外径为219mm，内径为189mm，壁厚为15mm，烧结窑体套装在进料反应器中间的位置上；

驱动电机功率为4kw，同时加4kw变频器对螺杆进行无级调速；

两个冷却装置的规格均为500mm(长)×616mm(宽)×619mm(高)；

支架高度为1000mm，采用碳钢焊接而成；

整个烧结装置外观参考尺寸长×宽×高＝9000mm×800mm×1800mm。

本发明提供的烧结装置的工作流程为：反应物料由进料斗送入进料反应器后，进料反应器的螺杆在驱动电机的带动下旋转，推动物料向前进入到烧结窑体内，物料在被向前推进的同时，螺杆还能对物料进行搅拌和翻转。同时，有保护气体装置通过保护气体入口向进料反应器内供入保护气体。进入到烧结窑体内的物料在高温下进行烧结反应，形成磷酸铁锂。物料在被螺杆推进的整个过程中，螺杆还能对物料起到很好的搅拌作用，因此在整个烧结过程中可以防止物料产生局部加热不均的问题，从而避免影响产品的质量。另外，在烧结的过程中，可以控制烧结窑体内的加热装置形成不同的加热区，获得不同的烧结曲线。物料的行进速度可以通过螺杆的转速来调节，即由螺杆的转速来调整物料的烧结周期。烧结后的产品排出烧结窑体后，由第二冷却装置冷却至室温，可以防止产品发生二次氧化，经过冷却的产品可以在螺杆的推动下由出料口排出。

以上对本发明所提供的用于烧结磷酸铁锂的装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种用于烧结磷酸铁锂的烧结装置，包括：

所述烧结装置还包括驱动所述螺杆旋转的驱动装置和与进料反应器连接的气体保护装置。

2.根据权利要求1所述的烧结装置，其特征在于，所述气体保护装置包括供气装置、与所述进料器壳体一端连接的保护气体入口、与所述进料器壳体的另一端连接的保护气体出口。

3.根据权利要求2所述的烧结装置，其特征在于，所述烧结窑体包括烧结窑体外壳、安装在所述烧结窑体外壳内的保温层、内衬在所述保温层内的耐火层、安装在所述耐火层内壁上的加热装置、安装在所述耐火层内壁上的用于支撑所述进料反应器的支撑装置。

4.根据权利要求3所述的烧结装置，其特征在于，所述支撑装置包括多根排列在耐火层内壁上的支撑块。

5.根据权利要求3所述的烧结装置，其特征在于，所述加热装置包括多个圆周排列在所述烧结窑体内的加热棒。

6.根据权利要求1至5任一项所述的烧结装置，其特征在于，在所述烧结窑体上还设置有测温装置。

7.根据权利要求1至5任一项所述的烧结装置，其特征在于，还包括支撑所述烧结窑体、进料反应器、第一冷却装置和第二冷却装置的炉架。

8.根据权利要求1至5任一项所述的烧结装置，其特征在于，还包括设置在烧结窑体的出料端一侧的排烟装置。

9.根据权利要求3至5任一项所述的烧结装置，其特征在于，所述耐火层包括内衬在所述保温层内的轻质高铝保温砖层和内衬在所述轻质高铝保温砖层内的抗剥落高铝保温砖层。

10.根据权利要求1至5任一项所述的烧结装置，其特征在于，所述进料器壳体为不锈钢制成。