CN101838019A

CN101838019A - 电池级低铁四氧化三钴粉料制备方法及装置

Info

Publication number: CN101838019A
Application number: CN 201010159830
Authority: CN
Inventors: 王武; 李军秀; 彭智; 袁国和
Original assignee: Jiangsu Cobalt Nickel Metal Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Cobalt Nickel Metal Co Ltd
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2010-09-22

Abstract

本发明提供电池级低铁四氧化三钴粉料制备方法及装置，其是把四氧化三钴送入气流涡旋微粉机进行粉碎、分选，细粉被吸入旋风分离器，合格的粉料落入旋风分离器的下部料斗；含尘气体经旋风分离器的上部出风口由引风机排出；气流涡旋微粉机包括喂料装置、出料口、下部的进气室、上部的粉碎及分级室，粉碎及分级室内设置有分级叶轮；分级叶轮的上部是分级室、下部是粉碎室；粉碎室内设置粉碎盘，粉碎盘上带有刀片；在粉碎盘与分级叶轮之间设置有分流环；粉碎室的内侧壁设置有衬套；喂料装置出口与粉碎室相通；出料口开在分级室的上部；粉碎盘、刀片、衬套以硬度HRC＞50的材料制成。本发明能够防止杂质尤其是铁进入物料中、使用寿命长，生产的四氧化三钴中铁含量小于50ppm。

Description

电池级低铁四氧化三钴粉料制备方法及装置

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体地说，是锂电池的制备原料------低铁四氧化三钴粉料的制备方法及制备装置，主要涉及降低四氧化三钴中铁含量的生产技术。

背景技术

随着电池产业的蓬勃发展，对电池的制造原料的质量要求越来越高。生产中，对每一个环节都要防止杂质的带入。杂质的来源主要包括两个途径：一、生产原料中本身存在的杂质。二、生产过程中由于接触和设备损耗带入的杂质等。而一般的杂质去除方法有：一、在溶液中去除，即将原料溶解再通过各种手段去除，如阳离子交换法、沉淀法、中和水解法等；二、在生产过程中去除，即减少设备的损耗污染和环境带去的杂质。

在锂电池的制作及工作过程中，单质铁对锂电池危害特别大，它造成电池的短路，使得电池不能工作而报废，甚至引起爆炸。同时随着加工技术的发展，产品越来越应用于高端市场，对材料的要求越来越高，对铁的含量要求更加严格，因为在电子材料的制备中铁的存在还会导致电池性能的不一致。所以防铁是锂电池材料生产企业的重中之重。

锂电池的原料四氧化三钴还有一项重要的指标是最大颗粒要小于30um，经过高温烧结的物料大颗粒上千微米，必须通过机械粉碎设备来处理，将大颗粒粉碎下来，但是国内机械粉碎设备都是用碳钢或不锈钢制作的，最好的也不过是含铁和锰的合金。

例如，现有带动气流涡旋微粉机就是一种立轴反射型气流涡旋微粉机，能同时完成物料粉碎和微粉分选两道粉体加工工序。它主要包括喂料装置、出料口、下部的进气室、上部的粉碎及分级室，粉碎及分级室内设置有可转动的分级叶轮；分级叶轮的上部是分级室、下部是粉碎室；粉碎室内设置有转动的粉碎盘，粉碎盘上带有刀片；在粉碎盘与分级叶轮之间设置有分流环；粉碎室的内侧壁设置有衬套；用于把预粉碎的物料送入粉碎室的喂料装置出口与粉碎室相通；出料口开在分级室的上部。

气流涡旋微粉机工作时，出料口与抽风装置相连。粉碎室室内的粉碎盘(及刀片)、衬套用来将由喂料装置送入的物料击碎成细粉；分级叶轮把细粉分成粒度合格的细粉和不合格的粗粉，合格的细粉由抽风装置经出料口吸出后到一料斗贮存。粉碎盘和分级叶轮分别由两根同心轴分别驱动，分级叶轮的转速可调，用以调节产品的粒度。不合格的粗粉沿分流环内壁回落到粉碎室，继续粉碎，直至达到合格粒度为止。但是，其粉碎盘、刀片、衬套一般均以硬度HRC35的不锈钢制成。如果以现有的气流涡旋微粉机直接对作为锂电池生产原料的四氧化三钴进行粉碎和分选，由于四氧化三钴(物料)的硬度很高，物料对设备(气流涡旋微粉机)的磨损严重，每加工一吨产品，不锈钢刀片磨损掉一公分，刀片的寿命仅2天，设备寿命不到一星期。磨损下来的金属全部进入四氧化三钴，仅由于该设备，产品中的铁含量就增加了100PPM，加上物料被粉碎之前本身已经含有一定的铁，这样就会使产品四氧化三钴中铁的含量达到150PPM，远远超过电池级材料小于50ppm的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够防止杂质尤其是铁进入物料中、且使用寿命长的电池级低铁四氧化三钴粉料制备装置，以该装置生产的四氧化三钴中，铁含量小于50ppm。

本发明的电池级低铁四氧化三钴粉料制备装置，包括气流涡旋微粉机、旋风分离器、引风机；气流涡旋微粉机包括喂料装置、出料口、下部的进气室、上部的粉碎及分级室，粉碎及分级室内设置有可转动的分级叶轮；分级叶轮的上部是分级室、下部是粉碎室；粉碎室内设置有转动的粉碎盘，粉碎盘上带有刀片；在粉碎盘与分级叶轮之间设置有分流环；粉碎室的内侧壁设置有衬套；用于把预粉碎的四氧化三钴送入粉碎室的喂料装置出口与粉碎室相通；出料口开在分级室的上部；流涡旋微粉机的出料口接旋风分离器的侧部进风口、旋风分离器的上部的出风口接引风机；粉碎盘、刀片、衬套以硬度HRC＞50的材料制成。

本制备装置的有益效果：以气流涡旋微粉机对四氧化三钴进行粉碎、分选，由于粉碎盘、刀片、衬套等与四氧化三钴直接接触的零部件硬度较高，磨损很小，不会有杂质或者说只有极少量的杂质进入四氧化三钴中；同时，以旋风分离器对粉料进行收集，也不会有杂质进入；这些均保证了产品四氧化三钴中的杂质含量在可控制的范围内。另外，气流涡旋微粉机中粉碎盘、刀片、衬套等零部件磨损很小；而旋风分离器基本不会被磨损，因此本制备装置的使用寿命长，不易损坏。

上述的制备装置，它还包括袋式除尘器，旋风分离器的上部的出风口接袋式除尘器的侧部进风口；袋式除尘器的出风口接引风机。袋式除尘器可以过滤经旋风分离器出风口排出的气体中的尘埃，这样就可防止粉尘直接排出而污染环境。

本发明同时提供了一种能够防止杂质尤其是铁进入物料中的电池级低铁四氧化三钴粉料制备方法，以该方法制备的四氧化三钴中，铁含量小于50ppm。

本发明的电池级低铁四氧化三钴粉料制备方法，是把四氧化三钴送入气流涡旋微粉机进行粉碎、分选，细粉被吸入旋风分离器，合格的粉料落入旋风分离器的下部料斗；含尘气体经旋风分离器的上部出风口由引风机排出；

上述的气流涡旋微粉机包括喂料装置、出料口、下部的进气室、上部的粉碎及分级室，粉碎及分级室内设置有可转动的分级叶轮；分级叶轮的上部是分级室、下部是粉碎室；粉碎室内设置有转动的粉碎盘，粉碎盘上带有刀片；在粉碎盘与分级叶轮之间设置有分流环；粉碎室的内侧壁设置有衬套；用于把预粉碎的四氧化三钴送入粉碎室的喂料装置出口与粉碎室相通；出料口开在分级室的上部；粉碎盘、刀片、衬套以硬度HRC＞50的材料制成。

本制备方法的有益效果：以气流涡旋微粉机对四氧化三钴进行粉碎、分选，由于粉碎盘、刀片、衬套等与四氧化三钴直接接触的零部件硬度较高，磨损很小，不会有杂质或者说只有极少量的杂质进入四氧化三钴中；同时，以旋风分离器对粉料进行收集，也不会有杂质进入；这些均保证了产品四氧化三钴中的杂质含量在可控制的范围内。

上述的制备方法，含尘气体经旋风分离器的上部出风口后被吸入袋式除尘器，经除尘后的气体由引风机排出。袋式除尘器可以过滤经旋风分离器出风口排出的气体中的尘埃，这样就可防止粉尘直接排出而污染环境。

硬度HRC＞50的材料有很多，如硬质合金、刚玉或者氧化锆。如何以硬质合金、刚玉或者氧化锆制备粉碎盘、刀片、衬套等属于现有技术，不再描述。

附图说明

图1是本发明的电池级低铁四氧化三钴粉料制备装置的示意图。

图2是图1中的气流涡旋微粉机的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参见图1所示电池级低铁四氧化三钴粉料制备装置，包括气流涡旋微粉机1、旋风分离器2、袋式除尘器3、引风机(抽风装置)4。

参见图2所示气流涡旋微粉机1包括用于把预粉碎的四氧化三钴送入粉碎室的螺旋喂料装置5、出料口6、下部的进气室7、上部的粉碎及分级室8。

粉碎及分级室8包括粉碎室81、分级室82。粉碎及分级室8内设置分级叶轮9。分级叶轮的上部是分级室82、下部是粉碎室81。粉碎室内设置粉碎盘10。粉碎盘上带有刀片11；在粉碎盘与分级叶轮之间设置有分流环17。粉碎室的内侧壁设置有衬套12。分级叶轮9与穿过分级室的分级转轴13相接，分级转轴13的上部固定有分级皮带轮14。粉碎盘10与穿过进气室的粉碎转轴15相接，粉碎转轴的下端固定有粉碎皮带轮16。粉碎转轴15、粉碎盘10、分级转轴13、分级叶轮9的轴线均重合。

螺旋喂料装置5的出口穿过衬套12与粉碎室81相通。出料口6开在分级室的侧上部。

气流涡旋微粉机的出料口6接旋风分离器2的侧部进风口21、旋风分离器的上部的出风口22接袋式除尘器3的侧部进风口31；袋式除尘器的出风口32接引风机4。

粉碎盘10及刀片11在粉碎皮带轮16、粉碎转轴15的带动下高速转动。物料经螺旋喂料装置5射入粉碎室，物料呈流态化，与高速运转的粉碎盘及刀片11产生剧烈的碰撞、磨擦、剪切，粉碎盘(及刀片)、衬套将由螺旋喂料装置送入的物料击碎成细粉，完成颗粒的超细粉碎。粉碎后的物料被从进气室7进入到粉碎室81内而上升的气流输送至分级室82内。在有分级皮带轮14、分级转轴13的带动下转动的分级叶轮9把细粉分成粒度合格的细粉和不合格的粗粉，合格的细粉由抽风装置4经出料口6吸出。也就是说，在分级叶轮离心力和引风机抽力的作用下，实现了粗细粉的分离。不合格的粗粉因自身的重力沿分流环17内壁回落到粉碎室，继续粉碎，直至达到合格粒度为止。

合格的细粉随气流经出料口6进入旋风分离器2，合格的细粉沿旋风分离器的内侧壁边旋转边下降，最终从旋风分离器的下部的出料口23排出，即得到合格的电池级低铁四氧化三钴粉料。含有比合格细粉更微小的微细粉尘的含尘气体由旋风分离器的上部出风口23被吸入袋式除尘器3的侧部进风口31。由袋式除尘器3收集的微细粉尘定期由袋式除尘器3下部的出料口33排出。经袋式除尘器3净化的气体由袋式除尘器的出风口32被引风机4抽出，经引风机的排出管道41排出。

粉碎盘和分级叶轮分别由两根同心的粉碎转轴和分级转轴通过粉碎皮带轮和分级皮带轮单独驱动。分级叶轮的转速可调，用以调节产品的粒度。螺旋喂料装置在机体的侧壁，用来把物料送入粉碎室，其转速也可调，以控制不同的喂料量。

将碳酸钴投入煅烧炉进行煅烧，煅烧后得到四氧化三钴产品，经鄂式破碎机预破碎，再进行对辊碾碎，然后采用本发明的装置进行四氧化三钴粉料的制备(超细粉碎分选阶段)，通过对超细粉碎分选阶段的粒径控制得到需要的四氧化三钴产品。

对比例：

先将未改造的气流涡旋微粉机(粉碎盘、刀片、衬套均以硬度HRC35的不锈钢制成)配套的引风机打开，将预处理好的四氧化三钴物料按每小时500公斤加入到料斗中，从旋风分离器中得到所需要的产品，每8小时出来的产品测试Fe含量为150ppm，气流涡旋微粉机运行噪音越来越大，连续运行48小时，打开气流涡旋微粉机观察到刀片已磨损掉50％，10m厚的衬套出现3-5mm深度的磨损。

实施例1：

与对比例不同的是，气流涡旋微粉机的粉碎盘、刀片、衬套均以刚玉制成，硬度HRC55-58。将预处理好的四氧化三钴物料每小时500公斤加入到进料斗中，从旋风分离器中得到所需要的产品，每8小时测试产品Fe含量50-60ppm；运行较平稳。一星期后，打开气流涡旋微粉机观察，衬套良好，刀片角有崩裂的小口，不影响使用。但生产过程中金属异物一旦进入气流涡旋微粉机，全部刚玉即破碎。这是因为刚玉太脆，遇到金属异物很容易就全部碎了。

实施例2：

与对比例不同的是，气流涡旋微粉机的粉碎盘、刀片、衬套均以硬质合金制成，硬度HRC63-67。将预处理好的四氧化三钴物料按每小时500公斤加入到进料斗中，从旋风分离器中得到所需要的产品，每8小时出来的产品测试Fe含量30-40ppm，气流涡旋微粉机运行平稳，连续运行一星期，打开气流涡旋微粉机观察刀片磨损小于1mm，衬套无磨损痕迹。金属异物一旦进入气流涡旋微粉机，设备声响会不同，马上停机，粉碎盘、刀片、衬套等不会损坏。

本发明针对铁含量过高造成电池短路和性能不一致等问题，本专利应用特殊设备和工艺预防铁的带入，降低了电池材料产品中的铁含量。由于设备与物料接触部分用的是非金属、硬度高的材料，使得机器的磨损度大大降低，耐磨提高100倍；同时降低了生产过程中由于机器磨损带入的铁杂质，铁的含量由大于150PPM降到50PPM以下。降低了设备的损耗，同时保证了电池级四氧化三钴的粒径达到小于30μm。本解决了设备使用寿命和加工过程带入铁及其它金属单质的问题，设备的使用寿命增加100倍，每台设备每小时加工能力为500公斤。

Claims

1.电池级低铁四氧化三钴粉料制备方法，其特征是：把四氧化三钴送入气流涡旋微粉机进行粉碎、分选，细粉被吸入旋风分离器，合格的粉料落入旋风分离器的下部料斗；含尘气体经旋风分离器的上部出风口由引风机排出；

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：含尘气体经旋风分离器的上部出风口后被吸入袋式除尘器，经除尘后的气体由引风机排出。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是：硬度HRC＞50的材料为硬质合金、刚玉或者氧化锆。

4.电池级低铁四氧化三钴粉料制备装置，包括气流涡旋微粉机、旋风分离器、引风机；气流涡旋微粉机包括喂料装置、出料口、下部的进气室、上部的粉碎及分级室，粉碎及分级室内设置有可转动的分级叶轮；分级叶轮的上部是分级室、下部是粉碎室；粉碎室内设置有转动的粉碎盘，粉碎盘上带有刀片；在粉碎盘与分级叶轮之间设置有分流环；粉碎室的内侧壁设置有衬套；用于把预粉碎的四氧化三钴送入粉碎室的喂料装置出口与粉碎室相通；出料口开在分级室的上部；其特征是：流涡旋微粉机的出料口接旋风分离器的侧部进风口、旋风分离器的上部的出风口接引风机；粉碎盘、刀片、衬套以硬度HRC＞50的材料制成。

5.如权利要求4所述的制备装置，其特征是：它还包括袋式除尘器，旋风分离器的上部的出风口接袋式除尘器的侧部进风口；袋式除尘器的出风口接引风机。

6.如权利要求4所述的制备装置，其特征是：硬度HRC＞50的材料为硬质合金、刚玉或者氧化锆。