CN102416311A - 锂电池正极或负极材料的反应装置 - Google Patents

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Abstract

一种锂电池正极或负极材料的反应装置，预热段下端连接反应段上端，而螺旋走料装置穿过预热段及反应段内部，螺旋走料装置下端与转动电机相连；反应段底部与冷却装置相连；预热段外壁设有用于通入热烟气的夹套，在预热段下部设有与夹套连通的热烟气入口，在预热段上部设有与夹套连通的热烟气出口；反应段外壁设有用于通入热烟气的夹套，在反应段下部设有与夹套连通的热烟气入口，在反应段上部设有与夹套连通的热烟气出口；预热段以及反应段外壁设有松动风口；预热段顶部设有物料入口，冷却装置外部设有材料出口。预热段顶部设有气体出口。本发明操作简单，运行稳定，能够连续、精确地生产锂电池正极或负极材料，更为适应大规模工业生产的要求。

Description

锂电池正极或负极材料的反应装置
技术领域
本发明涉及一种锂电池正极或负极材料的反应装置，尤其是一种使用固相合成法的锂电池正极或负极材料反应装置。
背景技术
锂离子电池的生产是新兴的行业，具有广阔的发展前景。目前较为成熟的锂离子电池正（负）极材料制备方法主要采用固相合成法，其主要优势在于工艺十分简单，制备条件容易控制。以锰酸锂正极材料的制备过程为例，将Li2CO3与MnO2原料颗粒混合，在500-900℃的高温煅烧数小时，即可得到锰酸锂。以LiCoO2正极材料的制备过程为例，将碳酸锂Li2CO3和钴的氧化物（如碳酸钴CoCO3、碱式碳酸钴2CoCO3·3Co(OH)2·3H2O、氧化亚钴CoO、氧化钴Co2O3或Co3O4等）颗粒按比例混合，在空气气氛下500-900℃煅烧若干小时固相热合成制备而成。以钛酸锂负极材料的制备过程为例，将碳酸锂Li2CO3和钛的氧化物（如Ti2O，TiO，Ti2O3，Ti3O5，Ti4O7，TiO2，碳酸钛、碱式碳酸钛等）颗粒按比例混合，在空气气氛下500-900℃煅烧若干小时固相热合成制备而成。
目前较为成熟的固相合成法工艺过程主要是将正（负）极制备原料手工分装至各个坩埚中，戳出若干个通风孔后，放入板式电炉中经预热阶段、反应阶段以及冷却阶段后，手工取出。整个反应阶段自动化程度及生产效率较低，无法满足大规模生产的需求。另外，由于正（负）极制备原料在坩埚中无相对运动，造成其晶粒无规则形状，晶界尺寸较大，粒度分布范围宽，大大降低了其电化学性能。因此，有必要通过生产工艺的改进，进一步提高生产的规模化，提高锂离子电池性能并降低正极或负极材料的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池正极或负极材料的反应装置，解决原有固相合成法工艺不能连续生产的缺陷，能够高效、低能耗并连续生产锂电池正极或负极材料。
本发明的目的是以如下方式实现的：该锂电池正极或负极材料的反应装置由预热段、反应段、螺旋走料装置、转动电机以及冷却装置组成，预热段下端连接反应段上端，而螺旋走料装置穿过预热段及反应段内部，螺旋走料装置下端与转动电机相连；反应段底部与冷却装置相连；预热段外壁设有用于通入热烟气的夹套，在预热段下部设有与夹套连通的热烟气入口，在预热段上部设有与夹套连通的热烟气出口，夹套内通入热烟气用于加热预热段；反应段外壁设有用于通入热烟气的夹套，在反应段下部设有与夹套连通的热烟气入口，在反应段上部设有与夹套连通的热烟气出口，夹套内通入热烟气加热反应段；预热段以及反应段外壁设有松动风口；预热段顶部设有物料入口，冷却装置外部设有材料出口。
预热段顶部设有气体出口。
反应段底部设有流化风进口。
冷却装置外部设有冷却装置进水口和冷却装置出水口。
本发明在反应装置外侧设有松动风，增加了颗粒之间的相对运动，使物料受热均匀，晶粒结构均一。另外，螺旋走料装置的搅拌作用可降低晶界尺寸，使粒径分布范围变小，提高了其电化学性能。
本发明能够实现锂电池正极或负极材料的连续生产。利用螺旋走料装置，将正极或负极制备原料由上到下，经预热阶段、反应阶段及冷却阶段后，实现锂电池正极或负极材料的制备。整个过程省略了目前工艺过程中的手工环节，可以实现自动化，提高了生产效率，使之能够适应大规模生产的要求。
本发明利用热烟气作为加热介质，具有加热均匀的优势，而通过通入不同温度的烟气使反应装置能够快速、精确地调节温度。其中热烟气可以利用各种工业废热、垃圾、生物质等可再生能源。进一步降低能耗，节约成本。
本发明可以极大地降低反应装置占地面积，与传统的工艺相比其占地面积能降低40%-70%。
综上所述，本发明操作简单，运行稳定，能够连续、精确地生产锂电池正极或负极材料，更为适应大规模工业生产的要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，该锂电池正极或负极材料的反应装置由预热段1、反应段2、螺旋走料装置3、转动电机4以及冷却装置5组成，预热段1下端连接反应段2上端，而螺旋走料装置3穿过预热段1及反应段2内部，螺旋走料装置3下端与转动电机4相连；反应段2底部与冷却装置5相连；预热段1外壁设有夹套，夹套内通入热烟气用于加热预热段1；在预热段1下部设有热烟气入口D, 在预热段1上部设有热烟气出口C。反应段2外壁设有夹套，夹套内通入热烟气加热反应段2；在反应段2下部设有热烟气入口F, 在反应段2上部设有热烟气出口E；预热段1以及反应段2外壁设有松动风口K。预热段1顶部设有物料入口A以及气体出口B。反应段2底部设有流化风进口G。冷却装置5采用表面式水冷却方式，冷却装置5外部设有冷却装置进水口H、冷却装置出水口I以及锂电池正（负）极材料出口J。
生产实例1
将粒径为0.1-100μm碳酸锂和二氧化锰混合物由物料入口A加入预热段1，预热段1的夹套中通入高温烟气，使预热段1内维持300-500℃，碳酸锂和二氧化锰混合物预热数小时后直接由螺旋走料装置推进至反应段2中。在反应段2的夹套中通入高温烟气，使反应段2内维持500-900℃中，碳酸锂和二氧化锰混合物在该温度下，反应数小时后生成锰酸锂，生成的锰酸锂则进入冷却装置6。在冷却装置6中采用表面式水冷却方式对生成的锰酸锂进行冷却。冷却水从冷却装置进水口H进入冷却装置6、从冷却装置出水口I排出。而冷却后的锰酸锂则由锂电池正极材料出口J排出。
生产实例2
将粒径为0.1-100μm碳酸锂和氧化钛的混合物由物料入口A加入预热段1，预热段1的夹套中通入高温烟气，使预热段1内维持300-500℃，碳酸锂和氧化钛的混合物预热数小时后直接由螺旋走料装置推进至反应段2中。在反应段2的夹套中通入高温烟气，使反应段2内维持500-900℃中，碳酸锂和氧化钛的混合物在该温度下，反应数小时后生成钛酸锂，生成的钛酸锂则进入冷却装置6。在冷却装置6中采用表面式水冷却方式对生成的钛酸锂进行冷却。冷却水从冷却装置进水口H进入冷却装置6、从冷却装置出水口I排出。而冷却后的钛酸锂则由锂电池负极材料出口J排出。

Claims (4)

1.一种锂电池正极或负极材料的反应装置，其特征在于：由预热段（1）、反应段（2）、螺旋走料装置（3）、转动电机（4）以及冷却装置（5）组成，预热段（1）下端连接反应段（2）上端，而螺旋走料装置（3）穿过预热段（1）及反应段（2）内部，螺旋走料装置（3）下端与转动电机（4）相连；反应段（2）底部与冷却装置（5）相连；预热段（1）外壁设有用于通入热烟气的夹套；在预热段（1）下部设有与夹套连通的热烟气入口（D），在预热段（1）上部设有与夹套连通的热烟气出口（C），反应段（2）外壁设有用于通入热烟气的夹套，在反应段（2）下部设有与夹套连通的热烟气入口（F），在反应段（2）上部设有与夹套连通的热烟气出口（E）；预热段（1）以及反应段（2）外壁设有松动风口（K）；预热段（1）顶部设有物料入口（A），冷却装置（5）外部设有材料出口（J）。
2.根据权利要求1所述的锂电池正极或负极材料的反应装置，其特征在于：预热段（1）顶部设有气体出口（B）。
3.根据权利要求1所述的锂电池正极或负极材料的反应装置，其特征在于：反应段（2）底部设有流化风进口（G）。
4.根据权利要求1所述的锂电池正极或负极材料的反应装置，其特征在于：冷却装置（5）外部设有冷却装置进水口（H）和冷却装置出水口（I）。
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