CN108534557A - 锂电正极材料气氛炉氧气循环系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统及方法，它包括依次连接的洗气塔、稳压组件以及用于将通入洗气塔的废气过滤提纯的精滤组件，所述稳压组件包括与所述洗气塔相连接的第一富氧缓冲罐、与所述第一富氧缓冲罐相连接的氧气压缩机以及与所述氧气压缩机相连接的第二富氧缓冲罐。通过氧气循环利用系统将气氛炉排出的富氧废气重新循环进气氛炉内，既能保证气氛炉内的压力平衡，又能降低气氛中微量二氧化碳的残留量，提高锂离子电池正极材料烧结时的质量，还能大幅度提高氧气的使用效率，降低制氧功耗，达到节能减排的目的。

Description

锂电正极材料气氛炉氧气循环系统及方法

技术领域

本发明涉及气氛炉氧气循环利用技术领域，尤其是涉及一种锂电正极材料气氛炉氧气循环系统及方法。

背景技术

新能源汽车产业已经成为国家战略性新兴产业，被给予支持未来经济发展和实现汽车产业转型升级的厚望。新能源汽车当前的核心问题之一是续航里程不足，根本原因在于电池技术，三元锂离子电池具备高能量密度特性，完全符合产业发展趋势，已逐渐成为锂离子电池主流技术路线。三元正极随镍含量增加，能量密度不断提升，同时因贵金属钴含量减少而降低原材料成本，正极材料从三元材料（LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂,克容量150mAh/g）逐步向高镍三元材料（LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂和LiNi_0.85Co_0.1Al_0.05O₂,克容量>180mAh/g）过渡。

正极材料的制备工艺包括混料、烧结、破碎、粉碎、包装等工序，其中，烧结工序一般采用辊道窑、推板窑等烧结装置。普通三元正极材料(Ni摩尔比< 0.6)烧结时要求相对较低，在空气气氛中即可烧成；高镍三元正极材料（Ni摩尔比≥0.6）随镍含量升高，锂镍混排增加，为提高性能必须在氧气气氛条件下合成。

由于氧气的制造成本高，烧结高镍三元正极材料时耗气量大，因此高镍三元正极材料的制造成本要比普通三元正极材料大幅提升。为了降低高镍三元材料制造成本，倡导绿色循环利用，我们将氧气回收循环利用，结合生产锂离子电池正极材料的气氛炉提出了氧气循环利用方法及系统。

目前已有锂离子电池正极材料的气氛炉提出了氧气循环利用的系统，如申请号为2017203841328的实用新型专利申请，其利用引风装置将含氧废气直接引入气氛炉中，废气中含有大量杂质和其他无用气体，还有可能会适得其反，降低气氛炉中含氧量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环利用系统，以解决提高气氛炉烧结时氧气使用效率，降低制造成本的问题，同时达到节能、减排的效果。

为达到上述目的，本发明提供了一种锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统，它包括依次连接的洗气塔、稳压组件以及用于将通入洗气塔的废气过滤提纯的精滤组件，所述稳压组件包括与所述洗气塔相连接的第一富氧缓冲罐、与所述第一富氧缓冲罐相连接的氧气压缩机以及与所述氧气压缩机相连接的第二富氧缓冲罐。

优化的，精滤组件依次包括与所述第二富氧缓冲罐相连接的气液分离器、冷干机、精密过滤器、微热再生干燥机、粉尘过滤器、氧气缓冲罐。

进一步地，所述精密过滤器有多台。

进一步地，所述精滤组件还包括与所述粉尘过滤器相连接的第三富氧缓冲器与所述第三富氧缓冲器相连接的制氧吸附装置。

优化的，所述洗气塔的进气口与气氛炉排风机出口端相连接，洗气塔进气端设分气板；且其雾化盘上设置若干雾化喷嘴；其上还设有加药桶。

优化的，所述洗气塔与所述第一富氧缓冲罐之间设有自动稳压装置。

本发明还提供了一种锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环利用的方法，其包括以下步骤：

步骤一：气氛炉排气口的抽风机将富氧废气抽进氧气循环系统的洗气塔；

步骤二：洗气塔内抽液泵将药液经过喷淋头喷出，将废气中含有的微量二氧化碳吸收；

步骤三：废气在第一富氧缓冲罐中储存和稳压，当压力大于设定压力范围时，第一富氧缓冲罐内气体排出减压；当压力小于设定压力范围时，第二富氧缓冲罐内气体引入第一富氧缓冲罐，增加第一富氧缓冲罐的压力，达到压力的平衡，减小压力波动对气氛炉内气体氛围的影响；

步骤四：氧气压缩机将富氧缓冲罐中的富氧废气从≤0.2MPa压缩到≥0.5MPa;

步骤五：高压富氧废气储存在第二富氧缓冲罐中，富氧废气中的部分水分在储存过程中析出，可通过缓冲罐底部的放气阀将水分排出；

步骤六：高压富氧废气经过精滤组件后进入气氛炉。

本发明还提供了一种锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环利用的方法，其包括以下步骤：

步骤一：气氛炉排气口的抽风机将富氧废气抽进氧气循环系统的洗气塔；

步骤二：洗气塔内抽液泵将药液经过喷淋头喷出，将废气中含有的微量二氧化碳吸收；

步骤三：废气在第一富氧缓冲罐中储存和稳压，当压力大于设定压力范围时，第一富氧缓冲罐内气体排出减压；当压力小于设定压力范围时，第二富氧缓冲罐内气体引入第一富氧缓冲罐，增加第一富氧缓冲罐的压力，达到压力的平衡，减小压力波动对气氛炉内气体氛围的影响；

步骤四：氧气压缩机将富氧缓冲罐中的富氧废气从≤0.2MPa压缩到≥0.5MPa;

步骤五：高压富氧废气储存在第二富氧缓冲罐中，富氧废气中的部分水分在储存过程中析出，可通过缓冲罐底部的放气阀将水分排出；

步骤六：高压富氧废气的水分进一步通过气液分离器和冷干机分离排出；

步骤七：高压富氧废气中的微量粉尘和异物通过精密过滤器进行分离；

步骤八：高压富氧废气进一步经过微热再生干燥机，将水分含量降低到露点-30℃以下；

步骤九：高压富氧废气经过粉尘过滤器，将微热再生干燥机内产生的微量粉尘过滤分离；

步骤十：高压富废气体经过干燥后，如果氧含量≥93%，则直接输送到进炉端的氧气缓冲罐；如果氧含量＜93%，则经过制氧吸附装置进行提纯；

步骤十一：经过循环处理纯化的富氧气体经过氧气缓冲罐，稳压输入到气氛炉的入口。

利用本发明提供的氧气循环利用方法及系统，通过氧气循环利用系统将气氛炉排出的富氧废气重新循环进气氛炉内，既能保证气氛炉内的压力平衡，又能降低气氛中微量二氧化碳的残留量，提高锂离子电池正极材料烧结时的质量，还能大幅度提高氧气的使用效率，降低制氧功耗，达到节能减排的目的。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白和易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的气氛炉氧气循环利用系统的整体结构示意图；

具体实施方式

下面将结合附图实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统包括依次连接的洗气塔1、稳压组件以及用于将通入洗气塔的废气过滤提纯的精滤组件。所述稳压组件包括与所述洗气塔相连接的第一富氧缓冲罐2、与所述第一富氧缓冲罐2相连接的氧气压缩机3以及与所述氧气压缩机3相连接的第二富氧缓冲罐4。精滤组件依次包括与所述第二富氧缓冲罐4相连接的气液分离器5、冷干机6、精密过滤器7、微热再生干燥机8、粉尘过滤器9、氧气缓冲罐10、与所述粉尘过滤器9相连接的第三富氧缓冲器11与所述第三富氧缓冲器11相连接的制氧吸附装置12。所述精密过滤器可以有2、3、4或5台，甚至更多台，在本实施例中，有2台。

所述洗气塔进气口与气氛炉0排风机出口端相连接，洗气塔进气端设分气板13，可将气体分成若干支小气流，使气体与废气处理液的接触面积更大；洗气塔的雾化盘14上设置若干雾化喷嘴15，使废气处理液与气体再次充分接触；洗气塔设加药桶16，药液种类和比例根据废气组分进行调配；所述洗气塔出口端富氧缓冲罐上设置自动稳压装置，大于设定压力范围时，自动排气；小于设定压力范围时，充入氧气压缩机出口端缓冲罐气体；所述氧气压缩机连接在富氧缓冲罐的出口端，该氧气压缩机可处理含水露点≤50℃的气体；出气端压力≥0.8Mp；所述气液分离器连接在氧气压缩机后端高压富氧缓冲罐的出口处，将富氧气体中含有的大量水分进行初效分离；所述冷干机连接在气液分离器出口端，用于将初效分离水分的富氧气体进行中效分离；所述微热再生干燥机连接在二级精密过滤器出口端，用于将中效分离水分的富氧气体进行高效分离；所述制氧吸附装置连接在富氧缓冲罐出口端，用于将富氧气体提纯至≥93%的纯度；循环利用提纯的气体与制氧系统产生的气体在氧气缓冲罐中混合，共同输送到气氛炉进气端。

一种锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环利用的方法，步骤六包括以下步骤：

步骤一：气氛炉排气口的抽风机将富氧废气抽进氧气循环系统的洗气塔；

步骤二：洗气塔内抽液泵将药液经过喷淋头喷出，将废气中含有的微量二氧化碳吸收；

步骤三：废气在第一富氧缓冲罐中储存和稳压，当压力大于设定压力范围时，第一富氧缓冲罐内气体排出减压；当压力小于设定压力范围时，第二富氧缓冲罐内气体引入第一富氧缓冲罐，增加第一富氧缓冲罐的压力，达到压力的平衡，减小压力波动对气氛炉内气体氛围的影响；

步骤四：氧气压缩机将富氧缓冲罐中的富氧废气从≤0.2MPa压缩到≥0.5MPa;

步骤五：高压富氧废气储存在第二富氧缓冲罐中，富氧废气中的部分水分在储存过程中析出，可通过缓冲罐底部的放气阀将水分排出；

步骤六：高压富氧废气的水分进一步通过气液分离器和冷干机分离排出；

步骤七：高压富氧废气中的微量粉尘和异物通过精密过滤器进行分离；

步骤八：高压富氧废气进一步经过微热再生干燥机，将水分含量降低到露点-30℃以下；

步骤九：高压富氧废气经过粉尘过滤器，将微热再生干燥机内产生的微量粉尘过滤分离；

步骤十：高压富废气体经过干燥后，如果氧含量≥93%，则从图1中A路线直接输送到进炉端的氧气缓冲罐；如果氧含量＜93%，则从图1中B路线，经过制氧吸附装置进行提纯；

步骤十一：经过循环处理纯化的富氧气体经过氧气缓冲罐，稳压输入到气氛炉的入口。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统，其特征在于：它包括依次连接的洗气塔、稳压组件以及用于将通入洗气塔的废气过滤提纯的精滤组件，所述稳压组件包括与所述洗气塔相连接的第一富氧缓冲罐、与所述第一富氧缓冲罐相连接的氧气压缩机以及与所述氧气压缩机相连接的第二富氧缓冲罐。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统，其特征在于：精滤组件依次包括与所述第二富氧缓冲罐相连接的气液分离器、冷干机、精密过滤器、微热再生干燥机、粉尘过滤器、氧气缓冲罐。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统，其特征在于：所述精密过滤器有多台。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统，其特征在于：所述精滤组件还包括与所述粉尘过滤器相连接的第三富氧缓冲器与所述第三富氧缓冲器相连接的制氧吸附装置。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统，其特征在于：所述洗气塔的进气口与气氛炉排风机出口端相连接，洗气塔进气端设分气板；且其雾化盘上设置若干雾化喷嘴；其上还设有加药桶。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统，其特征在于：所述洗气塔与所述第一富氧缓冲罐之间设有自动稳压装置。

7.一种利用权利要求1所述的锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统进行氧气循环利用的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一：气氛炉排气口的抽风机将富氧废气抽进氧气循环系统的洗气塔；

步骤二：洗气塔内抽液泵将药液经过喷淋头喷出，将废气中含有的微量二氧化碳吸收；

步骤三：废气在第一富氧缓冲罐中储存和稳压，当压力大于设定压力范围时，第一富氧缓冲罐内气体排出减压；当压力小于设定压力范围时，第二富氧缓冲罐内气体引入第一富氧缓冲罐，增加第一富氧缓冲罐的压力，达到压力的平衡，减小压力波动对气氛炉内气体氛围的影响；

步骤四：氧气压缩机将富氧缓冲罐中的富氧废气从≤0.2MPa压缩到≥0.5MPa;

步骤五：高压富氧废气储存在第二富氧缓冲罐中，富氧废气中的部分水分在储存过程中析出，可通过缓冲罐底部的放气阀将水分排出；

步骤六：高压富氧废气经过精滤组件后进入气氛炉。

8.一种利用权利要求2所述的锂离子电池正极材料气氛炉氧气循环系统进行氧气循环利用的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一：气氛炉排气口的抽风机将富氧废气抽进氧气循环系统的洗气塔；

步骤二：洗气塔内抽液泵将药液经过喷淋头喷出，将废气中含有的微量二氧化碳吸收；

步骤三：废气在第一富氧缓冲罐中储存和稳压，当压力大于设定压力范围时，第一富氧缓冲罐内气体排出减压；当压力小于设定压力范围时，第二富氧缓冲罐内气体引入第一富氧缓冲罐，增加第一富氧缓冲罐的压力，达到压力的平衡，减小压力波动对气氛炉内气体氛围的影响；

步骤四：氧气压缩机将富氧缓冲罐中的富氧废气从≤0.2MPa压缩到≥0.5MPa;

步骤五：高压富氧废气储存在第二富氧缓冲罐中，富氧废气中的部分水分在储存过程中析出，可通过缓冲罐底部的放气阀将水分排出；

步骤六：高压富氧废气的水分进一步通过气液分离器和冷干机分离排出；

步骤七：高压富氧废气中的微量粉尘和异物通过精密过滤器进行分离；

步骤八：高压富氧废气进一步经过微热再生干燥机，将水分含量降低到露点-30℃以下；

步骤九：高压富氧废气经过粉尘过滤器，将微热再生干燥机内产生的微量粉尘过滤分离；

步骤十：高压富废气体经过干燥后，如果氧含量≥93%，则直接输送到进炉端的氧气缓冲罐；如果氧含量＜93%，则经过制氧吸附装置进行提纯；

步骤十一：经过循环处理纯化的富氧气体经过氧气缓冲罐，稳压输入到气氛炉的入口。