CN108692567A - 一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体及烧结炉 - Google Patents

一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体及烧结炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体及烧结炉，排胶段炉体包括炉腔，炉腔内设有棍棒，棍棒将炉腔分为窑腔和加热腔，加热腔内设有加热元件，加热腔设有底部进气口，炉腔一端设有进风循环机构，另一端设有风箱，进风循环机构包括进风筒、风机座和循环风机，循环风机设于风机座内上部，进风筒朝外并与风机座连通，风机座、风箱均与加热腔连通，风箱设有排气管，可保证热气在炉体内循环流动，排胶效果好，使高镍三元材料在250℃～700℃和均匀气氛条件下充分预烧结。烧结炉包括预热段炉体、上述的排胶段炉体、高温段炉体、降温段炉体和冷却段炉体，该排胶段炉体风机座通过热风管道与降温段炉体连通，使排胶段炉体新进空气温度超过200℃。

Description

一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体及烧结炉
技术领域
本发明涉及高镍三元材料烧结设备，尤其涉及一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体及烧结炉。
背景技术
随着电子信息技术的快速发展，动力锂离子电池广泛应用于航空航天、军事装备、新能源汽车、电动摩托车、电动自行车、电动工具等多个领域，同时对锂离子电池的能量密度、循环次数、安全性能、生产成本等综合性能也提出了更高的要求。锂电池材料制造装备更是锂电池生产工艺技术的载体，决定着锂电池产品质量的优劣，影响着锂电池产品的成本高低。生产品质优良的锂电池材料是各生产厂家的必然选择。高镍三元材料作为已批量应用的锂电池正极材料之一，与其他正极材料相比综合性能最具优势，市场潜力巨大，正成为正极材料的主流。
锂电池高镍三元材料辊道烧结炉是一种全自动连续式烧结电窑，以产能大、温差小、烧结产品性能稳定等优点被行业认可，逐渐的替代推板窑烧结设备。然而，高镍三元材料烧结过程中，由于进入窑腔的冷空气未经预热，加上排气采用直抽方式，导致进入排胶段的空气拉低了排胶区各段的温度，而且预热后的空气在炉腔内没有充分混合，结果造成前驱体材料没有在合适的温度(250℃～700℃)充分预烧结，排胶效果差，严重影响了产品的晶格结构。
因此，目前锂电池材料辊道烧结炉升温排胶段的烧结存在以下不足：
(1)温度和气氛均匀性差，前驱体材料在500℃附近没有充分预烧结：三元前驱体材料NixCoyAlz(OH)2和LiOH混合物在250℃附近分解，400℃～500℃有缓慢失重，570℃附近对应氢氧化锂的熔融和反应，700℃后质量逐渐稳定，目标产物开始生成。由于进入排胶段的冷空气拉低了排胶区各段的温度，而且热空气在炉腔内没有充分混合，结果造成前驱体材料没有在合适的温度(约500℃)充分预烧结，严重影响了产品的晶格结构，造成材料在700℃以后不能进行正常烧结。
(2)热风的利用率低，排胶效果差：没有足够的排胶时间和进行充足的混合、循环。从窑腔直抽排气，导致补充的冷空气没有充分与炉内气体中和就有一部分被直接排出。热空气在炉体内没有充分循环流动，导致烧结产品的水分、碱性物、废气等不能顺畅排出，影响排胶效果。通过进气管进入的冷空气经加热后，吹向窑腔，扫过产品，将产品加热并使其中的水分、碱性物等挥发，然后就被直接抽走，没有充分混合、循环，而后续新进入的冷空气需要重新进行加热，再重复上述过程，热风的利用率明显偏低。
(3)未排尽的胶体腐蚀炉衬材料和加热元件：排胶段未排尽的废气凝结成液态的胶体沉积在窑腔底部，或者粘附在陶瓷套管的表面，进而腐蚀炉衬材料和加热元件。
针对这些问题，现有的高镍三元材料烧结设备生产厂家主要还是考虑如何尽快抽走排胶段废气，以及提高炉衬耐火材料的抗腐蚀性和降低废气对加热元件的侵蚀等方面，未能从炉体结构和管路辅助系统来提高排胶效果，避免排胶段废气对炉衬材料和加热元件的侵蚀。但是，在炉衬材料涂覆抗腐蚀层，在一定程度上降低了废气的侵蚀，烧结一段时间后，在高温下涂层效果越来越差；废气凝结成的废渣会沾附在陶瓷套管的表面，影响加热效果，同时增加了加热元件的负荷，减短其使用寿命，提高了成本。
因此，排胶段结构是否合理，对高镍三元材料产品的性能影响极大，正成为各设备生产厂家研究的重要问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种保证热空气在炉体内循环流动，使烧结产生的胶体顺畅排出，排胶效果好，使高镍三元材料在250℃～700℃和均匀气氛条件下的充分预烧结的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体；以及一种具有独特的余热回送系统，保证排胶段炉体新进空气的温度超过200℃，有效地提升了烧结产品的性能，降低了生产成本锂电池高镍三元材料烧结炉。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，包括炉腔，所述炉腔内设有用于输送匣钵的棍棒，且所述棍棒将炉腔一分为二，分别为位于上方为窑腔和位于下方的加热腔，所述加热腔内设有加热元件，所述加热腔底部设有底部进气口，所述炉腔的一端设有进风循环机构，另一端设有风箱，所述进风循环机构包括进风筒、风机座和循环风机，所述风机座与加热腔连通，所述循环风机设于风机座内的上部，所述进风筒一端朝外，另一端与风机座连通，所述风箱与加热腔连通，所述风箱设有向外排气的排气管。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述炉腔内壁为不锈钢。
所述炉腔的底部设有排胶槽。
所述排胶槽设置为两个，分设于炉腔底部的两端。
所述炉腔的顶壁设有盖板。
所述加热元件为加热电阻丝。
所述棍棒上设有承载板，所述匣钵设于承载板上。
一种锂电池高镍三元材料烧结炉，包括预热段炉体、排胶段炉体、高温段炉体、降温段炉体和冷却段炉体，所述排胶段炉体为上述的排胶段炉体，所述排胶段炉体的进风筒通过热风输送管道与降温段炉体连通。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的排胶段炉体，抽气点的位置从原来的从窑腔顶部直接排气改为从窑腔侧部抽气，避免了补充的冷空气还未充分与炉内气体中和就有一部分被直接排出，影响排胶效果；进气点除了有底部进气外，还有侧面进气，最终不同方向的进气在炉内相互作用，实现了气氛的均匀，同时能够将烧结过程中产生的废气及时带走，能够有效的降低材料中残余的碱含量，最终能够有效的降低材料的故障等性能，大大提高了动力型材料的安全性能；设置进风循环机构，保证热空气在炉体内循环流动；棍棒将加热腔和窑腔隔开，可使窑腔内废气不与加热腔内加热元件接触，该新型的排胶段炉体能够保证热空气在炉体内循环流动，使烧结产生的胶体顺畅排出，排胶效果好，使高镍三元材料在250℃～700℃和均匀气氛条件下的充分预烧结。
(2)本发明的烧结炉，降温段炉体内置换出的热风温度达到200℃以上，通过热风输送管道回送至排胶段炉体，对炉体内产品进行加热；该烧结炉的独特的余热回送系统，保证排胶段炉体新进空气的温度，使进入的空气温度超过200℃，有效地提升了烧结产品的性能，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例1的排胶段炉体的结构示意图(风箱吹风)。
图2是本发明实施例1的排胶段炉体的结构示意图(风箱抽风)。
图3是本发明实施例2的烧结炉结构示意图。
图中各标号表示：
1、炉腔；11、窑腔；12、加热腔；13、底部进气口；131、进气支路；14、排胶槽；15、盖板；2、匣钵；3、棍棒；31、承载板；4、进风循环机构；41、进风筒；42、风机座；43、循环风机；5、加热元件；6、风箱；7、排气管；81、预热段炉体；82、排胶段炉体；83、高温段炉体；84、降温段炉体；85、冷却段炉体；9、热风输送管道；91、支管。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，包括炉腔1，炉腔1内设有用于输送匣钵2的棍棒3，且棍棒3将炉腔1一分为二，分别为位于上方为窑腔11和位于下方的加热腔12，加热腔12内设有加热元件5，加热腔12底部设有底部进气口13，炉腔1的一端设有进风循环机构4，另一端设有风箱6，进风循环机构4包括进风筒41、风机座42和循环风机43，风机座42与加热腔12连通，循环风机43设于风机座42内的上部，进风筒41一端朝外，另一端与风机座42连通，风箱6与加热腔12连通，风箱6设有向外排气的排气管7。
本实施例中，炉腔1内进气分两条线路，一条线路为：气体由底部进气口13进入，并分多条进气支路131进入加热腔12内，经加热元件5加热后对进入上方的窑腔11，对匣钵2进行烧结；另一条线路为：外界冷空气从进风筒41进入风机座42后，循环风机43将吸入的空气通过两侧风道压向下方的加热腔12，经加热元件5加热后的空气通过左侧风箱6吹向窑腔11，扫过匣钵2，将匣钵2热并使其中的沉淀剂、络合剂等逐步挥发，然后热风又进入风机座42，循环风机43将其吸入并压向下方的加热腔12，一个循环过程完成，开始下一个循环过程。在整个过程中，挥发出的胶水夹在热空气中，其中的一部分通过风箱6内的排气管7抽出炉腔1外，另外，进风筒41又会补充进相应的冷空气，保持炉腔1内气氛的平衡，使其中的沉淀剂、络合剂等逐步挥发，排胶效果好，并能将气体循环利用。风箱6根据需要进行吹风和抽风的切换，图1展示的是风箱6吹风示意图，图2展示的是风箱6抽风示意图。
本发明的排胶段炉体，抽气点的位置从原来的从窑腔11顶部直接排气改为从窑腔11侧部抽气，避免了补充的冷空气还未充分与炉内气体中和就有一部分被直接排出，影响排胶效果；进气点除了有底部进气外，还有侧面进气，最终不同方向的进气在炉内相互作用，实现了气氛的均匀，同时能够将烧结过程中产生的废气及时带走，能够有效的降低材料中残余的碱含量，最终能够有效的降低材料的故障等性能，大大提高了动力型材料的安全性能；设置进风循环机构4，保证热空气在炉体内循环流动。棍棒3将加热腔12和窑腔11隔开，可使窑腔11内废气不与加热腔12内的加热元件5接触，该新型的排胶段炉体能够保证热空气在炉体内循环流动，使烧结产生的胶体顺畅排出，排胶效果好，使高镍三元材料在250℃～700℃和均匀气氛条件下的充分预烧结。
本实施例中，炉腔1内壁为不锈钢。炉腔1采用不锈钢内胆，将废气与炉腔1的炉衬耐火材料隔开，有效的避免了废气直接接触耐火材料而起到抗腐蚀的作用，延长了炉体寿命。
本实施例中，炉腔1的底部设有排胶槽14，便于清洁未排尽的废气在炉腔凝结形成的液态废渣，将废渣从底部排出防止堵窑现象。排胶槽14设置为两个，分设于炉腔1底部的两端。
本实施例中，炉腔1的顶壁设有盖板15。盖板15的两端分别挂装在风机座42和风箱6上。炉腔1的各内壁为耐火材料，盖板15只要防止气体从顶部漏出。
本实施例中，加热元件5为加热电阻丝。
本实施例中，棍棒3上设有承载板31，匣钵2设于承载板31上。
实施例2
如图3所示，本实施例的锂电池高镍三元材料烧结炉，包括预热段炉体81、排胶段炉体82、高温段炉体83、降温段炉体84和冷却段炉体85，该排胶段炉体82为实施例1中的排胶段炉体，该排胶段炉体82的进风筒41通过热风输送管道9与降温段炉体84连通。热风输送管道9通过支管91与进风筒41连接。
本实施例中，降温段炉体84内置换出的热风温度达到200℃以上，通过热风输送管道9回送至排胶段炉体82，对炉体内产品进行加热。该烧结炉的独特的余热回送系统，保证排胶段炉体82新进空气的温度，使进入的空气温度超过200℃，有效地提升了烧结产品的性能，降低了生产成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，包括炉腔(1)，所述炉腔(1)内设有用于输送匣钵(2)的棍棒(3)，且所述棍棒(3)将炉腔(1)一分为二，分别为位于上方为窑腔(11)和位于下方的加热腔(12)，所述加热腔(12)内设有加热元件(5)，所述加热腔(12)底部设有底部进气口(13)，其特征在于：所述炉腔(1)的一端设有进风循环机构(4)，另一端设有风箱(6)，所述进风循环机构(4)包括进风筒(41)、风机座(42)和循环风机(43)，所述风机座(42)与加热腔(12)连通，所述循环风机(43)设于风机座(42)内的上部，所述进风筒(41)一端朝外，另一端与风机座(42)连通，所述风箱(6)与加热腔(12)连通，所述风箱(6)设有向外排气的排气管(7)。
2.根据权利要求1所述的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，其特征在于：所述炉腔(1)内壁为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，其特征在于：所述炉腔(1)的底部设有排胶槽(14)。
4.根据权利要求3所述的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，其特征在于：所述排胶槽(14)设置为两个，分设于炉腔(1)底部的两端。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，其特征在于：所述炉腔(1)的顶壁设有盖板(15)。
6.根据权利要求1至4任意一项所述的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，其特征在于：所述加热元件(5)为加热电阻丝。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的锂电池高镍三元材料烧结炉排胶段炉体，其特征在于：所述棍棒(3)上设有承载板(31)，所述匣钵(2)设于承载板(31)上。
8.一种锂电池高镍三元材料烧结炉，包括预热段炉体(81)、排胶段炉体(82)、高温段炉体(83)、降温段炉体(84)和冷却段炉体(85)，其特征在于：所述排胶段炉体(82)为权利要求1至7任意一项所述的排胶段炉体，所述排胶段炉体(82)的进风筒(41)通过热风输送管道(9)与降温段炉体(84)连通。
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