CN111009639B - 一种用于锂离子电池正极材料制备的烧结工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于锂离子电池正极材料制备的烧结工艺，该工艺首先将混合均匀的待反应物料整批次装填至反应仓中，同时准备好物料反应及流化用高温清洁热风气源。然后将热风通入反应仓开始加热并流化待反应物料，整个过程分成四步加热流化烧结处理，高速流化阶段将细粉分离收集。第四阶段抽取样品监测物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料备用，不合格的继续流化破碎直至粒度符合要求。本发明的优点是：(1)采用动态烧结方式，物料受热均匀，反应均一速度快。(2)采用热风供给高温热源，能源利用率高，能耗低。(3)采用气源使颗粒物料流化，在反应的同时实现物料细磨，无需搭配鄂破对辊精磨就可实现产物粒度的精确控制。

Description

一种用于锂离子电池正极材料制备的烧结工艺
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用正极材料的制备方法，具体涉及一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺。
背景技术
目前，锂离子电池正极材料(钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂等)主流的规模化制备方法为高温固相(烧结)法，主要设备采用隧道式窑炉(推板窑炉和辊道窑炉)和破碎设备(鄂破、对辊、气流磨等)，主要工艺流程为物料装填在匣锅中，推送至隧道窑中进行烧结，烧结块料经颚式破碎机、对辊、精磨(气流磨、机械磨等)三级破碎后出烧结成品。采用此种设备与工艺来制备材料，烧结温度曲线平滑，内部温度分布均一，产品批次品质稳定，均一性优秀。但是此工艺也有缺点，主要包括：①窑炉加热方式为电加热，能源转换利用率低，能耗大。②窑炉为开放式结构，热污染严重。③匣锅式装填物料，跑冒滴漏较严重，匣锅寿命短，需定期更换。④窑炉长度一般不超过50米，限制了窑炉的进料数量，导致烧结速度慢、能耗高。⑤高温下长距离物料输运，易出现炉内物料卡住的异常。⑥物料为静态烧结，半成品结块，需要配备鄂破、对辊、气流磨等三级破碎设备。
发明内容
本发明转变烧结方式，采用反应颗粒物料+高温气流热源流化动态烧结的方式，开发出了一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺。
本发明是这样来实现的，一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于采用以下方法和步骤来进行物料烧结处理：
(1)将混合均匀的待反应物料整批次装填至反应仓中，准备好物料反应及流化用高温清洁热风气源；
(2)热风通入反应仓开始加热并流化待反应物料，整个过程分成四步加热流化烧结处理，第一步低温低速流化烧结，第二步高温低速流化烧结，第三步高温高速流化烧结，第四步低温高速流化烧结，高速流化阶段将细粉分离收集；
(3)抽取样品监测物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料备用，不合格的继续流化破碎直至粒度符合要求。
其中，所述物料反应及流化用高温清洁热风气源为空气、N2及惰性气体中的一种或几种。
其中，所述的第一步低温低速流化烧结，热风温度为200～650℃，风速为0.5～150m/s，烧结流化时间为1.5～3h。
其中，所述的第二步高温低速流化烧结，热风温度为650～900℃，风速为150～300m/s，烧结流化时间为1.5～3h。
其中，所述的第三步高温高速流化烧结，热风温度为900～1200℃，风速为300～400m/s，烧结流化时间为3～5h。
其中，所述的第四步低温高速流化烧结，热风温度为常温～300℃，风速为300～400m/s，烧结流化时间为0.5～1.5h。
其中，高速流化阶段分离收集的细粉Dmax≤5μm。
其中，最终成品物料的粒度分布可达到：4μm≤D50≤20μm。
其中，所述的热风温度为200～1200℃，气压为0.8～30MPa。
本发明的创新点在于热风流化反应物颗粒，在加热反应的同时完成颗粒粉碎，即上述主要步骤2，步骤2中的四个热风温度、风速和烧结流化时间是由反应物决定的，如合成钴酸锂需要热空气，温度使用400～1100℃；合成磷酸铁锂需要热氮气，温度使用300～800摄氏度。
本发明的优点是：(1)采用动态烧结方式，物料受热均匀，反应均一速度快。(2)采用热风供给高温热源，能源利用率高，能耗低。(3)采用气源使颗粒物料流化，在反应的同时实现物料细磨，无需搭配鄂破对辊精磨就可实现产物粒度的精确控制。(4)烧结过程中物料输运过程少，密封式烧结，跑冒滴漏更少。
附图说明
图1为传统隧道窑烧结工艺示意图。
图2为本发明烧结工艺示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
对比例：选取某种型号的锂电池正极材料待反应物料500Kg，烧结破碎工艺照图1进行，其流程如下：
(1)采用34m辊道窑进行烧结，辊道窑预先进行升温并保温，温度设置为低温区300～650℃，中温区650～900℃，高温区900～1100℃，推速设置为2.0～3.0m/h；采用匣锅装料，每锅4～8Kg。
(2)待物料烧结结束从炉尾出来后，将块状物料从锅中卸出，冷却至50～80℃。
(3)使用颚式破碎机和对辊对物料进行粗破碎，粗破碎物料使用气流磨进行精破碎，气流磨过程中取样监测物料粒度，合格后将物料卸出。
实施例：实施例的材料型号与对比例相同，选取三个批次物料每批次500Kg，其制备方法如图2所示：一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其步骤为：
(1)将混合均匀的待反应物料整批次装填至反应仓中，准备好物料反应及流化用高温清洁热风气源。
(2)热风通入反应仓开始加热并流化待反应物料，整个过程分成四步加热流化烧结处理，第一步低温低速流化烧结，第二步高温低速流化烧结，第三步高温高速流化烧结，第四步低温高速流化烧结，高速流化阶段将细粉分离收集；
(3)抽取样品监测物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料备用，不合格的继续流化破碎直至粒度符合要求。
实施例1：其中，所述物料反应及流化用高温清洁热风气源为空气。
其中，所述的第一步低温低速流化烧结，热风温度为400℃，风速为75m/s，烧结流化时间为2h。所述的第二步高温低速流化烧结，热风温度为700℃，风速为225m/s，烧结流化时间为2h。所述的第三步高温高速流化烧结，热风温度为980℃，风速为350m/s，烧结流化时间为4h。所述的第四步低温高速流化烧结，热风温度为150℃，风速为350m/s，烧结流化时间为1h。
实施例2：其中，所述物料反应及流化用高温清洁热风气源为空气。
其中，所述的第一步低温低速流化烧结，热风温度为500℃，风速为75m/s，烧结流化时间为2h。所述的第二步高温低速流化烧结，热风温度为800℃，风速为225m/s，烧结流化时间为2h。所述的第三步高温高速流化烧结，热风温度为1020℃，风速为350m/s，烧结流化时间为4h。所述的第四步低温高速流化烧结，热风温度为180℃，风速为350m/s，烧结流化时间为1h。
实施例3：其中，所述物料反应及流化用高温清洁热风气源为空气。
其中，所述的第一步低温低速流化烧结，热风温度为600℃，风速为75m/s，烧结流化时间为2h。所述的第二步高温低速流化烧结，热风温度为900℃，风速为225m/s，烧结流化时间为2h。所述的第三步高温高速流化烧结，热风温度为1100℃，风速为350m/s，烧结流化时间为4h。所述的第四步低温高速流化烧结，热风温度为200℃，风速为350m/s，烧结流化时间为1h。
将上述对比例与实施例的烧结工序成品各项参数指标进行对比，如表1所示：
表1对比例与实施例烧结成品参数对比
Figure BDA0002314717270000041
对比例与实施例烧结成品参数对比结果表明，依照本发明方法制成的烧结工序成品与传统方法相比，反应速率更快制程时间更短，不使用额外的破碎设备即可获得与精破碎设备同样粒度分布的物料，制程过程中跑冒滴漏更少制成率更高。

Claims (7)

1.一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于采用以下方法和步骤来进行物料烧结处理：
(1)将混合均匀的待反应物料整批次装填至反应仓中，准备好物料反应及流化用高温清洁热风气源；热风温度为200~1200℃，气压为0.8~30MPa；
(2)热风通入反应仓开始加热并流化待反应物料，整个过程分成四步加热流化烧结处理，第一步低温低速流化烧结，热风温度为200~650℃，风速为0.5~150m/s；第二步高温低速流化烧结，热风温度为650~900℃，风速为150~300m/s；第三步高温高速流化烧结，热风温度为900~1200℃，风速为300~400m/s；第四步低温高速流化烧结，热风温度为常温~300℃，风速为300~400m/s，高速流化阶段将细粉分离收集，分离收集的细粉Dmax≤5μm；
(3)抽取样品监测物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料备用，不合格的继续流化破碎直至粒度符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于：所述物料反应及流化用高温清洁热风气源为空气、N2及惰性气体中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于：所述的第一步低温低速流化烧结，烧结流化时间为1.5~3h。
4.根据权利要求1所述的一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于：所述的第二步高温低速流化烧结，烧结流化时间为1.5~3h。
5.根据权利要求1所述的一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于：所述的第三步高温高速流化烧结，烧结流化时间为3~5h。
6.根据权利要求1所述的一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于：所述的第四步低温高速流化烧结，烧结流化时间为0.5~1.5h。
7.根据权利要求1所述的一种用于锂离子正极材料制备的烧结工艺，其特征在于：最终成品物料的粒度分布可达到：4μm≤D50≤20μm。
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