CN113294995B - 回转窑 - Google Patents
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Abstract
锂离子的正极用活性物质需要在650℃～900℃左右的温度下对原料粉进行煅烧，但在原料粉被处理时存在的羟基会夺取回转炉的炉管中的Cr，从而使炉管的寿命显著地变短。具有：由在内侧具有镍层的管状不锈钢构成的炉管；使所述炉管旋转的转子；配置于所述炉管的外部的加热部，所述炉管具有：所述镍层的纯度为99％以上，所述加热部将所述炉管内从常温加热到500℃至600℃的第一加热区域；所述镍层的纯度为70％～90％，所述加热部将所述炉管内从常温加热到650℃至900℃的第二加热区域，所述炉管在羟基消失之前，于纯镍的内侧层抑制Cr的夺取、混入。
Description
技术领域
本发明涉及对锂离子电池用正极活性物质进行制造时使用的回转窑。
背景技术
锂离子电池用的正极是以镍酸锂(LiNiO2)、钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMoO2)这样的含锂氧化物粉末作为活性物质，并且与导电性石墨和结着剂一起制作而成。
这些活性物质可以通过混合原材料并进行热煅烧而得到。在该热煅烧中，由于目标活性物质是氧化物，因此能在大气中进行热煅烧。因此，大多使用能连续地进行热处理的回转窑。
回转窑由在称为蒸馏甑的内部设置有螺旋状的隔板的金属制的呈筒状的处理部、设置于蒸馏甑的周围的加热部以及使蒸馏甑旋转的转子等。在蒸馏甑的内部设置有螺旋状的分隔部。从蒸馏甑的一端投入的原材料通过以蒸馏甑的轴心为旋转中心的旋转，一边在螺旋状的分隔部中前进一边从另一端排出。在此期间，通过设置于蒸馏甑外表面的加热部进行加热、煅烧。
在通过煅烧来生成活性物质的过程中，虽说是由粉体引起的反应，但是由于是在高温下的反应，因此，各元素成为容易反应的状态。因此，有时将构成蒸馏甑的元素作为杂质而取入。从耐热、耐候性的观点出发，蒸馏甑大多使用不锈钢材料，但是不锈钢中的Cr等作为活性物质的杂质的代表。
因此，为了避免在生成活性物质的过程中混入Cr这样的杂质，公开了一种回转窑，该回转窑由金属制的外管和内管构成，其中，所述外管具有由纯镍构成的内周层，所述内管由陶瓷形成(专利文献1)。通过将蒸馏甑设为上述这样的结构，以避免Cr等杂质混入到处理粉中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-181884号公报
发明内容
活性物质的原料粉将不锈钢的Cr作为杂质吸收进来，当从蒸馏甑一侧观察时，作为不锈钢的构成元素的Cr被夺取。若成为这样的状态，则不仅丧失不锈钢所具有的腐蚀性这样的特征，而且作为原材料自身也变得脆弱。即，作为蒸馏甑的寿命变短。
针对这一点，通过在蒸馏甑的内表面施加纯镍层，能够抑制从不锈钢夺取Cr。但是，纯镍在成为600℃以上的温度时会氧化，抑制从不锈钢的脱铬现象的效果会消失。但是，在用于生成活性物质的热处理中，需要进行650℃至900℃以上的升温处理。
即，虽然能够通过纯镍的内层抑制Cr从不锈钢的脱落，但在需要活性物质的温度区域中，存在纯镍被氧化而无法抑制Cr从不锈钢的脱落的技术问题。
本发明是鉴于技术上述问题而想到的，提供一种生成锂离子电池的正极活性物质的回转窑，抑制由活性物质的原料导致的蒸馏甑的损伤，且寿命长。尤其，由于从蒸馏甑夺取Cr是由于活性物质的原料在反应中产生的LiOH的OH基(羟基)导致的，因此，提供一种回转窑，能够首先，在镍纯度高的环境下低温煅烧，并且使OH基蒸发。然后，接着，在镍纯度低的环境下进行高温煅烧。
更具体地，本发明提供一种回转窑，具有：蒸馏甑，所述蒸馏甑由在内侧具有镍层的管状不锈钢构成；转子，所述转子使所述蒸馏甑旋转；以及加热部，所述加热部配置于所述蒸馏甑的外部，其特征是，所述蒸馏甑具有第一加热区域和第二加热区域，在所述第一加热区域中，所述镍层的纯度为99％以上，所述加热部将所述蒸馏甑内从常温加热到500℃至600℃，在所述第二加热区域中，所述镍层的纯度为70％～90％，所述加热部将所述蒸馏甑内从常温加热到650℃至900℃。
本发明的回转窑将蒸馏甑分成第一加热区域和第二加热区域这两个阶段，在第一加热区域中，在镍层的纯度高的内侧层内进行低温处理，使OH基蒸发，在第二加热区域中，在镍层的纯度低的内侧层内进行高温处理。
因此，能抑制不锈钢制的蒸馏甑的Cr被夺取(能抑制对在原料粉中混入Cr这样的杂质)，并且也能防止高温处理中的镍层的劣化。
附图说明
图1是示出本发明的回转窑的结构的图。
图2的蒸馏甑的详细图。
符号说明
1回转窑
10蒸馏甑
10a主体
10ba第一镍层
10bb第二镍层
10c隔板
10i输入侧
10o输出侧
10x转轴
11支承辊
12转子
14第一加热器
16第一温度计
18第二加热器
20第二温度计
22控制器
24加料斗
26带式传送机
30第一加热区域
32第二加热区域
MP原料粉
FP完成粉(活性物质)。
具体实施方式
以下，在附图和实施例中表示本发明的回转窑并进行说明。另外，以下的说明对本发明的一个实施方式和一个实施例进行例示，本发明不限定于以下的说明。以下的说明能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行改变。
图1示出本发明的回转窑的结构。回转窑1由蒸馏甑10、转子12、第一加热器14、第一温度计16、第二加热器18、第二温度计20和控制器22构成。另外，也可以具有投入原料粉MP的加料斗24、使完成粉(活性物质)FP移动的带式传送机26。
在蒸馏甑10中，将供第一加热器14配置的部分称为第一加热区域30，将供第二加热器18配置的部分称为第二加热区域32。
图2示出蒸馏甑10的详细图。将蒸馏甑10的一端称为输入侧10i，将另一端称为输出侧10o。从输入侧10i向输出侧10o称为“后方”，相反，则称为“前方”。
在蒸馏甑10的金属制的主体10a的内表面施加有镍层。将第一加热区域30的镍层称为第一镍层10ba，将第二加热区域32的镍层称为第二镍层10bb。在此，第一镍层10ba的镍纯度为99％以上，第二镍层10bb的镍纯度为70％～90％。
第二镍层10bb的镍以外的元素没有特别地限定，但是优选从Cr、Mo、Fe、Co、Cu等中适当地选择。
在蒸馏甑10的内部设置有螺旋状的隔板10c(以后简单地称为隔板“10c”)。
第一加热器14和第二加热器18配置成至少能够加热蒸馏甑10。另外，第一加热器14具有能将蒸馏甑10的内部从常温加热到500℃至600℃的能力，第二加热器18具有能将蒸馏甑10内从常温加热到650℃至900℃的能力。当然，也可以具有更高的加热能力。
再次参照图1。蒸馏甑10载置在配置于转子12的、能旋转的支承辊11上。通过使该支承辊11旋转，转子12能使蒸馏甑10绕旋转轴10x旋转。
第一温度计16和第二温度计20分别对第一加热区域30和第二加热区域32内的温度进行测量。控制器22接收来自第一温度计16和第二温度计20的信号，并且向第一加热器14和第二加热器18发送升温或者降温的指示信号。另外，为了对原料粉MP的插入量进行控制，控制器22也可以向加料斗24发送指示信号。另外，为了对蒸馏甑10的旋转进行控制，控制器22也可以向转子12发送指示信号。
对具有以上结构的回转窑1的动作进行说明。蒸馏甑10内的第一加热区域30和第二加热区域32通过控制器22分别被调节为规定的温度。另外，控制器22使蒸馏甑10以规定的转速旋转。
混合有用于完成粉(活性物质)FP所需的原料的原料粉MP从加料斗24被投入到蒸馏甑10的输入侧10i。投入到蒸馏甑10内的原料粉MP积存于蒸馏甑10的下部。接着，当蒸馏甑10旋转时，通过螺旋状的隔板10c一边进行搅拌一边依次向蒸馏甑10的后方输送。这样，原料粉MP一边被搅拌一边被加热。
在第一加热区域30中，通过第一加热器14将煅烧温度维持在500℃至600℃的温度。投入的原料粉MP在该第一加热区域30中进行第一阶段的煅烧处理。在该第一阶段的煅烧处理中，原料粉MP中的氢氧化锂(LiOH)羟基脱离变成水分而排出。因此，在到达第一加热区域30的后端附近时，原料粉MP中的羟基几乎消失。
另外，在第一加热区域30中，由于蒸馏甑10的内侧形成纯度为99％以上的镍层，因此，构成蒸馏甑10的Cr不会因原料粉MP中产生的羟基而被原料粉MP夺取。因此，原料粉MP不会混入Cr等杂质，而且，蒸馏甑10自身也不会劣化。
接着，原料粉MP被送到第二加热区域32，并且接受第二阶段的煅烧处理。第二加热区域32维持在650℃～900℃的温度。第二阶段的煅烧处理接受比第一加热区域30更高的温度(650℃～900℃)下的煅烧处理。在第二阶段的热处理中，对原料粉MP中的Li与Co、Ni、Mn之类的元素结合的氧化物进行烧制。这是完成粉(活性物质)FP，是预定的活性物质。
在第二加热区域32中，蒸馏甑10内侧由纯度为70％～90％的镍层构成。纯镍(纯度99％以上的镍也可以称为“纯镍”)在600℃以上的温度下与氧结合变成氧化镍层而劣化，但纯度为70％～90％，含有从Cr、Mo、Fe、Co、Cu等中适当地选择的金属的物质即使在650℃～900℃的温度下也不会劣化。
而且，在第二加热区域32中，原料粉MP中的羟基已经脱离，因此，蒸馏甑构成元素不会作为杂质从蒸馏甑10内侧的纯度为70％～90％的镍层和蒸馏甑10向原料粉MP移动。
如上所述，根据本发明的回转窑1，蒸馏甑10的构成元素不会作为杂质混入到原料粉MP中，而且，蒸馏甑10内的镍层也不会劣化。
本发明的回转窑能够很好地用于锂离子电池的正极用活性物质的制造。
Claims (1)
1.一种回转窑，其特征在于，具有：
蒸馏甑，所述蒸馏甑由在内侧具有镍层的管状不锈钢构成；
转子，所述转子使所述蒸馏甑旋转；以及
加热部，所述加热部配置于所述蒸馏甑的外部，
所述蒸馏甑具有第一加热区域和第二加热区域，
在所述第一加热区域中，所述镍层的纯度为99％以上，所述加热部将所述蒸馏甑内从常温加热到500℃至600℃，
在所述第二加热区域中，所述镍层的纯度为70％～90％，所述加热部将所述蒸馏甑内从常温加热到650℃至900℃，
在所述蒸馏甑的内部设置有螺旋状的隔板，
还包括控制器，所述控制器用于对所述第一加热区域和所述第二加热区域的温度以及所述转子的转速进行调节。
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