CN202373655U - 转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备 - Google Patents

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段钰锋
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贺兆书
李俊峰
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Abstract

一种转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备，由给料器、流化床混合装置、气固沉降气固分离组件、烟气管、转炉、燃烧器、下料管、电机以及颗粒冷却器组成；流化床混合装置下端外侧设置带有进料口的螺旋式给料器，流化床混合装置上端连接气固沉降气固分离组件，固沉降气固分离组件经过烟气管和下料管连通由电机驱动的转炉的一端，转炉的另一端与燃烧器和颗粒冷却器连接，颗粒冷却器设置出料口和冷却器进气口，颗粒冷却器的出气口连于燃烧器，燃烧器设置有燃烧器燃料进口，流化床混合装置底部设置流化床进气口，气固沉降气固分离组件设置气固分离组件出气口。本实用新型通过生产设备解决原有设备自动化程度低、无法实现连续生产的缺陷，实现高效、低能耗并连续生产锂电池正极或负极材料的生产。

Description

转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备
技术领域
本实用新型涉及一种锂电池正极或负极材料的生产设备，尤其是一种转炉式连续生产锂电池正极或负极材料的生产设备。
背景技术
锂电池是一种高效的电池，广泛运用于手机、笔记本电脑、电台等移动电子通信设备和电动汽车电池中。目前较为成熟的锂电池正极或负极极材料生产制备方法是固相合成法，其主要特点是工艺流程简单，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。固相合成法作为一种重要的锂电池正极或负极材料的生产方法，通常是将混合后的固体原料放入电阻式坩埚中高温持续加热，该生产过程不连续，生产规模小，能耗高，原料颗粒接触和受热不均匀影响产品性能。因此，有必要对生产工艺进行改进，提高产品性能和生产规模，减少生产能耗，降低生产成本。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备，解决原有设备自动化程度低、无法实现连续生产的缺陷，实现高效、低能耗并连续生产锂电池正极或负极材料的生产。
本实用新型的目的是以如下方式实现的：该转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备，由给料器、流化床混合装置、气固沉降气固分离组件、烟气管、转炉、燃烧器、下料管、电机以及颗粒冷却器组成，流化床混合装置下端外侧设置带有进料口的螺旋式给料器，流化床混合装置上端连接气固沉降气固分离组件，固沉降气固分离组件经过烟气管和下料管连通由电机驱动的转炉的一端，转炉的另一端与燃烧器和颗粒冷却器连接，颗粒冷却器设置出料口和冷却器进气口，颗粒冷却器的出气口连于燃烧器，燃烧器设置有燃烧器燃料进口，流化床混合装置底部设置流化床进气口，气固沉降气固分离组件设置气固分离组件出气口。
气固沉降气固分离组件由第一气固分离器、第二气固分离器、第三气固分离器嵌接而成。
锂电池正极或负极制备原料通过给料器进料口连续进入流化床混合装置；在流化床混合装置底端流化床进气口通入空气，锂电池正极或负极制备原料充分混合，并被空气夹带至气固沉降气固分离组件；在气固沉降气固分离组件中，锂电池正极或负极制备原料与空气发生分离，空气从气固分离组件出气口逸出，锂电池正极或负极制备原料捕集落入下料管；落入下料管中的锂电池正极或负极制备原料进入转炉；在转炉中，锂电池正极或负极制备原料在500-900℃的温度下，反应生成锂电池正极或负极极材料生成的锂电池正极或负极材料进入颗粒冷却器，并通过颗粒冷却器出口排出；颗粒冷却器采用表面式空气冷却方式，空气从冷却器进气口流入，并从颗粒冷却器的出气口进入燃烧器；来自颗粒冷却器的空气与通过燃烧器燃料进口进入燃烧器的燃料燃烧，产生的高温烟气进入转炉，维持转炉的工作温度分布；离开转炉的烟气通过烟气管进入气固沉降气固分离组件，烟气中夹带的固体颗粒以及来自流化床混合装置的固体颗粒在气固沉降气固分离组件中捕集，落入下料管，气体通过气固分离组件出气口逸出。锂电池正极制备原料的颗粒粒径是0.1-100μm。通入流化床混合装置的空气不参与生成锂电池正极或负极材料的反应。转炉的温度由来自燃烧器的烟气维持，在转炉中烟气流向与锂电池正极或负极材料运动方向相反。转炉呈倾斜放置，转炉在锂电池正极或负极制备原料进口端的垂直高度高于转炉在锂电池正极或负极材料出口段的垂直高度。气固沉降气固分离组件由第一气固分离器、第二气固分离器、第三气固分离器嵌接而成，来自转炉的高温烟气经过烟气管进入第三气固分离器，同时将来自第二气固分离器的固体颗粒夹带、预热和分离进入下料管，再进入转炉；第三气固分离器上行烟气进入第二气固分离器，同时将来自第一气固分离器的固体颗粒夹带、预热和分离进入第二气固分离器；第二气固分离器上行烟气与来自流化床混合装置的气流混合后进入第一气固分离器。
本实用新型通过生产设备解决原有设备自动化程度低、无法实现连续生产的缺陷，实现高效、低能耗并连续生产锂电池正极或负极材料的生产，具有以下优点：
（1）在锂电池正极或负极材料制备的混合阶段，本实用新型能够实现正极或负极制备材料的连续高效混合。传统的混合技术采用球磨机混合，球磨机需要电机驱动，由于球磨机内有较大较重的滚球，导致耗电量大，同时，球磨机混合的颗粒均匀性较差。本实用新型利用流化床较好的颗粒混合能力，流化床只需一台引风机送风，能耗小，颗粒混合更为均匀。
（2）在锂电池正极或负极材料制备阶段，本实用新型能够实现锂电池正极或负极材料的连续大规模生产。传统的工艺流程是将混合好的锂电池正极或负极原料手工分装加入单个坩埚中，然后放入板式电炉经预热、反应和冷却后，手工取出。整个工艺流程自动化程度低，严重依赖人力资源，无法满足大规模生产的需要。本实用新型利用转炉，锂电池正极或负极材料从回转窑进口到出口经过预热和反应阶段实现正极材料的制备，生成的正极或负极材料进入颗粒冷却器冷却后即可包装。整个工艺流程连续，可以实现自动控制。
（3）在传统的工艺流程中，采用了电加热来维持反应所需温度。本实用新型采用燃烧器直接燃烧天然气、化学合成气或尾气、煤制气、油及气体液体燃料、煤等来源广泛的化石燃料，利用燃烧后的高温烟气加热转炉，维持反应温度。化石燃料为一次能源，电能是二次能源，与直接电加热相比，采用化石燃料更为经济，具有明显的节能效果。此外，本实用新型利用产品出料余热预热燃烧空气，利用加温烟气余热预热原料，进一步提高了能源利用率。
（4）在传统的工艺流程中，正极或负极原料在坩埚中加热，固体颗粒之间相对静止，坩埚中原料的温度场分布不均与，造成产品的成品率相对较低。而采用转炉式反应工艺，固体原料颗粒随着转炉转动时相互掺杂混合，固体颗粒之间温度分布均匀，反应成品率高。
（5）在传统的工艺流程中，锂电池正极或负极原料经过机械混合、电炉预热、电炉加热维持温度、冷却等过程，设备占地面积达，而本实用新型采用流化床混合、转炉式烧结和水冷等工艺，设备紧凑，占地面积小。
附图说明
图1为本实用新型一种设备的结构示意图。
图2为本实用新型另一种设备的结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，该转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备由给料器1、流化床混合装置2、气固沉降气固分离组件3、烟气管4、转炉5、燃烧器6、下料管7、电机8以及颗粒冷却器9组成，流化床混合装置2下端外侧设置带有进料口A的螺旋式给料器1，流化床混合装置2上端连接气固沉降气固分离组件3，固沉降气固分离组件3经过烟气管4和下料管7连通由电机8驱动的转炉5的一端，转炉5的另一端与燃烧器6和颗粒冷却器9连接，颗粒冷却器9设置出料口F和冷却器进气口D，颗粒冷却器9的出气口连于燃烧器6，燃烧器6设置有燃烧器燃料进口E，流化床混合装置2底部设置流化床进气口B，气固沉降气固分离组件3设置气固分离组件出气口C。
气固沉降气固分离组件3由第一气固分离器3-1、第二气固分离器3-2、第三气固分离器3-3嵌接而成。
流化床混合装置2下端外侧的给料器1为一个或两个，也可以为3个或3个以上，根据需要而定。图1示出的是一个给料器1的情况；图2示出的是两个给料器1－1、1－2对称布置的情况。

Claims (3)

1.一种转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备，其特征在于：由给料器（1）、流化床混合装置（2）、气固沉降气固分离组件（3）、烟气管（4）、转炉（5）、燃烧器（6）、下料管（7）、电机（8）以及颗粒冷却器（9）组成，流化床混合装置（2）下端外侧设置带有进料口（A）的螺旋式给料器（1），流化床混合装置（2）上端连接气固沉降气固分离组件（3），固沉降气固分离组件（3）经过烟气管（4）和下料管（7）连通由电机（8）驱动的转炉（5）的一端，转炉（5）的另一端与燃烧器（6）和颗粒冷却器（9）连接，颗粒冷却器（9）设置出料口（F）和冷却器进气口（D），颗粒冷却器（9）的出气口连于燃烧器（6），燃烧器（6）设置有燃烧器燃料进口（E），流化床混合装置（2）底部设置流化床进气口（B），气固沉降气固分离组件（3）设置气固分离组件出气口（C）。
2.根据权利要求1所述的转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备，其特征在于：气固沉降气固分离组件（3）由第一气固分离器（3-1）、第二气固分离器（3-2）、第三气固分离器（3-3）嵌接而成。
3.根据权利要求1所述的转炉式锂电池正极或负极材料的生产设备，其特征在于：流化床混合装置（2）下端外侧的给料器（1）为一个或两个。
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