CN219328323U - 一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置包括氧气输送主管，氧气输送主管上设置有第一缓冲罐，氧气输送主管上设置有煅烧炉的进气端，煅烧炉上连通有第一换热器的热源通道，第一换热器的热源通道上连通有气液分离罐，气液分离罐上连通有第一废气输送管路，第一废气输送管路上设置有第一气体过滤器、气体增压机组以及冻干机的进气端，冻干机上连通有吸附净化装置，吸附净化装置包括分子筛吸附罐，分子筛吸附罐和冻干机相连通，分子筛吸附罐和第一缓冲罐通过第一回收氧气管相连通。充分利用煅烧炉排出的废气进行净化处理从而降低新制取氧气输送量。本实用新型调节、使用方便，具有广泛的市场前景。

Description

一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置

技术领域

本实用新型涉及锂电池正极材料生产过程中的氧气供给领域，具体涉及一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置。

背景技术

目前商用化的锂离子电池正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等。但这些正极材料对应的放电电压平台均不高，难于满足动力系统高能量密度的要求。在锰酸锂基础上掺杂镍的镍锰酸锂(LiNi_0.5 Mn_1.5O₄)具有4.7V放电平台、较高的放电比容量、良好的循环性能和较高的能量密度，作为动力电池和储能电池的正极材料有较大的优势。目前，合成LiNi_0.5 Mn_1.5O₄的常见方法有微波法、共沉淀法、溶胶凝胶法、燃烧法、固相法。由于固相法工艺简单，调节容易控制，易于实际应用的特点。出于经济及效益方面的考虑，市场上仍然存在以(CH₃COO)₂·4H₂O、Mn(CH₃COO)₂·4H₂O和Li₂CO₃为原料采用固相法合成锂离子正极材料的方法。上述方法的具体工艺是这样实施的：首先，以(CH₃COO)₂·4H₂O、Mn(CH₃COO)₂·4H₂O为原料，分别在400℃、500℃分解3h、7h得到镍锰符合氧化物前驱体；然后，再与锂源Li₂CO₃混匀，在800℃煅烧12h以促其结晶化；最后，于600℃退火24h得到LiNi_0.5 Mn_1.5O₄正极材料。

其中与锂源Li₂CO₃混匀，在800℃煅烧12h以促其结晶化的步骤以及于600℃退火24h得到LiNi_0.5 Mn_1.5O₄的步骤均是在煅烧炉中进行。温度高于554℃时部分Mn⁴⁺会被还原成Mn³⁺，在此过程中容易生产杂质Li_ZNi_1-ZO，而降低Li_ZNi_1-ZO产生的方法即为在600℃退火24h得到LiNi_0.5 Mn_1.5O₄的过程中持续向煅烧炉输送氧气，使得退火在氧气氛围中进行。从煅烧炉向外排放的废气中含氧量位于80％至90％，另外还含有大量的以气态形式存在的水蒸气以及少量的二氧化碳并且携带有部分粉尘微粒，如果将煅烧炉向外排放的废气直接排空无疑是巨大的浪费；但是由于在LiNi_0.5 Mn_1.5O₄在煅烧炉中的退火过程是需要持续输送氧气进而确保退火过程在氧气氛围下进行；利用新制出的氧气来提供退火过程在氧气氛围无疑需求量是巨大的，如若持续输送新制出的氧气对煅烧炉进行氧气氛围的供给，无疑会增加巨大的生产成本，使得产品难以具备市场优势。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种能够充分利用煅烧炉排出的废气进行净化处理从而降低新制取氧气输送量的锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，用于克服现有技术中缺陷。

本实用新型采用的技术方案为：一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，包括氧气输送主管，氧气输送主管上设置有缓冲罐，氧气输送主管的出口端上设置有煅烧炉的进气端，煅烧炉的出气端上连通有第一换热器的热源通道，第一换热器的热源通道上连通有气液分离罐的进气端，所述的气液分离罐的出气端上连通有第一废气输送管路，第一废气输送管路沿着靠近所述的气液分离罐至远离所述的气液分离罐的方向上依次设置有第一气体过滤器、气体增压机组以及冻干机的进气端，冻干机的出气端上连通有吸附净化装置，所述的吸附净化装置包括分子筛吸附罐，分子筛吸附罐的进口端和冻干机的出气端相连通，分子筛吸附罐的出口端和缓冲罐的进气端通过第一回收氧气管相连通。

优选的，所述的吸附净化装置的分子筛吸附罐的数量至少采用两个，每个分子筛吸附罐的进口端与冻干机的出气端均分别通过第一净化输送管相连通，每个分子筛吸附罐的出口端和第一回收氧气管之间均分别通过第二净化输送管相连通；所述的吸附净化装置还包括氮气吹扫管路以及脱附气排放管路，每个分子筛吸附罐的出口端与氮气吹扫管路之间均分别通过第一脱附气输送管相连通，每个分子筛吸附罐的进口端和脱附气排放管路之间均分别通过第二脱附气输送管相连通，若干个第一脱附气输送管与第一回收氧气管之间通过氧气吹扫管路相连通。

优选的，所述的气体增压机组和冻干机之间的第一废气输送管路上设置有第二换热器的热源通道，所述的第二换热器冷源通道的进口端和第一回收氧气管的出口端相连通，缓冲罐远离煅烧炉一侧的氧气输送主管上设置有自立式调节阀，自立式调节阀与缓冲罐之间的氧气输送主管和第二换热器冷源通道的出口端之间通过第二回收氧气管相连通，第二回收氧气管上设置有第一单向阀。

优选的，所述的缓冲罐和煅烧炉之间的氧气输送主管上设置有第二空气过滤器。

优选的，所述的第一净化输送管、第二净化输送管、第一脱附气输送管以及第二脱附气输送管上均分别设置有第一截止阀，所述的第一回收氧气管以及脱附气排放管路均分别设置有在线色谱仪，第一回收氧气管的出口端与氧气吹扫管路之间的第一回收氧气管上以及氧气吹扫管路上均分别设置有第一调节阀。

优选的，所述的氮气吹扫管路沿着氮气吹扫管路进口端至氮气吹扫管路出口端的方向上依次设置有电加热器、第一温度传感器和第二单向阀。

优选的，所述的第二换热器与冻干机之间的第一废气输送管路上设置有第二温度传感器，分子筛吸附罐的进口端和冻干机的出气端之间通过第二废气输送管路相连通，第二废气输送管路上设置有第三温度传感器。

本实用新型有益效果是：

首先，本实用新型通过利用第一换热器对经过煅烧炉的废气进行降温第一次除去水分并经过所述的气液分离罐进行气液分离，在经过第一气体过滤器过滤由煅烧炉产生的并同废气一同输送的固体颗粒物；再经过冻干机进行冷却至分子筛吸附罐需求的吸附温度后经分子筛吸附罐吸附形成再生氧气重新输送给煅烧炉进行使用，降低了新制取氧气的输送量，从而降低了生产成本，具备广泛的市场推广价值。

其次，本实用新型所述的气液分离罐包括分离罐罐体、分离罐罐体内设置的丝网聚结器以及丝网聚结器下方的分离罐罐体上设置的液位传感器，安装液位传感器便于反馈分离罐罐体内的液位高度。

最后，本实用新型所述的分离罐罐体包括气液分离罐的进气端、气液分离罐的出气端和气液分离罐的排液端，所述的气液分离罐的出气端位于丝网聚结器上方的分离罐罐体上，所述的气液分离罐的排液端位于分离罐罐体的底端上，所述的气液分离罐的进气端位于分离罐罐体的底端与丝网聚结器之间的分离罐罐体上。含液废气经所述的气液分离罐的进气端进入到分离罐罐体在分离罐罐体内腔中反弹并通过丝网聚结器进行水汽的富集形成液体回流至分离罐罐体内腔底部。分离罐罐体的排液端上设置有排水管，排水管上设置有排水阀。安装排水管以及排水阀便于对分离罐罐体暂存的液体进行排放。

本实用新型具有结构简单，操作方便，设计巧妙，大大提高了工作效率，具有很好的社会和经济效益，是易于推广使用的产品。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1细节A的局部放大示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，包括氧气输送主管1，氧气输送主管1上设置有第一缓冲罐2，氧气输送主管1的出口端上设置有煅烧炉3的进气端，煅烧炉3的出气端上连通有第一换热器4的热源通道，第一换热器4的热源通道上连通有气液分离罐的进气端，所述的气液分离罐包括分离罐罐体5、分离罐罐体5内设置的丝网聚结器33以及丝网聚结器33下方的分离罐罐体5上设置的液位传感器34，所述的分离罐罐体5包括气液分离罐的进气端、气液分离罐的出气端和气液分离罐的排液端，所述的气液分离罐的出气端位于丝网聚结器33上方的分离罐罐体5上，所述的气液分离罐的排液端位于分离罐罐体5的底端上，所述的气液分离罐的进气端位于分离罐罐体5的底端与丝网聚结器33之间的分离罐罐体5上。分离罐罐体5的排液端上设置有排水管35，排水管35上设置有排水阀36。

所述的气液分离罐的出气端上连通有第一废气输送管路6，第一废气输送管路6沿着靠近所述的气液分离罐至远离所述的气液分离罐的方向上依次设置有第一气体过滤器7、气体增压机组8以及冻干机9的进气端，安装第一气体过滤器7后便于过滤从煅烧炉3排放的废气中携带的颗粒物杂质，进而保护气体增压机组8；冻干机9的出气端上连通有吸附净化装置，所述的吸附净化装置包括分子筛吸附罐10，分子筛吸附罐10包括吸附罐罐体以及吸附罐罐体内设置的分子筛层，含有微量水分、二氧化碳等杂质的氧气经过所述的分子筛层的吸附后，所述的杂质被分子筛层吸附以达到净化氧气的技术目的；分子筛吸附罐10的进口端和冻干机9的出气端相连通，分子筛吸附罐10的出口端和第一缓冲罐2的进气端通过第一回收氧气管11相连通。

所述的吸附净化装置的分子筛吸附罐10的数量至少采用两个，进而确保至少有一个所述的分子筛吸附罐10能够处于工作状态，保障所述的吸附净化装置工作的连续性；每个分子筛吸附罐10的进口端与冻干机9的出气端均分别通过第一净化输送管12相连通，每个分子筛吸附罐10的出口端和第一回收氧气管11之间均分别通过第二净化输送管13相连通；所述的吸附净化装置还包括氮气吹扫管路14以及脱附气排放管路15，每个分子筛吸附罐10的出口端与氮气吹扫管路14之间均分别通过第一脱附气输送管16相连通，每个分子筛吸附罐10的进口端和脱附气排放管路15之间均分别通过第二脱附气输送管17相连通，若干个第一脱附气输送管16与第一回收氧气管11之间通过氧气吹扫管路18相连通。

所述的气体增压机组8和冻干机9之间的第一废气输送管路6上设置有第二换热器19的热源通道，所述的第二换热器19冷源通道的进口端和第一回收氧气管11的出口端相连通，所述的第二换热器19与冻干机9之间的第一废气输送管路6上设置有第二温度传感器30，安装第二温度传感器30便于反馈进入到冻干机9含杂质氧气的温度参数；分子筛吸附罐10的进口端和冻干机9的出气端之间通过第二废气输送管路31相连通，第二废气输送管路31上设置有第三温度传感器32，安装第三温度传感器32便于反馈经过冻干机9冷却后的含杂质氧气的温度参数。由于经处于工作状态下的分子筛吸附罐10吸附后的形成的再生氧气作为第二换热器19冷源通道的冷源持续输送，冻干机9的功率则可以根据第二温度传感器30反馈的温度参数来调整冻干机9的功率进而满足第三温度传感器32预设的温度参数范围，进而便于输送给工作状态下的分子筛吸附罐10进行吸附除去气相杂质形成再生氧气。

第一缓冲罐2远离煅烧炉3一侧的氧气输送主管1上设置有自立式调节阀20。自立式调节阀20的调节阀本体和取压管，所述的调节阀本体与第一缓冲罐2之间的氧气输送主管1和所述的取压管相连通，自立式调节阀20与氧气输送主管1进口端之间的氧气输送主管1上设置有第二截止阀38，第二截止阀38与自立式调节阀20之间的氧气输送主管1上设置有第二缓冲罐39，第二缓冲罐39以及第一缓冲罐2上均分别设置有压力传感器40，安装压力传感器40便于反馈第一缓冲罐2内的压力参数。第二缓冲罐39与自立式调节阀20之间的氧气输送主管1以及自立式调节阀20与第一缓冲罐2之间的氧气输送主管1通过氧气输送支管37相连通，氧气输送支管37上设置有第二调节阀41。自立式调节阀20与第一缓冲罐2之间的氧气输送主管1和第二换热器19冷源通道的出口端之间通过第二回收氧气管21相连通，第二回收氧气管21上设置有第一单向阀22。

所述的第一缓冲罐2和煅烧炉3之间的氧气输送主管1上设置有第二空气过滤器23。安装第二空气过滤器23进而降低进入所述的煅烧炉3内腔的氧气中含有的颗粒物浓度。第二空气过滤器23和第一缓冲罐2之间的氧气输送主管1上设置有第三调节阀42；所述的第一净化输送管12、第二净化输送管13、第一脱附气输送管16以及第二脱附气输送管17上均分别设置有第一截止阀24，所述的第一回收氧气管11以及脱附气排放管路15均分别设置有在线色谱仪25，在线色谱仪25便于反馈气体成分；第一回收氧气管11的出口端与氧气吹扫管路18之间的第一回收氧气管11上以及氧气吹扫管路18上均分别设置有第一调节阀26。

所述的氮气吹扫管路14沿着氮气吹扫管路14进口端至氮气吹扫管路14出口端的方向上依次设置有电加热器27、第一温度传感器28和第二单向阀29。安装电加热器27便于对通过氮气吹扫管路14进行输送的氮气进行加热；安装第一温度传感器28便于对经电加热器27加热后的氮气进行温度反馈。

本产品使用方法如下：如图1和图2所示，首先，在煅烧炉3准备开始在氧气氛围以600℃持续退火24h得到LiNi_0.5 Mn_1.5O₄的步骤之前，应当先完成本系统的开车准备阶段，具体步骤如下：首先，打开第二截止阀38，此时供氧装置通过氧气输送主管1向第二缓冲罐39内输送纯氧气，至第二缓冲罐39上安装的压力传感器40到预设压力。然后，打开第二调节阀41，此时第二缓冲罐39向第一缓冲罐2内持续提供氧气，至第一缓冲罐2上安装的压力传感器40到预设压力后关闭第二调节阀41，即完成了步骤开始之前的准备。

当煅烧炉3需要进行在氧气氛围以600℃持续退火24h的步骤时，打开第三调节阀42，此时第一缓冲罐2内储存的氧气持续向煅烧炉3内供应而后排出形成废气，废气送入第一换热器4的热源通道和第一换热器4冷源通道内持续输送的以循环水作为冷源的介质换热，所述的废气通过第一换热器4的热源通道后含有的水蒸气部分被液化形成气液混合物送入所述的分离罐罐体5内经丝网聚结器33进行气液分离，在气液分离的过程中以液态形式混在废气中的水雾在丝网聚结器33上富集形成液滴沿着分离罐罐体5持续下行至分离罐罐体5底部，与此同时液体会吸附一部分固体颗粒物随着液滴一并下行；经丝网聚结器33分离后的废气送入第一废气输送管路6经第一气体过滤器7过滤剩余携带的固体颗粒物；在经过气体增压机组8增压后送入第二换热器19的热源通道而后送入冻干机9进行降温，降温后形成的液相介质从冻干机9的液相出口排出。剩余的废气则进入第二废气输送管路31进入处于工作状态下的分子筛吸附罐10进行杂质气体的吸附，所述的杂质气体包括水蒸气以及二氧化碳，形成再生氧气。所述的再生氧气经第一回收氧气管11送入第二换热器19的冷源通道对持续输送到第二换热器19热源通道的废气进行换热，而后经第二回收氧气管21送回第一缓冲罐2内形成循环。在循环过程中，由于管路较长管道内以及相应的设备中仍然可能存在焊渣等固体颗粒，这部分固体颗粒则经第二空气过滤器23过滤后再次送入煅烧炉3内，以提供煅烧炉3内的氧气氛围，避免因为颗粒物的混入影响LiNi_0.5 Mn_1.5O₄的退火工艺。

在此过程中，所述的第一缓冲罐2的压力下降至自立式调节阀20预设的开启压力后，自立式调节阀20开启，此时，第二缓冲罐39则继续向第一缓冲罐2继续送气，以维持第一缓冲罐2内的压力。

当第一回收氧气管11上安装的在线色谱仪25到达预设范围后，则应及时启动备用分子筛吸附罐10的切换具体步骤如下：关闭正在使用的分子筛吸附罐10上相应连通的第一净化输送管12上的第一截止阀24以及正在使用的分子筛吸附罐10上相应连通的第二净化输送管13上的第一截止阀24；同时打开备用的分子筛吸附罐10上相应连通的第一净化输送管12上的第一截止阀24以及备用的分子筛吸附罐10上相应连通的第二净化输送管13上的第一截止阀24。此时，原处于工作状态下的分子筛吸附罐10处于待脱附状态，原处于备用状态下的分子筛吸附罐10处于工作状态。

而后应当即使进行待脱附状态下的分子筛吸附罐10的脱附工艺，具体流程如下：首先，打开待脱附状态下的分子筛吸附罐10相应的第一脱附气输送管16上的第一截止阀24以及待脱附状态下的分子筛吸附罐10相应的第二脱附气输送管17上的第一截止阀24以及氮气吹扫管路14上的电加热器27。然后，向氮气吹扫管路14的进口端持续提供氮气，氮气经过第一温度传感器28反馈温度后持续送入待脱附分子筛吸附罐10内进行加热脱附，脱附气通过脱附气排放管路15持续排空，期间经过脱附气排放管路15上的在线色谱仪25持续反馈脱附气的气体组分，当在线色谱仪25反馈的值到达预设范围后，停止向氮气吹扫管路14继续提供氮气，并关闭电加热器27，此时，待脱附状态下的分子筛吸附罐10转化成待置换状态下的分子筛吸附罐10。最后，通过打开氧气吹扫管路18上的第一调节阀26此时通过处于工作状态下分子筛吸附罐10吸附后形成在再生氧气分为两部分，其中一部分继续沿着第一回收氧气管11持续输送给第二换热器19的冷源通道；另外一部分则通过氧气吹扫管路18输送至待置换状态下的分子筛吸附罐10进行持续置换，置换后的气体仍然通过脱附气排放管路15进行排空，期间经脱附气排放管路15上安装的在线色谱仪25持续进行置换气的组分参数反馈，当置换气到达预设组分参数后，待置换状态下的分子筛吸附罐10转化成备用状态下的分子筛吸附罐10；而后关闭从新转化成成备用状态下的分子筛吸附罐10相应的第一脱附气输送管16上的第一截止阀24以及从新转化成成备用状态下的分子筛吸附罐10相应的第二脱附气输送管17上的第一截止阀24以及氧气吹扫管路18上的第一调节阀26。

通过本实施例，通过利用第一换热器4对经过煅烧炉3的废气进行降温第一次除去水分并经过所述的气液分离罐进行气液分离，在经过第一气体过滤器7过滤由煅烧炉3产生的并同废气一同输送的固体颗粒物；再经过冻干机9进行冷却至分子筛吸附罐10需求的吸附温度后经分子筛吸附罐10吸附形成再生氧气重新输送给煅烧炉3进行使用，降低了新制取氧气的输送量，从而降低了生产成本，具备广泛的市场推广价值。

本实用新型是满足于锂电池正极材料生产过程中的氧气供给领域工作者需要的一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，使得本实用新型具有广泛的市场前景。

Claims (7)

1.一种锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，其特征在于：包括氧气输送主管(1)，氧气输送主管(1)上设置有第一缓冲罐(2)，氧气输送主管(1)的出口端上设置有煅烧炉(3)的进气端，煅烧炉(3)的出气端上连通有第一换热器(4)的热源通道，第一换热器(4)的热源通道上连通有气液分离罐的进气端，所述的气液分离罐的出气端上连通有第一废气输送管路(6)，第一废气输送管路(6)沿着靠近所述的气液分离罐至远离所述的气液分离罐的方向上依次设置有第一气体过滤器(7)、气体增压机组(8)以及冻干机(9)的进气端，冻干机(9)的出气端上连通有吸附净化装置，所述的吸附净化装置包括分子筛吸附罐(10)，分子筛吸附罐(10)的进口端和冻干机(9)的出气端相连通，分子筛吸附罐(10)的出口端和第一缓冲罐(2)的进气端通过第一回收氧气管(11)相连通。

2.根据权利要求1所述的锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，其特征在于：所述的吸附净化装置的分子筛吸附罐(10)的数量至少采用两个，每个分子筛吸附罐(10)的进口端与冻干机(9)的出气端均分别通过第一净化输送管(12)相连通，每个分子筛吸附罐(10)的出口端和第一回收氧气管(11)之间均分别通过第二净化输送管(13)相连通；所述的吸附净化装置还包括氮气吹扫管路(14)以及脱附气排放管路(15)，每个分子筛吸附罐(10)的出口端与氮气吹扫管路(14)之间均分别通过第一脱附气输送管(16)相连通，每个分子筛吸附罐(10)的进口端和脱附气排放管路(15)之间均分别通过第二脱附气输送管(17)相连通，若干个第一脱附气输送管(16)与第一回收氧气管(11)之间通过氧气吹扫管路(18)相连通。

3.根据权利要求1所述的锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，其特征在于：所述的气体增压机组(8)和冻干机(9)之间的第一废气输送管路(6)上设置有第二换热器(19)的热源通道，所述的第二换热器(19)冷源通道的进口端和第一回收氧气管(11)的出口端相连通，第一缓冲罐(2)远离煅烧炉(3)一侧的氧气输送主管(1)上设置有自立式调节阀(20)，自立式调节阀(20)与第一缓冲罐(2)之间的氧气输送主管(1)和第二换热器(19)冷源通道的出口端之间通过第二回收氧气管(21)相连通，第二回收氧气管(21)上设置有第一单向阀(22)。

4.根据权利要求1所述的锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，其特征在于：所述的第一缓冲罐(2)和煅烧炉(3)之间的氧气输送主管(1)上设置有第二空气过滤器(23)。

5.根据权利要求2所述的锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，其特征在于：所述的第一净化输送管(12)、第二净化输送管(13)、第一脱附气输送管(16)以及第二脱附气输送管(17)上均分别设置有第一截止阀(24)，所述的第一回收氧气管(11)以及脱附气排放管路(15)均分别设置有在线色谱仪(25)，第一回收氧气管(11)的出口端与氧气吹扫管路(18)之间的第一回收氧气管(11)上以及氧气吹扫管路(18)上均分别设置有第一调节阀(26)。

6.根据权利要求2所述的锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，其特征在于：所述的氮气吹扫管路(14)沿着氮气吹扫管路(14)进口端至氮气吹扫管路(14)出口端的方向上依次设置有电加热器(27)、第一温度传感器(28)和第二单向阀(29)。

7.根据权利要求3所述的锂电池正极材料煅烧炉的氧气供应装置，其特征在于：所述的第二换热器(19)与冻干机(9)之间的第一废气输送管路(6)上设置有第二温度传感器(30)，分子筛吸附罐(10)的进口端和冻干机(9)的出气端之间通过第二废气输送管路(31)相连通，第二废气输送管路(31)上设置有第三温度传感器(32)。

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