專利名稱：一種鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池正負(fù)極材料的生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式連續(xù)生產(chǎn)工藝和裝置。
背景技術(shù)：
鋰電池是一種高效的電池，廣泛運(yùn)用于手機(jī)、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)汽車電池中。目前較為成熟的鋰電池正負(fù)極材料生產(chǎn)制備方法是固相合成法，其主要特點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單，制備條件容易控制。以錳酸鋰正極材料的制備過程為例，將Li2CO3與MnO2原料顆?；旌?，在50(T90(TC的高溫煅燒數(shù)小時(shí)，即可得到錳酸鋰。以LiCoO2正極材料的制備過程為例，將碳酸鋰Li2CO3和鈷的氧化物(如碳酸鈷CoCO3、堿式碳酸鈷2CoC03 3Co (OH)2 3H20、氧化亞鈷CoO、氧化鈷Co2O3或Co3O4等)顆粒按比例混合，在空氣氣氛下50(T90(TC煅燒若干小時(shí)固相熱合成制備而成。以鈦酸鋰負(fù)極材料的制備過程為例，將碳酸鋰Li2CO3和鈦的氧化物(如Ti2O, TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, TiO2，碳酸鈦、堿式碳酸鈦等)顆粒按比例混合，在空氣氣氛下50(T90(TC煅燒若干小時(shí)固相熱合成制備而成。固相合成法作為一種重要的鋰電池正負(fù)極材料的生產(chǎn)方法，通常是將混合后的固體原料放入電阻式坩堝中高溫持續(xù)加熱，該生產(chǎn)過程不連續(xù)，生產(chǎn)規(guī)模小，能耗高。因此，有必要對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高生產(chǎn)規(guī)模，減少生產(chǎn)能耗，降低生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)低能耗，高效連續(xù)，大規(guī)模生產(chǎn)的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝和裝置。技術(shù)方案本發(fā)明的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，將制備原料通過給料器送入流化床混合裝置中，從所述流化床混合裝置底端的流化床進(jìn)氣口通入空氣，使制備原料充分混合，并被空氣夾帶至氣固分離預(yù)熱室；與此同時(shí)，將燃料送入燃燒器中燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)由轉(zhuǎn)爐進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室中；進(jìn)入所述氣固分離預(yù)熱室的制備原料先由一級(jí)旋風(fēng)分離器處理，分離出的固體依次進(jìn)入一級(jí)預(yù)熱室、二級(jí)預(yù)熱室和三級(jí)預(yù)熱室中，在轉(zhuǎn)爐過來的所述高溫?zé)煔庾饔孟律郎仡A(yù)熱后，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐中；一級(jí)預(yù)熱室中的高溫?zé)煔鈯A帶部分制備原料向上進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器中，所述二級(jí)旋風(fēng)分離器分離出的固體返回至一級(jí)預(yù)熱室中，分離出的氣體進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器中，最終由一級(jí)旋風(fēng)分離器的排氣口排出；在轉(zhuǎn)爐中，制備原料發(fā)生固相反應(yīng)，生成鋰電池正負(fù)極材料，所述鋰電池正負(fù)極材料進(jìn)入顆粒冷卻器中，與顆粒冷空氣進(jìn)口流入的冷空氣換熱，冷卻后的鋰電池正負(fù)極材料從顆粒冷卻器出口排出，生成的熱空氣進(jìn)入燃燒器中與燃料進(jìn)行燃燒反應(yīng)。本發(fā)明中，制備原料為碳酸鋰和以下任一種物質(zhì)的混合物二氧化錳，磷酸鐵，磷酸亞鐵，鈦的含氧化合物，鈷的氧化物，以及含氧化合物的組合；所述含氧化合物的組合由Ni-含氧化合物、Co-含氧化合物、Mn-含氧化合物三者組成。本發(fā)明中，制備原料的顆粒粒徑是0. riOOumo
本發(fā)明中，制備原料在氣固分離預(yù)熱室中預(yù)熱至30(T40(TC后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐。本發(fā)明中，在轉(zhuǎn)爐中，制備原料在50(T90(TC的溫度下，反應(yīng)生成鋰電池正負(fù)極材料。本發(fā)明中，在轉(zhuǎn)爐中，煙氣流向與鋰電池正負(fù)極材料運(yùn)動(dòng)方向相反。本發(fā)明的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)裝置，包括給料器、流化床混合裝置、氣固分離預(yù)熱室、轉(zhuǎn)爐、燃燒器和顆粒冷卻器；氣固分離 預(yù)熱室包括一級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器，以及依次連接的一級(jí)預(yù)熱室、二級(jí)預(yù)熱室和三級(jí)預(yù)熱室，一級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口與一級(jí)預(yù)熱室進(jìn)料口連接，一級(jí)旋風(fēng)分離器回料進(jìn)口與二級(jí)旋風(fēng)分離器氣體出口連接，二級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口與一級(jí)預(yù)熱室提升管口連接，二級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口與一級(jí)預(yù)熱室回料口連接。給料器與流化床混合裝置的下端連接，流化床混合裝置的底端設(shè)置有流化床進(jìn)氣口，流化床混合裝置的上端設(shè)置有流化床出料口，流化床出料口與一級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口連接；三級(jí)預(yù)熱室出料口與轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口連接，轉(zhuǎn)爐出料口與顆粒冷卻器進(jìn)料口連接，顆粒冷卻器排氣口與燃燒器進(jìn)氣口連接，燃燒器排氣口與轉(zhuǎn)爐進(jìn)氣口連接，顆粒冷卻器上設(shè)置有冷卻進(jìn)氣口，燃燒器上設(shè)置有燃料進(jìn)口。本發(fā)明裝置中，轉(zhuǎn)爐呈傾斜放置，轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口的高度高于出料口的高度。本發(fā)明裝置中，顆粒冷卻器采用表面式空氣冷卻。本發(fā)明中，轉(zhuǎn)爐的溫度由來自燃燒器的煙氣維持。有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)在鋰電池正負(fù)極材料制備的混合階段，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)極制備材料的連續(xù)高效混合。傳統(tǒng)的混合技術(shù)采用球磨機(jī)混合，球磨機(jī)需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于球磨機(jī)內(nèi)有較大較重的滾球，導(dǎo)致耗電量大，同時(shí)，球磨機(jī)混合的顆粒均勻性較差。本發(fā)明利用流化床較好的顆?；旌夏芰Γ骰仓恍枰慌_(tái)引風(fēng)機(jī)送風(fēng)，能耗小，顆粒混合更為均勻。(2)在鋰電池正負(fù)極材料制備階段，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)鋰電池正負(fù)極材料的連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)。傳統(tǒng)的工藝流程是將混合好的鋰電池正負(fù)極原料手工分裝加入單個(gè)坩堝中，然后放入板式電爐經(jīng)預(yù)熱、反應(yīng)和冷卻后，手工取出。整個(gè)工藝流程自動(dòng)化程度低，嚴(yán)重依賴人力資源，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。本發(fā)明利用轉(zhuǎn)爐，鋰電池正負(fù)極材料從回轉(zhuǎn)窯進(jìn)口到出口經(jīng)過預(yù)熱和反應(yīng)階段實(shí)現(xiàn)正極材料的制備，生成的正負(fù)極材料進(jìn)入顆粒冷卻器冷卻后即可包裝。整個(gè)工藝流程連續(xù)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。(3)在傳統(tǒng)的工藝流程中，采用了電加熱來維持反應(yīng)所需溫度。本發(fā)明采用燃燒器直接燃燒天然氣、合成氣、油以及煤等化石燃料，利用燃燒后的高溫?zé)煔饧訜徂D(zhuǎn)爐，維持反應(yīng)溫度?；剂蠟橐淮文茉矗娔苁嵌文茉?，與直接電加熱相比，采用化石燃料更為經(jīng)濟(jì)，具有明顯的節(jié)能效果。(4)在傳統(tǒng)的工藝流程中，正負(fù)極原料在坩堝中加熱，固體顆粒之間相對(duì)靜止，坩堝中原料的溫度場(chǎng)分布不均與，造成產(chǎn)品的成品率相對(duì)較低。而采用轉(zhuǎn)爐式反應(yīng)工藝，固體原料顆粒隨著轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)相互摻雜混合，固體顆粒之間溫度分布均勻，反應(yīng)成品率高。(5)在傳統(tǒng)的工藝流程中，鋰電池正負(fù)極原料經(jīng)過機(jī)械混合、電爐預(yù)熱、電爐加熱維持溫度、冷卻等過程，設(shè)備占地面積達(dá)，而本發(fā)明采用流化床混合、轉(zhuǎn)爐式燒結(jié)和水冷等工藝，設(shè)備緊湊，占地面積小。


圖I為本發(fā)明的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有給料器I、流化床混合裝置2、流化床出料口 21、氣固分離預(yù)熱室3、一級(jí)旋風(fēng)分離器31、一級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口 311、一級(jí)旋風(fēng)分離器回料進(jìn)口 312、一級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口 313、一級(jí)預(yù)熱室32、一級(jí)預(yù)熱室進(jìn)料口 321、一級(jí)預(yù)熱室提升管口 322、一級(jí)預(yù)熱室回料口 323、二級(jí)預(yù)熱室33、三級(jí)預(yù)熱室34、三級(jí)預(yù)熱室出料口 341、二級(jí)旋風(fēng)分離器35、二級(jí)旋風(fēng)分離器氣體出口 351、二級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口 352、二級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口 353、轉(zhuǎn)爐4、轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口 41、轉(zhuǎn)爐出料口 42、轉(zhuǎn)爐進(jìn)氣口 43、燃燒器5、燃燒器進(jìn)氣口 51、燃燒器排氣口 52、燃料進(jìn)口 53、顆粒冷卻器6、顆粒冷卻器進(jìn)料口 61、顆粒冷卻器排氣口 62、顆粒冷空氣進(jìn)口 63、顆粒冷卻器出口 64。
具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，工藝流程如附圖I所示，實(shí)施例I :
將顆粒粒徑0. riOO u m的制備原料A通過給料器I送入流化床混合裝置2中，從所述流化床混合裝置2底端的流化床進(jìn)氣口 B通入空氣，使制備原料A充分混合，并被空氣夾帶至氣固分離預(yù)熱室3 ;與此同時(shí)，將燃料送入燃燒器5中燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)由轉(zhuǎn)爐4進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3中；
進(jìn)入所述氣固分離預(yù)熱室3的制備原料A先由一級(jí)旋風(fēng)分離器31處理，分離出的固體依次進(jìn)入一級(jí)預(yù)熱室32、二級(jí)預(yù)熱室33和三級(jí)預(yù)熱室34中，在從轉(zhuǎn)爐4過來的所述高溫?zé)煔庾饔孟律郎仡A(yù)熱至30(T40(TC后，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4中；一級(jí)預(yù)熱室32中的高溫?zé)煔鈯A帶部分制備原料A向上依次通過一級(jí)預(yù)熱室提升管口 322、二級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口 352進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器35中，所述二級(jí)旋風(fēng)分離器35分離出的固體返回至一級(jí)預(yù)熱室32中，分離出的氣體進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器31中，最終由一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口 C排出；
在轉(zhuǎn)爐4中，制備原料A在50(T90(TC的溫度下發(fā)生固相反應(yīng)，生成鋰電池正負(fù)極材料，鋰電池正負(fù)極材料進(jìn)入顆粒冷卻器6中，與顆粒冷空氣進(jìn)口 63流入的冷空氣換熱，冷卻后的鋰電池正負(fù)極材料從顆粒冷卻器出口 64排出，生成的熱空氣進(jìn)入燃燒器5中與燃料進(jìn)行燃燒反應(yīng)。本發(fā)明的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)裝置，包括給料器I、流化床混合裝置
2、氣固分離預(yù)熱室3、轉(zhuǎn)爐4、燃燒器5和顆粒冷卻器6 ；
氣固分離預(yù)熱室3包括一級(jí)旋風(fēng)分離器31、二級(jí)旋風(fēng)分離器35，以及依次連接的一級(jí)預(yù)熱室32、二級(jí)預(yù)熱室33和三級(jí)預(yù)熱室34，一級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口 311與一級(jí)預(yù)熱室進(jìn)料口 321連接，一級(jí)旋風(fēng)分離器回料進(jìn)口 312與二級(jí)旋風(fēng)分離器氣體出口 351連接，二級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口 352與一級(jí)預(yù)熱室提升管口 322連接，二級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口 353與一級(jí)預(yù)熱室回料口 323連接；
給料器I與流化床混合裝置2的下端連接，流化床混合裝置2的底端設(shè)置有流化床進(jìn)氣口 B，流化床混合裝置2的上端設(shè)置有流化床出料口 21，所述流化床出料口 21與一級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口 313連接；三級(jí)預(yù)熱室出料口 341與轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口 41連接，轉(zhuǎn)爐出料口 42與顆粒冷卻器進(jìn)料口 61連接，顆粒冷卻器排氣口 62與燃燒器進(jìn)氣口 51連接，燃燒器排氣口52與轉(zhuǎn)爐進(jìn)氣口 43連接，所述顆粒冷卻器6上設(shè)置有顆粒冷空氣進(jìn)口 63，燃燒器5上設(shè)置有燃料進(jìn)口 53。氣固分離預(yù)熱室3由一級(jí)旋風(fēng)分離器31、二級(jí)旋風(fēng)分離器35、一級(jí)預(yù)熱室32、二級(jí)預(yù)熱室33、三級(jí)預(yù)熱室34組成。轉(zhuǎn)爐4的熱煙氣從氣固分離預(yù)熱室3底部進(jìn)入由下而上流動(dòng)，來自流化床混合裝置2混合后的鋰電池正負(fù)極原料離開流化床出料口 21，然后從氣固分離預(yù)熱室3頂部進(jìn)入由上而下流動(dòng)，首先進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器31，氣體從一級(jí)旋風(fēng)分離 器31的氣體出口 C排出，固體混合原料經(jīng)過一級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口 311、一級(jí)預(yù)熱室進(jìn)料口 321進(jìn)入一級(jí)預(yù)熱室提升管口 322，固體混合原料隨底部上升煙氣分散、懸浮、預(yù)熱后，進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器35，煙氣上行與來自流化床混合裝置2的空氣混合進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離 器31的氣體出口 C排出；預(yù)熱分離后的固體鋰電池正負(fù)極原料由二級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口353經(jīng)過一級(jí)預(yù)熱室回料口 323流入一級(jí)預(yù)熱室32立筒肩部，分散于煙氣氣流中預(yù)熱，被卷吸擾動(dòng)進(jìn)入渦流區(qū)，被旋流氣推向邊壁沉降到一級(jí)預(yù)熱室32下部的縮口斜坡，堆積到一定程度時(shí)，在重力的作用下逆煙氣氣流滑過縮口落入二級(jí)預(yù)熱室33繼續(xù)預(yù)熱，然后落入三級(jí)預(yù)熱室34、離開三級(jí)預(yù)熱室34的固體原料再流入轉(zhuǎn)爐4 ；
轉(zhuǎn)爐4的熱煙氣經(jīng)過轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口 41、三級(jí)預(yù)熱器出料口 341進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3的底部；熱煙氣由氣固分離預(yù)熱室3底部進(jìn)入由下而上流動(dòng)，來自流化床混合裝置2混合后的鋰電池正負(fù)極原料從氣固分離預(yù)熱室3頂部進(jìn)入由上而下流動(dòng)；鋰電池正負(fù)極原料首先通過一級(jí)旋風(fēng)分離器入口 313進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器31，氣體從一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口C排出；固體原料混合經(jīng)一級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口 311進(jìn)入一級(jí)預(yù)熱室提升管口 322并隨底部上升煙氣分散，懸浮，預(yù)熱后，進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器35，離開二級(jí)旋風(fēng)分離器35的煙氣經(jīng)過二級(jí)旋風(fēng)分離器氣體出口 351以及一級(jí)旋風(fēng)分離器回料進(jìn)口 312，與來自流化床混合裝置2的空氣混合進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器31從一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口 C排出；預(yù)熱分離后的固體鋰電池正負(fù)極原料由二級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口 353經(jīng)一級(jí)預(yù)熱室回料口 323落入一級(jí)預(yù)熱室32，分散于煙氣氣流中預(yù)熱，被卷吸擾動(dòng)進(jìn)入渦流區(qū)，被旋流氣推向邊壁沉降到一級(jí)預(yù)熱室32下部的縮口斜坡，堆積到一定程度時(shí)，由于重力的作用下逆煙氣氣流滑過縮口落入二級(jí)預(yù)熱室33、三級(jí)預(yù)熱室34繼續(xù)預(yù)熱，離開三級(jí)預(yù)熱室34的固體鋰電池正負(fù)極原料經(jīng)過三級(jí)預(yù)熱器出料口 341、轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口 41進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4。實(shí)施例2 :將粒徑為0. riOO U m碳酸鋰和二氧化錳由給料器I加入流化床混合裝置2，向流化床混合裝置底端B通入空氣，進(jìn)入流化床混合裝置2的碳酸鋰和二氧化錳在流化床混合裝置2中流化并充分混合；碳酸鋰和二氧化錳進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4 ;在轉(zhuǎn)爐4中，碳酸鋰和二氧化錳的混合物在50(T900°C的溫度下經(jīng)過8 20小時(shí)反應(yīng)生成錳酸鋰；生成的錳酸鋰進(jìn)入顆粒冷卻器6 ;顆粒冷卻器6通過表面式空氣換熱冷卻生成的錳酸鋰；燃料和來自顆粒冷卻器6的熱空氣在燃燒器5中與燃料燃燒，煙氣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4維持轉(zhuǎn)爐內(nèi)的反應(yīng)溫度，離開轉(zhuǎn)爐4的煙氣進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3中冷卻，并預(yù)熱碳酸鋰和二氧化錳混合料，煙氣中夾帶的固體顆粒在氣固分離預(yù)熱室3中捕集，煙氣則通過一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口 C排出。實(shí)施例3 :將粒徑為0. f 100 Pm碳酸鋰、磷酸鐵(或磷酸亞鐵)由給料器I加入流化床混合裝置2，向流化床混合裝置底端B通入空氣，進(jìn)入流化床混合裝置2的碳酸鋰、磷酸鐵(或磷酸亞鐵)在流化床混合裝置中流化并充分混合；碳酸鋰、磷酸鐵(或磷酸亞鐵)進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3預(yù)熱沉降后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4 ;在轉(zhuǎn)爐4中，碳酸鋰和磷酸鐵(或磷酸亞鐵)的混合物在50(T900°C的溫度下經(jīng)過8 20小時(shí)反應(yīng)生成磷酸鐵鋰；生成的磷酸鐵鋰進(jìn)入顆粒冷卻器6 ;顆粒冷卻器6通過表面式空氣換熱冷卻生成的磷酸鐵鋰；燃料和來自顆粒冷卻器6的熱空氣在燃燒器5中與進(jìn)口燃料燃燒，煙氣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4維持轉(zhuǎn)爐內(nèi)的反應(yīng)溫度，離開轉(zhuǎn)爐4的煙氣進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3中冷卻，并預(yù)熱碳酸鋰、磷酸鐵(或磷酸亞鐵)的混合物料，煙氣中夾帶的固體顆粒在氣固分離預(yù)熱室3中捕集，煙氣氣體則通過一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口 C排出。 實(shí)施例4 :將粒徑為0. 1"100 U m碳酸鋰、Ni-含氧化合物、Co-含氧化合物、Mn-含氧化合物等由給料器I加入流化床混合裝置2，向流化床混合裝置底端B通入空氣，進(jìn)入流化床混合裝置2的碳酸鋰、Ni-含氧化合物、Co-含氧化合物、Mn-含氧化合物等在流化床混合裝置2中流化并充分混合；碳酸鋰、Ni-含氧化合物、Co-含氧化合物、Mn-含氧化合物等進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4 ;在轉(zhuǎn)爐4中，碳酸鋰、Ni-含氧化合物、Co-含氧化合物、Mn-含氧化合物等的混合物在50(T900°C的溫度下經(jīng)過8 20小時(shí)反應(yīng)生成三元型鋰電池正極材料LiNixCoyMn(1_x_y)02 ;生成的三元材料進(jìn)入顆粒冷卻器6 ;顆粒冷卻器6通過表面式空氣換熱冷卻生成的三元材料；燃料和來自顆粒冷卻器6的熱空氣在燃燒器5中與進(jìn)口燃料燃燒，煙氣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4維持轉(zhuǎn)爐4內(nèi)的反應(yīng)溫度，離開轉(zhuǎn)爐4的煙氣進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3，煙氣中夾帶的固體顆粒在氣固分離預(yù)熱室3中捕集，煙氣則通過一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口 C排出。實(shí)施例5 :將粒徑為0. 1"100 u m碳酸鋰、鈦的含氧化合物等由給料器I加入流化床混合裝置2，向流化床混合裝置底端B通入空氣，進(jìn)入流化床混合裝置2的碳酸鋰、鈦的含氧化合物等在流化床混合裝置2中流化并充分混合；碳酸鋰、鈦的含氧化合物等進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4 ;在轉(zhuǎn)爐4中，碳酸鋰、鈦的含氧化合物等的混合物在50(T900°C的溫度下經(jīng)過8 20小時(shí)反應(yīng)生成鈦酸鋰鋰電池負(fù)極材料；生成的鈦酸鋰材料進(jìn)入顆粒冷卻器6 ;顆粒冷卻器6通過表面式空氣換熱冷卻生成的鈦酸鋰材料；燃料和來自顆粒冷卻器6的熱空氣在燃燒器5中與進(jìn)口燃料燃燒，煙氣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4維持轉(zhuǎn)爐4內(nèi)的反應(yīng)溫度，離開轉(zhuǎn)爐4的煙氣進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3，煙氣中夾帶的固體顆粒在氣固分離預(yù)熱室3中捕集，煙氣則通過一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口 C排出。實(shí)施例6 :將粒徑為0. 1"100 u m碳酸鋰、鈷的氧化物(如碳酸鈷CoCO3、堿式碳酸鈷2CoC03 3Co (OH)2 3H20、氧化亞鈷CoO、氧化鈷Co2O3或Co3O4等)等由給料器I加入流化床混合裝置2，向流化床混合裝置底端B通入空氣，進(jìn)入流化床混合裝置2的碳酸鋰、鈷的氧化物(如碳酸鈷CoCO3、堿式碳酸鈷2CoC03 3Co (OH)2 3H20、氧化亞鈷CoO、氧化鈷Co2O3或Co3O4等)等在流化床混合裝置中流化并充分混合；碳酸鋰、鈷的氧化物(如碳酸鈷CoCO3、堿式碳酸鈷2CoC03 *3Co (OH)2 *3H20、氧化亞鈷CoO、氧化鈷Co2O3或Co3O4等)等進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3預(yù)熱后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4 ;在轉(zhuǎn)爐4中，碳酸鋰、鈷的氧化物(如碳酸鈷CoCO3、堿式碳酸鈷2CoC03 3Co (OH)2 3H20、氧化亞鈷CoO、氧化鈷Co2O3或Co3O4等)等的混合物在50(T900°C的溫度下經(jīng)過8 20小時(shí)反應(yīng)生成鈷酸鋰鋰電池正極材料；生成的鈷酸鋰材料進(jìn)入顆粒冷卻器6 ;顆粒冷卻器6通過表面式空氣換熱冷卻生成的鈷酸鋰材料；燃料和來自顆粒冷卻器6的熱空氣在燃燒器5中與進(jìn)口燃料燃燒，煙氣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐4維持轉(zhuǎn)爐4內(nèi)的反應(yīng)溫度，離開轉(zhuǎn)爐4的煙氣進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室3，煙氣中夾帶 的固體顆粒在氣固分離預(yù)熱室3中捕集，煙氣則通過一級(jí)旋風(fēng)分離器31的氣體出口 C排出。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，其特征在于，將制備原料(A)通過給料器(I)送入流化床混合裝置(2 )中，從所述流化床混合裝置(2 )底端的流化床進(jìn)氣口( B )通入空氣，使制備原料(A)充分混合，并被空氣夾帶至氣固分離預(yù)熱室(3);與此同時(shí)，將燃料送入燃燒器(5)中燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)由轉(zhuǎn)爐(4)進(jìn)入氣固分離預(yù)熱室(3)中； 進(jìn)入所述氣固分離預(yù)熱室(3)的制備原料(A)先由一級(jí)旋風(fēng)分離器(31)處理，分離出的固體依次進(jìn)入一級(jí)預(yù)熱室(32 )、二級(jí)預(yù)熱室(33 )和三級(jí)預(yù)熱室(34 )中，在轉(zhuǎn)爐(4 )過來的所述高溫?zé)煔庾饔孟律郎仡A(yù)熱后，進(jìn)入轉(zhuǎn)爐(4)中；一級(jí)預(yù)熱室(32)中的高溫?zé)煔鈯A帶部分制備原料(A)向上進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器(35)中，所述二級(jí)旋風(fēng)分離器(35)分離出的固體返回至一級(jí)預(yù)熱室(32)中，分離出的氣體進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器(31)中，最終由一級(jí)旋風(fēng)分離器(31)的氣體出口(C)排出； 在轉(zhuǎn)爐(4)中，制備原料(A)發(fā)生固相反應(yīng)，生成鋰電池正負(fù)極材料，所述鋰電池正負(fù)極材料進(jìn)入顆粒冷卻器(6)中，與顆粒冷空氣進(jìn)口(63)流入的冷空氣換熱，冷卻后的鋰電池正負(fù)極材料從顆粒冷卻器出口(64)排出，生成的熱空氣進(jìn)入燃燒器(5)中與燃料進(jìn)行燃燒反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的制備原料(A)為碳酸鋰和以下任一種物質(zhì)的混合物二氧化錳，磷酸鐵，磷酸亞鐵，鈦的含氧化合物，鈷的氧化物，以及含氧化合物的組合；所述含氧化合物的組合由Ni-含氧化合物、Co-含氧化合物、Mn-含氧化合物三者組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，其特征在于，制備原料(A)的顆粒粒徑是O. 1^100 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，其特征在于，制備原料(A)在氣固分離預(yù)熱室(3)中預(yù)熱至30(T40(TC后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，其特征在于，在轉(zhuǎn)爐(4)中，制備原料(A)在50(T90(TC的溫度下，反應(yīng)生成鋰電池正負(fù)極材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝，其特征在于，在轉(zhuǎn)爐(4)中，煙氣流向與鋰電池正負(fù)極材料運(yùn)動(dòng)方向相反。
7.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述生產(chǎn)工藝的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)裝置，其特征在于，包括給料器(I)、流化床混合裝置(2)、氣固分離預(yù)熱室(3)、轉(zhuǎn)爐(4)、燃燒器(5)和顆粒冷卻器(6); 所述氣固分離預(yù)熱室(3)包括一級(jí)旋風(fēng)分離器(31)、二級(jí)旋風(fēng)分離器(35)，以及依次連接的一級(jí)預(yù)熱室(32)、二級(jí)預(yù)熱室(33)和三級(jí)預(yù)熱室(34)，一級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口(311)與一級(jí)預(yù)熱室進(jìn)料口(321)連接，一級(jí)旋風(fēng)分離器回料進(jìn)口(312)與二級(jí)旋風(fēng)分離器氣體出口(351)連接，二級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口(352)與一級(jí)預(yù)熱室提升管口(322)連接，二級(jí)旋風(fēng)分離器固體出口(353)與一級(jí)預(yù)熱室回料口(323)連接； 所述給料器(I)與流化床混合裝置(2 )的下端連接，所述流化床混合裝置(2 )的底端設(shè)置有流化床進(jìn)氣口(B)，流化床混合裝置(2)的上端設(shè)置有流化床出料口(21)，所述流化床出料口(21)與一級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)料口(313)連接；三級(jí)預(yù)熱室出料口(341)與轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口(41)連接，轉(zhuǎn)爐出料口(42)與顆粒冷卻器進(jìn)料口(61)連接，顆粒冷卻器排氣口(62)與燃燒器進(jìn)氣口( 51)連接，燃燒器排氣口( 52 )與轉(zhuǎn)爐進(jìn)氣口( 43 )連接，所述顆粒冷卻器(6 )上設(shè)置有顆粒冷空氣進(jìn)口(63)，所述燃燒器(5)上設(shè)置有燃料進(jìn)口(53)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)爐(4)呈傾斜放置，轉(zhuǎn)爐進(jìn)料口(41)的高度高于出料口(42)的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)裝置，其特征在于，顆粒冷卻器(6)米用表面式空氣冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰電池正負(fù)極材料的轉(zhuǎn)爐式生產(chǎn)工藝和裝置，制備原料經(jīng)過給料器進(jìn)入流化床混合裝置，在流化床混合裝置中，制備原料充分混合，隨后經(jīng)過氣固分離和預(yù)熱進(jìn)入轉(zhuǎn)爐；在轉(zhuǎn)爐中，制備原料在500~900℃的溫度下反應(yīng)生成鋰電池正負(fù)極材料，生成的鋰電池正負(fù)極材料進(jìn)入顆粒冷卻器冷卻，空氣與燃料通入燃燒器燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入轉(zhuǎn)爐，維持轉(zhuǎn)爐內(nèi)的溫度分布，離開轉(zhuǎn)爐的煙氣流過預(yù)熱室和氣固分離室，煙氣中夾帶的固體顆粒在氣固分離室捕集后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐，進(jìn)入氣固分離室的煙氣和空氣從氣固分離室的氣體出口流出。
文檔編號(hào)H01M4/36GK102637856SQ20121010645
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者向文國(guó), 薛志鵬, 陳時(shí)熠 申請(qǐng)人:東南大學(xué)