[發明專利]一種連續式動態燒結窯爐

無效

• 申請號: 201010507108.1
• 申請日: 2010-10-05
• 公開（公告）號: CN102445072A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 喻睿
• 申請（專利權）人: 喻睿
• 主分類號: F27B9/26
• 分類號: F27B9/26;F27B9/04;F27B9/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于窯爐制造領域中用以連續式動態燒結粉體材料的一種特殊設計的窯爐制造方法。

背景技術

目前用以粉體材料的連續式工業化生產所用的燒結窯爐有：隧道窯、推板窯、輥道窯、網帶爐和回轉窯。其中隧道窯通常是物料由窯車裝載，推車器將裝載物料的窯車推入窯體燒結室，并推行前進。推板窯，粉體物料盛放在料盒中，料盒置于推板上，推進器水平方向推動推板使料盒前進，料盒進入爐膛內再從爐尾出來。輥道窯，其窯底與窯道方向垂直布置有許多可自由轉動的輥子，料盒平放在輥道上，輥道由爐外的輥道連接件鏈條、鏈輪帶動一起同向轉動，料盒于在轉動的輥子上向前平移。網帶爐是料盒平放在移動的網帶上，由網帶的移動帶動料盒向前移動。以上四類窯爐，雖然料盒在爐膛燒結區內是移動的，但是同一個料盒中的粉體物料顆粒之間是相對靜止的，料盒中的物料沒有翻動和炒動運動，所以這四種窯爐的燒結方式仍然屬于靜態燒結，料盒中物料其上表面的粉料受熱與料盒底部、料層中間的粉料受熱不一致，料盒表面的粉料往往有過燒現象，而中下層粉料有生燒和夾生現象。粉料過燒將出現有異常長大顆粒，而生燒將導致粉料產品結晶不完善。對于動力型鋰離子電池的正極材料磷酸鐵鋰(LiFePO₄)，其燒結工藝要求極高，因為LiFePO₄的電子傳導和鋰離子傳導性能都不好，異常長大的LiFePO₄顆粒中的Li⁺是難以完全脫嵌出來和嵌入進去的，因此大大影響材料的充放電性能。生燒的LiFePO₄材料，其結晶不好，電池的循環性能很差。燒結不均一有過燒和生燒現象，這是靜態燒結方法的致命缺陷。同時靜態燒結方法需要更長的燒結時間、能耗高和生產效率低。

連續式回轉窯是動態燒結，它克服了靜態燒結的缺陷，物料從爐頭由螺旋送料器加入到一個旋轉的爐管內，爐管繞著其中心對稱軸旋轉。隨著爐管的旋轉，物料在爐管內轉動并向爐尾方向翻動前進。但是氣氛保護回轉窯燒結制造磷酸鐵鋰正極材料在實際生產使用中存在三個致命的缺陷：

1.旋轉的爐管與靜止的爐頭、靜止的爐尾之間的高溫動態密封處難以解決漏氣問題，外面的空氣往往會倒吸進入旋轉的爐管內，冷爐開爐時其爐管內的空氣不能排出干凈，爐管內的氧含量難以控制在10ppm以下，燒結出的LiFePO₄產品往往含有較多的三價鐵雜相，嚴重影響產品品質。

2.旋轉爐管內的粉料存在著嚴重的前進不同步現象，粉料的顆粒在爐管高溫區內滯留時間嚴重不統一，如80％的粉料顆粒從爐頭進入到從爐尾出來是在4-6小時內，而一些20％的粉料顆粒在爐管內滯留時間是6-10小時，這樣出現粉體顆粒實際燒結時間嚴重的不一致，嚴重滯后的顆粒燒結時間長、顆粒異常長大，產品性能受到嚴重影響。

3.從爐尾通入的保護氣氛形成的氣流將使得混合粉體物料中顆粒細小和密度小的組分顆粒吹起、吹回爐頭、甚至沿爐尾煙道被吹出，這樣導致反應混合粉料的分成現象，嚴重影響產品品質。

對于磷酸鐵鋰正極材料，由于LiFePO₄的導電性很差，初級粒子需要是納米尺寸的顆粒，固相反應必須要完全、顆粒結晶要完善、同時不能有異常長大的大顆粒。目前現有的連續式窯爐技術，都不能很好地滿足磷酸鐵鋰材料這些苛刻的燒結條件。

發明內容