[發明專利]一種鋰電池高鎳三元材料燒結爐排膠段爐體及燒結爐

在審

• 申請號: 201810275849.8
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108692567A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 龔杰洪;孫勇;付曉飛;劉旭輝;譚毅;劉波
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十八研究所
• 主分類號: F27B9/06
• 分類號: F27B9/06;F27B9/12;F27B9/24;F27B9/30;F27B9/36
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;戴玲

本發明公開了一種鋰電池高鎳三元材料燒結爐排膠段爐體及燒結爐，排膠段爐體包括爐腔，爐腔內設有棍棒，棍棒將爐腔分為窯腔和加熱腔，加熱腔內設有加熱元件，加熱腔設有底部進氣口，爐腔一端設有進風循環機構，另一端設有風箱，進風循環機構包括進風筒、風機座和循環風機，循環風機設于風機座內上部，進風筒朝外并與風機座連通，風機座、風箱均與加熱腔連通，風箱設有排氣管，可保證熱氣在爐體內循環流動，排膠效果好，使高鎳三元材料在250℃～700℃和均勻氣氛條件下充分預燒結。燒結爐包括預熱段爐體、上述的排膠段爐體、高溫段爐體、降溫段爐體和冷卻段爐體，該排膠段爐體風機座通過熱風管道與降溫段爐體連通，使排膠段爐體新進空氣溫度超過200℃。

技術領域

本發明涉及高鎳三元材料燒結設備，尤其涉及一種鋰電池高鎳三元材料燒結爐排膠段爐體及燒結爐。

背景技術

隨著電子信息技術的快速發展，動力鋰離子電池廣泛應用于航空航天、軍事裝備、新能源汽車、電動摩托車、電動自行車、電動工具等多個領域，同時對鋰離子電池的能量密度、循環次數、安全性能、生產成本等綜合性能也提出了更高的要求。鋰電池材料制造裝備更是鋰電池生產工藝技術的載體，決定著鋰電池產品質量的優劣，影響著鋰電池產品的成本高低。生產品質優良的鋰電池材料是各生產廠家的必然選擇。高鎳三元材料作為已批量應用的鋰電池正極材料之一，與其他正極材料相比綜合性能最具優勢，市場潛力巨大，正成為正極材料的主流。

鋰電池高鎳三元材料輥道燒結爐是一種全自動連續式燒結電窯，以產能大、溫差小、燒結產品性能穩定等優點被行業認可，逐漸的替代推板窯燒結設備。然而，高鎳三元材料燒結過程中，由于進入窯腔的冷空氣未經預熱，加上排氣采用直抽方式，導致進入排膠段的空氣拉低了排膠區各段的溫度，而且預熱后的空氣在爐腔內沒有充分混合，結果造成前驅體材料沒有在合適的溫度(250℃～700℃)充分預燒結，排膠效果差，嚴重影響了產品的晶格結構。

因此，目前鋰電池材料輥道燒結爐升溫排膠段的燒結存在以下不足：

(1)溫度和氣氛均勻性差，前驅體材料在500℃附近沒有充分預燒結：三元前驅體材料NixCoyAlz(OH)2和LiOH混合物在250℃附近分解，400℃～500℃有緩慢失重，570℃附近對應氫氧化鋰的熔融和反應，700℃后質量逐漸穩定，目標產物開始生成。由于進入排膠段的冷空氣拉低了排膠區各段的溫度，而且熱空氣在爐腔內沒有充分混合，結果造成前驅體材料沒有在合適的溫度(約500℃)充分預燒結，嚴重影響了產品的晶格結構，造成材料在700℃以后不能進行正常燒結。

(2)熱風的利用率低，排膠效果差：沒有足夠的排膠時間和進行充足的混合、循環。從窯腔直抽排氣，導致補充的冷空氣沒有充分與爐內氣體中和就有一部分被直接排出。熱空氣在爐體內沒有充分循環流動，導致燒結產品的水分、堿性物、廢氣等不能順暢排出，影響排膠效果。通過進氣管進入的冷空氣經加熱后，吹向窯腔，掃過產品，將產品加熱并使其中的水分、堿性物等揮發，然后就被直接抽走，沒有充分混合、循環，而后續新進入的冷空氣需要重新進行加熱，再重復上述過程，熱風的利用率明顯偏低。

(3)未排盡的膠體腐蝕爐襯材料和加熱元件：排膠段未排盡的廢氣凝結成液態的膠體沉積在窯腔底部，或者粘附在陶瓷套管的表面，進而腐蝕爐襯材料和加熱元件。

針對這些問題，現有的高鎳三元材料燒結設備生產廠家主要還是考慮如何盡快抽走排膠段廢氣，以及提高爐襯耐火材料的抗腐蝕性和降低廢氣對加熱元件的侵蝕等方面，未能從爐體結構和管路輔助系統來提高排膠效果，避免排膠段廢氣對爐襯材料和加熱元件的侵蝕。但是，在爐襯材料涂覆抗腐蝕層，在一定程度上降低了廢氣的侵蝕，燒結一段時間后，在高溫下涂層效果越來越差；廢氣凝結成的廢渣會沾附在陶瓷套管的表面，影響加熱效果，同時增加了加熱元件的負荷，減短其使用壽命，提高了成本。

因此，排膠段結構是否合理，對高鎳三元材料產品的性能影響極大，正成為各設備生產廠家研究的重要問題。

發明內容