[发明专利]一种锂电池正负极材料的转炉式生产工艺和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池正负极材料的生产工艺，尤其涉及一种锂电池正负极材料的转炉式连续生产工艺和装置。

背景技术

锂电池是一种高效的电池，广泛运用于手机、笔记本电脑等移动设备和电动汽车电池中。目前较为成熟的锂电池正负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。因此，有必要对生产工艺进行改进，提高生产规模，减少生产能耗，降低生产成本。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能够实现低能耗，高效连续，大规模生产的锂电池正负极材料的转炉式生产工艺和装置。

技术方案：本发明的锂电池正负极材料的转炉式生产工艺，将制备原料通过给料器送入流化床混合装置中，从所述流化床混合装置底端的流化床进气口通入空气，使制备原料充分混合，并被空气夹带至气固分离预热室；与此同时，将燃料送入燃烧器中燃烧，产生的高温烟气经由转炉进入气固分离预热室中；进入所述气固分离预热室的制备原料先由一级旋风分离器处理，分离出的固体依次进入一级预热室、二级预热室和三级预热室中，在转炉过来的所述高温烟气作用下升温预热后，进入转炉中；一级预热室中的高温烟气夹带部分制备原料向上进入二级旋风分离器中，所述二级旋风分离器分离出的固体返回至一级预热室中，分离出的气体进入一级旋风分离器中，最终由一级旋风分离器的排气口排出；在转炉中，制备原料发生固相反应，生成锂电池正负极材料，所述锂电池正负极材料进入颗粒冷却器中，与颗粒冷空气进口流入的冷空气换热，冷却后的锂电池正负极材料从颗粒冷却器出口排出，生成的热空气进入燃烧器中与燃料进行燃烧反应。

本发明中，制备原料为碳酸锂和以下任一种物质的混合物：二氧化锰，磷酸铁，磷酸亚铁，钛的含氧化合物，钴的氧化物，以及含氧化合物的组合；所述含氧化合物的组合由Ni-含氧化合物、Co-含氧化合物、Mn-含氧化合物三者组成。

本发明中，制备原料的颗粒粒径是0.1~100μm。

本发明中，制备原料在气固分离预热室中预热至300~400℃后进入转炉。

本发明中，在转炉中，制备原料在500~900℃的温度下，反应生成锂电池正负极材料。

本发明中，在转炉中，烟气流向与锂电池正负极材料运动方向相反。