一种高温烧结炉及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种高温烧结炉及其制备方法与应用，使用不锈钢焊接成炉体内胆，将碳纤维缠绕在内胆外侧，碳纤维表面刷涂PAN加硅氧烷后在碳纤维外侧套电磁感应铜线圈作为加热源，铜线圈内部通液氮，液氮在冷却铜管同时变成氮气后通入炉体内，作为材料烧结的保护气体。相比传统的使用电阻丝加热炉、采用本发明专利技术的烧结炉烧结材料能够减少炉胆钢材重量，提高烧结效率、降低能耗。降低能耗。降低能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高温烧结炉及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及烧结炉
，具体涉及一种提高烧结效率、减少材料使用、降低烧结能耗的高温烧结炉及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]当前，磷酸铁锂、磷酸锰铁锂正极材料因比容量高、价格低廉、无环境污染、安全性和热稳定性好等优点，而成为一种最具前途的新一代安全环保型锂离子动力电池正极材料，可广泛应用于新能源汽车、储能设备、不间断电源、电动工具等领域，市场前景十分广阔。
[0003]磷酸铁锂、磷酸锰铁钾正极材料通常采用电阻炉合成装置来生产。随着市场不断扩大，原先的合成装置电阻炉成为制约磷酸铁锂、磷酸锰铁锂快速生产的最主要设备。要提高生产效率，现有通常的做法是对炉胆加长、加厚，但这造成了重量和成本的增加，热容加大，能耗增加，加热效率降低。另一方面，现有的电阻炉合成装置，仅采用不锈钢作为炉胆，无法使用电磁感应加热，大多为电阻丝加热，主要通过热辐射方式把热量传到炉胆上，不利于快速升温，导致效率较低，有必要进行改进。因此，为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术由此而来。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术提供了一种高温烧结炉及其制备方法与应用。
[0005]为实现以上目的，本专利技术的其中一个目的在于提供一种高温烧结炉的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，使用不锈钢焊接成炉体内胆；
[0007]步骤2，将碳纤维缠绕在炉体内胆的外侧，所述碳纤维的表面刷涂聚丙烯腈和硅氧烷；
[0008]步骤3，在碳纤维的外侧套设电磁感应铜线圈，铜线圈的内部通液氮，液氮在冷却铜管的同时变成氮气后通入炉体内，作为材料烧结的保护气体；
[0009]步骤4，首次使用时，将炉体温度加热到800℃保温制得所述的高温烧结炉，加热时聚丙烯腈碳化固化碳纤维，硅氧烷分解为二氧化硅隔氧层，保护碳纤维，防止碳纤维高温氧化。
[0010]本专利技术的另一个目的提供了一种高温烧结炉，包括炉胆，还包括电磁感应加热元件和冷却介质；
[0011]所述炉胆包括内侧的内胆和外侧的碳纤维，所述内胆由不锈钢焊接而成，所述碳纤维缠绕在所述内胆的外侧且表面包覆有固化层和隔氧层；
[0012]所述电磁感应加热元件内中空以形成介质通道且套设在所述碳纤维的外侧，所述介质通道的一端与介质供料装置连接、另一端与所述内胆连通；
[0013]所述冷却介质填充于所述介质通道内，所述冷却介质用于电磁感应加热元件在加热过程的冷却且在加热时气化通入内胆中作为材料烧结的保护气体。
[0014]优选地，所述的高温烧结炉采用上述的制备方法制得。
[0015]本专利技术还有一个目的在于提供上述所述的高温烧结炉或由上述的制备方法制得的高温烧结炉在电池正极材料和陶瓷材料合成中的应用。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0017]1)本专利技术以使用碳纤维强化不锈钢炉胆，不锈钢的使用量节约了30％以上，减少不锈钢的厚度和重量，节约材料，大幅降低炉胆整体惯量，减少炉胆转动所消耗的能量，降低能耗。
[0018]2)通过电磁感应直接加热炉胆外侧的碳纤维，炉体本身自行高速发热，节电在10％以上，降低能耗。
[0019]3)使用液氮通过铜线圈，降低线圈温度的同时自身气化，作为材料合成的保护气，进一步提高了能源的使用效率。
附图说明
[0020]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：
[0021]图1为本专利技术实施例的高温烧结炉的结构示意图。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0023]实施例
[0024]本专利技术实施例提供了一种提高烧结效率、减少材料使用、降低烧结能耗的电磁感应烧结炉，如图1所示，包括炉胆1、电磁感应加热元件2和冷却介质。炉胆1包括内侧的内胆11和外侧的碳纤维12。其中内胆11由不锈钢材质焊接而成，碳纤维12的表面包覆有聚丙烯腈固化层(未标出)和二氧化硅隔氧层(未标出)且缠绕在内胆11的外侧，电磁感应加热元件2呈螺旋状套设在碳纤维12的外侧且电磁感应加热元件2的内部中空以形成介质通道(未图示)，介质通道的一端与介质供料装置(未图示)连接、另一端与内胆11连通。冷却介质填充于介质通道内，冷却介质用于电磁感应加热元件2在加热过程的冷却且在加热时气化通入内胆中作为正极材料合成的保护气体。采用碳纤维代替部分不锈钢作为炉胆，减少了不锈钢的使用量，强化了炉胆的同时也降低了炉胆1的重量和厚度，降低炉胆1的整体转动惯量。在炉胆1的外侧套设电磁感应加热元件2，使得炉胆1电磁感应自发热，降低能耗，节电10％以上。优选地，电磁感应加热元件2为中空的铜线圈。冷却介质为液氮，不仅可以起到冷却铜线圈的目的，在加热后气化产生氮气，氮气为性质稳定的惰性气体，可以作为材料合成过程中的保护气。
[0025]另外，优选地，如图1所示，在炉体的外壁上还设有多个径向向外凸出延伸的凸起部3，多个凸起部3间隔设置。凸起部3处于相邻的线圈之间。凸起部3的作用一方面可以起到
强化炉体结构，另一方面还可以起到限位的作用，防止铜线圈直接贴靠在在一起。此外，铜线圈的内壁与炉体的外壁之间也即碳纤维的外侧之间具有间隔。
[0026]上述实施例的高温烧结炉，由以下制备方法制得，具体的，包括以下步骤：
[0027]步骤1，使用316不锈钢焊接成直径3米、长度40米的炉体内胆11。
[0028]步骤2，采用如图1将碳纤维布缠绕在炉胆1外侧，碳纤维布表面刷涂聚丙烯腈(英文缩写PAN)与硅氧烷(不做限定，本领域技术人员熟知的、现有市场上存在的硅氧烷均可)。具体的，本专利技术实施例中的PAN使用50％的硫氰化钠水溶液来溶解直至PAN的浓度为10％
‑
13％。硅氧烷直接涂刷，具体浓度不做限定。
[0029]步骤3，在碳纤维布外侧套电磁感应铜线圈，铜线圈内部通液氮，液氮在冷却铜管同时变成氮气后通入炉体内胆11中，作为正极材料合成的保护气体。
[0030]步骤4，将炉体温度加热到800℃保温24小时，PAN碳化固化碳纤维，硅氧烷分解为二氧化硅隔氧层，保护碳纤维。制备得到所需的高温烧结炉。
[0031]上述实施例制备的高温烧结炉，经能耗监测，单位能耗下降了10.3％。具体的，相比与传统电阻炉相比，炉胆不锈钢使用量节约30％以上，节电在 10％以上。将上述实施例中的制备方法制得的高温烧结炉应用到正极材料的合成。下面实施例中仅以磷酸锰铁锂正极材料为例进行说明。具体的步骤如下：
[0032]步骤5，将磷酸二氢锂(13kg)、碳酸锰(167kg)、碳酸锂(45kg)、氢氧化镁(1.6kg)、磷酸铁(180kg)、淀粉(3.6kg)溶解在水中后分散均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温烧结炉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用不锈钢焊接成炉体内胆；步骤2，将碳纤维缠绕在炉体内胆的外侧，碳纤维的表面刷涂聚丙烯腈和硅氧烷；步骤3，在碳纤维的外侧套设电磁感应铜线圈，铜线圈的内部通液氮，液氮在冷却铜管的同时变成氮气后通入炉体内，作为材料烧结的保护气体；步骤4，首次使用时，将炉体温度加热到800℃保温制得所述的高温烧结炉，加热时聚丙烯腈碳化固化碳纤维，硅氧烷分解为二氧化硅隔氧层，保护碳纤维，防止碳纤维层高温氧化。2.根据权利要求1所述一种高温烧结炉的制备方法，其特征在于，所述碳纤维为碳纤维丝或由碳纤维斜纹编织而成的碳纤维布。3.根据权利要求2所述一种高温烧结炉的制备方法，其特征在于，所述碳纤维的轴向导热系数大于30W/m
·
k，弹性模量大于310GPa；和/或所述碳纤维的厚度为0.05
‑
0.5mm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述一种高温烧结炉的制备方法，其特征在于，所述炉胆的材质采用309、310、314、316或330不锈钢。5.一种高温烧结炉，包括炉胆，其特征在于，还包括电磁感应加热元件和冷却介质；所述炉胆包括内侧的内胆和外侧的碳纤维，...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛平，凌勇，董明，
申请(专利权)人：赛福纳米科技徐州有限公司，
类型：发明
国别省市：