混料烧结系统、采用其制备粉体的方法及正极材料技术方案

本发明专利技术公开一种混料烧结系统、采用其制备粉体的方法及正极材料，该系统包括内部具有搅拌装置的反应器本体，搅拌装置包括一个或多个搅拌棒，搅拌棒的自由端与反应器本体内壁距离可调。该方法为将原料加入反应器本体内，调节搅拌棒自由端与反应器本体内壁的距离为1

【技术实现步骤摘要】
混料烧结系统、采用其制备粉体的方法及正极材料


[0001]本专利技术属于加热反应
，尤其涉及一种混料烧结系统、采用其制备粉体的方法及正极材料。

技术介绍

[0002]锂离子正极材料因其高能量密度、高能量转化效率、高工作电压、长循环寿命、无记忆效应等优点，被广泛应用于3C、储能、电动汽车等领域。目前锂离子正极材料的制备主要采用固相烧结法，实际生产时主要通过窑炉(如推板炉、辊道炉、箱式炉或回转窑等)来实现。由于窑炉设备长度较长，一般可达到20米以上，体积较大，能耗较高，会造成场地、设备和能源的消耗。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种混料烧结系统、采用其制备粉体的方法及正极材料，利用机械法产生高热对锂离子正极材料进行烧结，通过改变搅拌棒与反应器本体内壁的距离，以及转速和时间来实现原料混合和烧结合成，不仅节约了物料的过程传输，很大程度上合并了混料和烧结反应工序并去除了窑炉设备，从而使得锂离子正极材料加工成本大幅降低。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种混料烧结系统，包括反应器本体和驱动装置。所述反应器本体内部具有搅拌装置；所述驱动装置设于所述反应器本体外部，与所述搅拌装置连接，用于驱动所述搅拌装置。
[0006]所述搅拌装置包括一个或多个搅拌棒，所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体内壁的距离可调，以形成第一工作状态或第二工作状态。
[0007]进一步地，当所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体的内壁的距离取值范围大于1cm时，所述搅拌棒可打散混匀物料，形成所述第一工作状态；当所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体的内壁的距离取值范围小于1cm时，所述搅拌棒的自由端可与所述反应器本体摩擦生热，形成所述第二工作状态。
[0008]进一步地，所述搅拌棒的自由端具有摩擦部，当所述搅拌棒处于所述第二工作状态时，所述摩擦部与所述反应器本体的内壁面接触。
[0009]优选地，所述反应器本体内具有轴向设置的转轴，所述搅拌棒自由端的相对端连接于所述转轴上；所述摩擦部为摩擦辊，所述摩擦辊的轴线平行于所述转轴的轴线。通过所述转轴的转动实现所述搅拌棒的自由端进行旋转，进而对物料进行搅拌和与所述反应器本体内壁摩擦进行机械生热。
[0010]优选地，所述搅拌棒可以是沿所述转轴的轴向多层分布，或每层均匀分布。
[0011]更优选地，所述摩擦辊的长度为所述反应器本体高度的1/3
‑
2/3；所述摩擦辊的直径d与所述摩擦辊的长度L的比值介于1/3
‑
1/2；
[0012]更优选地，当所述搅拌棒处于所述第二工作状态时，所述摩擦辊与所述反应器本
体内壁的距离取值范围为0
‑
0.1cm。
[0013]通过以上参数设置，可以最大化地实现和利用机械生热的效应产生高热。
[0014]进一步地，所述系统还包括温度检测装置和控制装置，所述温度检测装置包括检测端和输出端，所述检测端位于所述反应器本体内部，所述输出端与所述控制装置信号连接。
[0015]所述控制装置还分别与所述驱动装置和所述搅拌棒信号连接，所述控制装置可根据所述检测端的信号调节所述驱动装置的转速以及所述搅拌棒自由端与所述反应器本体内壁的距离。
[0016]进一步地，所述搅拌棒包括通过螺纹或卡扣相互连接的内管和外管，所述内管与所述控制装置信号连接，所述控制装置可控制所述内管做旋转运动或伸缩运动以调节所述搅拌棒的长度，以实现所述搅拌棒与所述反应器本体内壁之间的距离调整。除此之外，也可以采用任何其他可以达到该目的的方式。
[0017]本专利技术还提供一种用所述的混料烧结系统制备粉体的方法，包括以下步骤：
[0018]混合：将原料加入所述反应器本体内，调节所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体内壁的距离为1
‑
10cm，在第一转速下完成混料；
[0019]烧结：调节所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体内壁的距离为0
‑
0.1cm，在第二转速下进行机械生热，使所述反应器本体内壁的温度T的取值范围达到700℃≤T≤1500℃，其中，所述第二转速大于所述第一转速。
[0020]进一步地，所述原料包括正极材料的前驱体和锂源，其中以Me计的所述前驱体和以Li计的所述锂源的摩尔比满足n(Li):n(Me)＝0.95
‑
1.30:1，其中的Me为所述前驱体中的金属元素的统称。
[0021]优选地，所述正极材料选自多元正极材料、钴酸锂、磷酸铁锂或磷酸锰铁锂中的一种或多种。
[0022]优选地，所述第一转速的取值范围为300
‑
600rpm，所述混合的时间为1
‑
90min。
[0023]优选地，所述第二转速的取值范围为3000
‑
10000rpm，所述烧结的时间为0.5
‑
10h。
[0024]在所述混合和烧结过程中，所述系统中的温度检测装置检测到所述反应器本体内的温度后，向所述控制装置进行反馈，所述控制装置根据所述温度通过所述驱动装置调整所述搅拌棒的长度，以控制所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体内壁的距离，同时通过所述驱动装置调节所述搅拌棒的转速。对所述距离和转速的控制，可以实现对机械生热后反应器内部温度的准确控制。同时，具体的转速根据所述搅拌棒的自由端的材质不同可略有差异。
[0025]当所述烧结为预烧反应时，所述第二转速的取值范围一般为3500
‑
4500rpm，所述反应器本体内壁的温度T的取值范围一般为700
‑
850℃。
[0026]当所述烧结为合成反应时，所述第二转速的取值范围一般为5000
‑
8000rpm，所述反应器本体内壁的温度T的取值范围一般为1000
‑
1200℃，所述烧结的时间约为30
‑
90min。
[0027]本专利技术还提供一种正极材料，由所述的混料烧结系统，或者由所述的混料烧结系统制备粉体的方法制备而成。
[0028]优选地，所述正极材料的长径比为0.98
‑
1.03；
[0029]优选地，所述正极材料的平均粒径为3
‑
500微米。
[0030]本专利技术通过设计与反应器内壁距离可调的搅拌装置，将正极材料的前驱体和锂盐按一定的配比加入反应器内，通过改变搅拌棒与反应器内壁距离，以及转速和时间来实现原料混合和烧结合成并将两者合二为一，不仅节约了物料的过程传输，还可以替代传统窑炉设备进行固相反应，从而使得锂离子正极材料加工成本大幅降低。另外，传统烧结获得的正极材料颗粒大小差异大，不均匀，而采用本申请的系统和方法制备的正极材料颗粒圆润，大小均衡，能量密度和压实密度大，性能得到明显提升。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混料烧结系统，包括：反应器本体，内部具有搅拌装置；驱动装置，设于所述反应器本体外部，与所述搅拌装置连接，用于驱动所述搅拌装置；其特征在于，所述搅拌装置包括一个或多个搅拌棒，所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体内壁的距离可调，以形成第一工作状态或第二工作状态。2.根据权利要求1所述的混料烧结系统，其特征在于，当所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体的内壁的距离取值范围大于1cm时，所述搅拌棒可打散混匀物料，形成所述第一工作状态；当所述搅拌棒的自由端与所述反应器本体的内壁的距离取值范围小于1cm时，所述搅拌棒的自由端可与所述反应器本体摩擦生热，形成所述第二工作状态。3.根据权利要求1或2所述的混料烧结系统，其特征在于，所述搅拌棒的自由端具有摩擦部，当所述搅拌棒处于所述第二工作状态时，所述摩擦部与所述反应器本体的内壁面接触；优选地，所述反应器本体内具有轴向设置的转轴，所述搅拌棒自由端的相对端连接于所述转轴上；所述摩擦部为摩擦辊，所述摩擦辊的轴线平行于所述转轴的轴线；优选地，所述摩擦辊的长度为所述反应器本体高度的1/3
‑
2/3；优选地，所述摩擦辊的直径d与所述摩擦辊的长度L的比值介于1/3
‑
1/2；优选地，当所述搅拌棒处于所述第二工作状态时，所述摩擦辊与所述反应器本体内壁的距离取值范围为0
‑
0.1cm。4.根据权利要求1或2所述的混料烧结系统，其特征在于，还包括温度检测装置和控制装置，所述温度检测装置包括检测端和输出端，所述检测端位于所述反应器本体内部，所述输出端与所述控制装置信号连接；所述控制装置还分别与所述驱动装置和所述搅拌棒信号连接，所述控制装置可根据所述检测端的信号调节所述驱动装置的转速以及所述搅拌棒自由端与所述反应器本体内壁的距离。5.根据权利要求4所述的混料烧结系统，其特征在于，所述搅拌棒包括通过螺纹或卡扣相互连接的内管和外管，所述内管与所述控制装置信号连接，所述控制装置可控制所述内管做旋转运动或伸缩运动以调节所述搅拌棒的长度。6.一种用权利要求1
‑
5任一项所述的混料烧结系统制备粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：混...

【专利技术属性】
技术研发人员：张力，陈彦彬，
申请(专利权)人：北京当升材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：