本发明专利技术公开了一种锂电池正负极材料的转炉式生产工艺和装置，制备原料经过给料器进入流化床混合装置，在流化床混合装置中，制备原料充分混合，随后经过气固分离和预热进入转炉；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，生成的锂电池正负极材料进入颗粒冷却器冷却，空气与燃料通入燃烧器燃烧，燃烧产生的高温烟气进入转炉，维持转炉内的温度分布，离开转炉的烟气流过预热室和气固分离室，烟气中夹带的固体颗粒在气固分离室捕集后进入转炉，进入气固分离室的烟气和空气从气固分离室的气体出口流出。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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50(T90(TC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2CoC03 3Co (OH)2 3H20、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50(T90(TC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50(T90(TC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。
技术实现思路
技术问题本专利技术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。技术方案本专利技术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。本专利技术中，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。本专利技术中，制备原料的颗粒粒径是0. riOOumo本专利技术中，制备原料在气固分离预热室中预热至30(T40(TC后进入转炉。本专利技术中，在转炉中，制备原料在50(T90(TC的温度下，反应生成锂电池正负极材料。本专利技术中，在转炉中，烟气流向与锂电池正负极材料运动方向相反。本专利技术的锂电池正负极材料的转炉式生产装置，包括给料器、流化床混合装置、气固分离预热室、转炉、燃烧器和颗粒冷却器；气固分离 预热室包括一级旋风分离器、二级旋风分离器，以及依次连接的一级预热室、二级预热室和三级预热室，一级旋风分离器固体出口与一级预热室进料口连接，一级旋风分离器回料进口与二级旋风分离器气体出口连接，二级旋风分离器进料口与一级预热室提升管口连接，二级旋风分离器固体出口与一级预热室回料口连接。给料器与流化床混合装置的下端连接，流化床混合装置的底端设置有流化床进气口，流化床混合装置的上端设置有流化床出料口，流化床出料口与一级旋风分离器进料口连接；三级预热室出料口与转炉进料口连接，转炉出料口与颗粒冷却器进料口连接，颗粒冷却器排气口与燃烧器进气口连接，燃烧器排气口与转炉进气口连接，颗粒冷却器上设置有冷却进气口，燃烧器上设置有燃料进口。本专利技术装置中，转炉呈倾斜放置，转炉进料口的高度高于出料口的高度。本专利技术装置中，颗粒冷却器采用表面式空气冷却。本专利技术中，转炉的温度由来自燃烧器的烟气维持。有益效果本专利技术与现有技术相比，具有如下优点 (I)在锂电池正负极材料制备的混合阶段，本专利技术能够实现正负极制备材料的连续高效混合。传统的混合技术采用球磨机混合，球磨机需要电机驱动，由于球磨机内有较大较重的滚球，导致耗电量大，同时，球磨机混合的颗粒均匀性较差。本专利技术利用流化床较好的颗粒混合能力，流化床只需一台引风机送风，能耗小，颗粒混合更为均匀。(2)在锂电池正负极材料制备阶段，本专利技术能够实现锂电池正负极材料的连续大规模生产。传统的工艺流程是将混合好的锂电池正负极原料手工分装加入单个坩埚中，然后放入板式电炉经预热、反应和冷却后，手工取出。整个工艺流程自动化程度低，严重依赖人力资源，无法满足大规模生产的需要。本专利技术利用转炉，锂电池正负极材料从回转窑进口到出口经过预热和反应阶段实现正极材料的制备，生成的正负极材料进入颗粒冷却器冷却后即可包装。整个工艺流程连续，可以实现自动控制。(3)在传统的工艺流程中，采用了电加热来维持反应所需温度。本专利技术采用燃烧器直接燃烧天然气、合成气、油以及煤等化石燃料，利用燃烧后的高温烟气加热转炉，维持反应温度。化石燃料为一次能源，电能是二次能源，与直接电加热相比，采用化石燃料更为经济，具有明显的节能效果。(4)在传统的工艺流程中，正负极原料在坩埚中加热，固体颗粒之间相对静止，坩埚中原料的温度场分布不均与，造成产品的成品率相对较低。而采用转炉式反应工艺，固体原料颗粒随着转炉转动时相互掺杂混合，固体颗粒之间温度分布均匀，反应成品率高。(5)在传统的工艺流程中，锂电池正负极原料经过机械混合、电炉预热、电炉加热维持温度、冷却等过程，设备占地面积达，而本专利技术采用流化床混合、转炉式烧结和水冷等工艺，设备紧凑，占地面积小。附图说明图I为本专利技术的锂电池正负极材料的转炉式生产装置的结构示意图。图中有给料器I、流化床混合装置2、流化床出料口 21、气固分离预热室3、一级旋风分离器31、一级旋风分离器固体出口 311、一级旋风分离器回料进口 312、一级旋风分离器进料口 313、一级预热室32、一级预热室进料口 321、一级预热室提升管口 322、一级预热室回料口 323、二级预热室33、三级预热室34、三级预热室出料口 341、二级旋风分离器35、二级旋风分离器气体出口 351、二级旋风分离器进料口 352、二级旋风分离器固体出口 353、转炉4、转炉进料口 41、转炉出料口 42、转炉进气口 43、燃烧器5、燃烧器进气口 51、燃烧器排气口 52、燃料进口 53、颗粒冷却器6、颗粒冷却器进料口 61、颗粒冷却器排气口 62、颗粒冷空气进口 63、颗粒冷却器出口 64。具体实施方式 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的锂电池正负极材料的转炉式生产工艺，工艺流程如附图I所示，实施例I : 将颗粒粒径0. riOO u m的制备原料A通过给料器I送入流化床混合装置2中，从所述流化床混合装置2底端的流化床进气口 B通入空气，使制备原料A充分混合，并被空气夹带至气固分离预本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：向文国，陈时熠，薛志鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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