本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用正極材料的制備方法，具體涉及一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝。

背景技術(shù)：

目前，鋰離子電池正極材料(鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等)主流的規(guī)?；苽浞椒楦邷毓滔?燒結(jié))法，主要設(shè)備采用隧道式窯爐(推板窯爐和輥道窯爐)和破碎設(shè)備(鄂破、對輥、氣流磨等)，主要工藝流程為物料裝填在匣鍋中，推送至隧道窯中進行燒結(jié)，燒結(jié)塊料經(jīng)顎式破碎機、對輥、精磨(氣流磨、機械磨等)三級破碎后出燒結(jié)成品。采用此種設(shè)備與工藝來制備材料，燒結(jié)溫度曲線平滑，內(nèi)部溫度分布均一，產(chǎn)品批次品質(zhì)穩(wěn)定，均一性優(yōu)秀。但是此工藝也有缺點，主要包括：①窯爐加熱方式為電加熱，能源轉(zhuǎn)換利用率低，能耗大。②窯爐為開放式結(jié)構(gòu)，熱污染嚴重。③匣鍋式裝填物料，跑冒滴漏較嚴重，匣鍋壽命短，需定期更換。④窯爐長度一般不超過50米，限制了窯爐的進料數(shù)量，導(dǎo)致燒結(jié)速度慢、能耗高。⑤高溫下長距離物料輸運，易出現(xiàn)爐內(nèi)物料卡住的異常。⑥物料為靜態(tài)燒結(jié)，半成品結(jié)塊，需要配備鄂破、對輥、氣流磨等三級破碎設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明轉(zhuǎn)變燒結(jié)方式，采用反應(yīng)顆粒物料+高溫氣流熱源流化動態(tài)燒結(jié)的方式，開發(fā)出了一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝。

本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于采用以下方法和步驟來進行物料燒結(jié)處理：

(1)將混合均勻的待反應(yīng)物料整批次裝填至反應(yīng)倉中，準備好物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源；

(2)熱風通入反應(yīng)倉開始加熱并流化待反應(yīng)物料，整個過程分成四步加熱流化燒結(jié)處理，第一步低溫低速流化燒結(jié)，第二步高溫低速流化燒結(jié)，第三步高溫高速流化燒結(jié)，第四步低溫高速流化燒結(jié)，高速流化階段將細粉分離收集；

(3)抽取樣品監(jiān)測物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料備用，不合格的繼續(xù)流化破碎直至粒度符合要求。

其中，所述物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源為空氣、n2及惰性氣體中的一種或幾種。

其中，所述的第一步低溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為200～650℃，風速為0.5～150m/s，燒結(jié)流化時間為1.5～3h。

其中，所述的第二步高溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為650～900℃，風速為150～300m/s，燒結(jié)流化時間為1.5～3h。

其中，所述的第三步高溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為900～1200℃，風速為300～400m/s，燒結(jié)流化時間為3～5h。

其中，所述的第四步低溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為常溫～300℃，風速為300～400m/s，燒結(jié)流化時間為0.5～1.5h。

其中，高速流化階段分離收集的細粉dmax≤5μm。

其中，最終成品物料的粒度分布可達到：4μm≤d50≤20μm。

其中，所述的熱風溫度為200～1200℃，氣壓為0.8～30mpa。

本發(fā)明的創(chuàng)新點在于熱風流化反應(yīng)物顆粒，在加熱反應(yīng)的同時完成顆粒粉碎，即上述主要步驟2，步驟2中的四個熱風溫度、風速和燒結(jié)流化時間是由反應(yīng)物決定的，如合成鈷酸鋰需要熱空氣，溫度使用400～1100℃；合成磷酸鐵鋰需要熱氮氣，溫度使用300～800攝氏度。

本發(fā)明的優(yōu)點是：(1)采用動態(tài)燒結(jié)方式，物料受熱均勻，反應(yīng)均一速度快。(2)采用熱風供給高溫熱源，能源利用率高，能耗低。(3)采用氣源使顆粒物料流化，在反應(yīng)的同時實現(xiàn)物料細磨，無需搭配鄂破對輥精磨就可實現(xiàn)產(chǎn)物粒度的精確控制。(4)燒結(jié)過程中物料輸運過程少，密封式燒結(jié)，跑冒滴漏更少。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)隧道窯燒結(jié)工藝示意圖。

圖2為本發(fā)明燒結(jié)工藝示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖說明對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。

對比例：選取某種型號的鋰電池正極材料待反應(yīng)物料500kg，燒結(jié)破碎工藝照圖1進行，其流程如下：

(1)采用34m輥道窯進行燒結(jié)，輥道窯預(yù)先進行升溫并保溫，溫度設(shè)置為低溫區(qū)300～650℃，中溫區(qū)650～900℃，高溫區(qū)900～1100℃，推速設(shè)置為2.0～3.0m/h；采用匣鍋裝料，每鍋4～8kg。

(2)待物料燒結(jié)結(jié)束從爐尾出來后，將塊狀物料從鍋中卸出，冷卻至50～80℃。

(3)使用顎式破碎機和對輥對物料進行粗破碎，粗破碎物料使用氣流磨進行精破碎，氣流磨過程中取樣監(jiān)測物料粒度，合格后將物料卸出。

實施例：實施例的材料型號與對比例相同，選取三個批次物料每批次500kg，其制備方法如圖2所示：一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其步驟為：

(1)將混合均勻的待反應(yīng)物料整批次裝填至反應(yīng)倉中，準備好物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源。

(2)熱風通入反應(yīng)倉開始加熱并流化待反應(yīng)物料，整個過程分成四步加熱流化燒結(jié)處理，第一步低溫低速流化燒結(jié)，第二步高溫低速流化燒結(jié)，第三步高溫高速流化燒結(jié)，第四步低溫高速流化燒結(jié)，高速流化階段將細粉分離收集；

(3)抽取樣品監(jiān)測物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料備用，不合格的繼續(xù)流化破碎直至粒度符合要求。

實施例1：其中，所述物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源為空氣。

其中，所述的第一步低溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為400℃，風速為75m/s，燒結(jié)流化時間為2h。所述的第二步高溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為700℃，風速為225m/s，燒結(jié)流化時間為2h。所述的第三步高溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為980℃，風速為350m/s，燒結(jié)流化時間為4h。所述的第四步低溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為150℃，風速為350m/s，燒結(jié)流化時間為1h。

實施例2：其中，所述物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源為空氣。

其中，所述的第一步低溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為500℃，風速為75m/s，燒結(jié)流化時間為2h。所述的第二步高溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為800℃，風速為225m/s，燒結(jié)流化時間為2h。所述的第三步高溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為1020℃，風速為350m/s，燒結(jié)流化時間為4h。所述的第四步低溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為180℃，風速為350m/s，燒結(jié)流化時間為1h。

實施例3：其中，所述物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源為空氣。

其中，所述的第一步低溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為600℃，風速為75m/s，燒結(jié)流化時間為2h。所述的第二步高溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為900℃，風速為225m/s，燒結(jié)流化時間為2h。所述的第三步高溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為1100℃，風速為350m/s，燒結(jié)流化時間為4h。所述的第四步低溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為200℃，風速為350m/s，燒結(jié)流化時間為1h。

將上述對比例與實施例的燒結(jié)工序成品各項參數(shù)指標進行對比，如表1所示：

表1對比例與實施例燒結(jié)成品參數(shù)對比

對比例與實施例燒結(jié)成品參數(shù)對比結(jié)果表明，依照本發(fā)明方法制成的燒結(jié)工序成品與傳統(tǒng)方法相比，反應(yīng)速率更快制程時間更短，不使用額外的破碎設(shè)備即可獲得與精破碎設(shè)備同樣粒度分布的物料，制程過程中跑冒滴漏更少制成率更高。

技術(shù)特征：

1.一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于采用以下方法和步驟來進行物料燒結(jié)處理：

(1)將混合均勻的待反應(yīng)物料整批次裝填至反應(yīng)倉中，準備好物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源；

(2)熱風通入反應(yīng)倉開始加熱并流化待反應(yīng)物料，整個過程分成四步加熱流化燒結(jié)處理，第一步低溫低速流化燒結(jié)，第二步高溫低速流化燒結(jié)，第三步高溫高速流化燒結(jié)，第四步低溫高速流化燒結(jié)，高速流化階段將細粉分離收集；

(3)抽取樣品監(jiān)測物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料備用，不合格的繼續(xù)流化破碎直至粒度符合要求。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：所述物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源為空氣、n2及惰性氣體中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：所述的第一步低溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為200～650℃，風速為0.5～150m/s，燒結(jié)流化時間為1.5～3h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：所述的第二步高溫低速流化燒結(jié)，熱風溫度為650～900℃，風速為150～300m/s，燒結(jié)流化時間為1.5～3h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：所述的第三步高溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為900～1200℃，風速為300～400m/s，燒結(jié)流化時間為3～5h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：所述的第四步低溫高速流化燒結(jié)，熱風溫度為常溫～300℃，風速為300～400m/s，燒結(jié)流化時間為0.5～1.5h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：高速流化階段分離收集的細粉dmax≤5μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：最終成品物料的粒度分布可達到：4μm≤d50≤20μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子正極材料制備的燒結(jié)工藝，其特征在于：所述的熱風溫度為200～1200℃，氣壓為0.8～30mpa。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池正極材料制備的燒結(jié)工藝，該工藝首先將混合均勻的待反應(yīng)物料整批次裝填至反應(yīng)倉中，同時準備好物料反應(yīng)及流化用高溫清潔熱風氣源。然后將熱風通入反應(yīng)倉開始加熱并流化待反應(yīng)物料，整個過程分成四步加熱流化燒結(jié)處理，高速流化階段將細粉分離收集。第四階段抽取樣品監(jiān)測物料粒度分布，粒度符合要求的物料出料備用，不合格的繼續(xù)流化破碎直至粒度符合要求。本發(fā)明的優(yōu)點是：(1)采用動態(tài)燒結(jié)方式，物料受熱均勻，反應(yīng)均一速度快。(2)采用熱風供給高溫熱源，能源利用率高，能耗低。(3)采用氣源使顆粒物料流化，在反應(yīng)的同時實現(xiàn)物料細磨，無需搭配鄂破對輥精磨就可實現(xiàn)產(chǎn)物粒度的精確控制。

技術(shù)研發(fā)人員：姚繼蓬

受保護的技術(shù)使用者：山東金品能源有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2019.12.12

技術(shù)公布日：2020.04.14