一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐的制作方法
【專利說明】一種連續(xù)生產(chǎn)鱗酸鐵裡正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于磷酸鐵鋰正極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐。
【背景技術(shù)】
[0003]磷酸鐵鋰材料由于具有安全性能好、放電倍率高、循環(huán)性能優(yōu)良、使用溫度范圍寬、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點，自問世以來便受到人們的廣泛關(guān)注，有望在電動汽車及便攜式電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著國家對環(huán)保問題越來越重視，尤其是2011年以來對鉛酸蓄電池生產(chǎn)的整治等原因，促進了動力用磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。但是，由于磷酸鐵鋰材料的制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備不成熟、技術(shù)門檻較高，因此產(chǎn)業(yè)化速度較慢，限制了其進一步的推廣應(yīng)用。
[0004]目前，磷酸鐵鋰材料的制備主要采用高溫固相反應(yīng)法，熱處理的溫度高達600-800°C。該溫度下，材料中的二價鐵離子極容易氧化，導(dǎo)致材料的性能下降。因此，為了防止磷酸鐵鋰材料在生產(chǎn)過程被氧化，國內(nèi)企業(yè)基本上都是采用間歇式的熱處理設(shè)備，如:氣氛保護箱式爐、氣氛保護鐘罩爐等，極大地限制了材料的生產(chǎn)效率。近年來，國內(nèi)的一些設(shè)備制造商嘗試開發(fā)可用于連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的推板窯、網(wǎng)帶爐、回轉(zhuǎn)窯，并在一些生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的企業(yè)進行了試用，取得了一些結(jié)果，但在材料性能的穩(wěn)定性與一致性方面與間歇式的熱處理設(shè)備仍然相差甚遠。同時，目前也有一些關(guān)于連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰材料的設(shè)備的專利，如專利號為CN201587859的專利介紹了一種磷酸鐵鋰材料微波加熱臥式連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備；專利號為CN102092699的專利介紹了一種磷酸鐵鋰前驅(qū)體燒結(jié)制備磷酸鐵鋰方法及微波燒結(jié)設(shè)備；專利號為CN201971642U的專利介紹了一種高導(dǎo)磷酸鐵鋰燒結(jié)裝置。但是，上述專利所涉及的各種設(shè)備，仍然存在一些缺陷，難以在實際生產(chǎn)中保證生產(chǎn)效率的同時兼顧材料的性能穩(wěn)定性及一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有磷酸鐵鋰材料生產(chǎn)設(shè)備無法兼顧生產(chǎn)效率及產(chǎn)品性能的不足，提供一種控溫準確、低氧含量并可以連續(xù)式生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，包括:爐體及支撐爐體的支撐機構(gòu)；其特征在于，還包括位于爐體內(nèi)的貫通式爐膛、位于爐體側(cè)面的進料口和出料口、設(shè)置于爐體側(cè)面的滾輪式密封機構(gòu)、穿過貫通式爐膛的帶凹槽的板式輸送帶、位于出料口前端的冷卻出料裝置連接貫通式爐膛的保護氣體輸入及氣體壓力控制裝置和溫度控制裝置，進料口和出料口均采用滾輪式密封機構(gòu)密封；其中，貫通式爐膛被三道密封墻劃分為四段工藝區(qū)間，各區(qū)間的工作溫度及保護氣體的氣壓存在差異，各密封墻上留有狹窄縫隙，所述的縫隙僅允許板式輸送帶及磷酸鐵鋰正極材料通過。
[0007]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，第一段工藝區(qū)間的長度為1.5-2米，溫度為80-150 °C，保護氣體壓力為Pl ;第二段工藝區(qū)間的長度為2.5-3米，溫度為300-450 °C，保護氣體壓力為P2 ;第三段工藝區(qū)間的長度為6-8米，溫度為600-700°C，保護氣體壓力為P3;第四段工藝區(qū)間為冷卻區(qū)間，設(shè)有循環(huán)水冷卻裝置，長度為2.5-3.5米，保護氣體壓力為P4 ;其中，各區(qū)間的保護氣體壓力均略高于標準大氣壓PO，且四者之間的相互關(guān)系為:P2=P3>P1>P4。
[0008]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，所述進料口和出料口分別位于爐體的兩側(cè)，滾輪式密封機構(gòu)中留有可以讓板式輸送帶及磷酸鐵鋰正極材料通過的狹窄縫隙，進料口和出料口分別穿過滾輪式密封機構(gòu)內(nèi)的狹窄縫隙。
[0009]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，所述的滾輪式密封機構(gòu)的滾輪由空心銅輥及包裹空心銅棍的橡膠外殼組成，空心銅輥內(nèi)部供循環(huán)冷卻水通過。
[0010]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，滾輪式密封機構(gòu)由至少2個滾輪以及與上部滾輪連接的彈簧構(gòu)成，根據(jù)磷酸鐵鋰正極材料厚度調(diào)節(jié)彈簧高度以調(diào)節(jié)上部滾輪、上部滾輪下方的相鄰滾輪之間的距離，使所述的距離僅允許板式輸送帶及磷酸鐵鋰正極材料通過，保持爐腔始終處于密封狀態(tài)。
[0011]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，燒結(jié)爐的板式輸送帶由帶凹槽的整體式薄鋼板組成，磷酸鐵鋰正極材料放置于凹槽內(nèi)，輸送帶在動力傳送系統(tǒng)的作用下完成磷酸鐵鋰正極材料的輸送工作。
[0012]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，燒結(jié)爐的板式輸送帶只有一條位于貫通式爐膛中，另一條位于爐膛外部。
[0013]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，組成板式輸送帶的整體式薄鋼板厚度為10_50mm，材料為彈簧鋼。
[0014]前述的一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，燒結(jié)爐的溫度控制裝置、保護氣體輸入及氣體壓力控制裝置采用PLC控制，實時監(jiān)控各工作區(qū)間的溫度及氣體壓力，并可以對工作區(qū)間的溫度及壓力進行調(diào)整。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明裝置為帶式氣氛燒結(jié)爐，采用了帶凹槽的整體式薄鋼板作為輸送帶，可以實現(xiàn)連續(xù)式的生產(chǎn)，不僅效率高，而且可以減少操作工人的數(shù)量，節(jié)約勞動力成本；本發(fā)明采用了獨特的密封機構(gòu)，不僅可以實現(xiàn)爐腔的密封，而且可以通過不同工作區(qū)間的氣壓差進一步降低高溫工作區(qū)間的含氧量，改善材料的性能。本發(fā)明裝置作為一種兼顧生產(chǎn)效率及材料性能的連續(xù)式生產(chǎn)設(shè)備，有望在磷酸鐵鋰正極材料的規(guī)?；a(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為冷卻區(qū)間的剖面圖，冷卻裝置為“回”字形冷卻水套；輸送帶為凹槽式的板式結(jié)構(gòu)。
[0018]圖3為放大后的密封滾輪結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0020]根據(jù)圖1-圖3，一種連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰正極材料的帶式氣氛燒結(jié)爐，包括:爐體101及支撐爐體的支撐機構(gòu)102 ;其特征在于，還包括位于爐體101內(nèi)的貫通式爐膛103、位于爐體側(cè)面106的進料口 104和出料口 105、設(shè)置于爐體側(cè)面106的滾輪式密封機構(gòu)111、穿過貫通式爐膛103的帶凹槽的板式輸送帶107、位于出料口 105前端的冷卻出料裝置109、連接貫通式爐膛的保護氣體輸入及氣體壓力控制裝置108和溫度控制裝置，進料口和出料口均采用滾輪式密封機構(gòu)111密封，即滾輪式密封機構(gòu)為2組。溫度控制裝置包括溫度傳感器、控制器、加熱裝置等結(jié)構(gòu)。爐體的進料口 104、出料口 105分別設(shè)置于爐體的左右兩偵U。滾輪式密封機構(gòu)中留有可以讓板式輸送帶及磷酸鐵鋰正極材料通過的狹窄縫隙，進料口和出料口分別穿過滾輪式密封機構(gòu)內(nèi)的狹窄縫隙。
[0021]本發(fā)明所述的帶式氣氛燒結(jié)爐，其貫通式爐膛被三道密封墻110劃分為四段工藝區(qū)間，各區(qū)間內(nèi)的溫度可以通過PLC控制進行調(diào)整，而材料的熱處理時間則可以通過調(diào)整輸送帶的傳送速度及各工作區(qū)間的長短來實現(xiàn)控制。本發(fā)明中，第一段工藝區(qū)間的長度為1.5-2米，溫度為80-150°C ;第二段工藝區(qū)間的長度為2.5-3米，溫度為300_450°C ;第三段工藝區(qū)間的長度為6-8米，溫度為600-700°C ;第四段工藝區(qū)間為冷卻區(qū)間，設(shè)有循環(huán)水冷卻裝置，長度為2.5-3.5米。
[0022]為了防止材料在高溫區(qū)被氧化，本發(fā)明裝置在工作前應(yīng)先對爐腔抽真空，然后再通入保護氣體，如高純度的氮氣及氬氣。
[0023]本發(fā)明中，由于爐腔的各工作區(qū)間被密封墻隔開，僅留有允許板式輸送帶及磷酸鐵鋰正極材料通過的極小縫隙，因此在工作時可以通過保護氣體輸入及壓力控制裝置來調(diào)整各個工作區(qū)間的氣壓，使之存在差異。在本發(fā)明裝置的爐腔各區(qū)間內(nèi)的保護氣體壓力關(guān)系為P2=P3>P1>P4>P0，即高溫工作區(qū)的氣壓大于低溫工作區(qū)的氣壓，爐膛內(nèi)的氣壓大于爐膛外的空氣氣壓。由于爐腔內(nèi)的保護氣體只能由高壓段流向低壓段，因此就可以有效防止爐膛外的空氣進入爐膛內(nèi)、低溫區(qū)的保護氣體進入高溫區(qū)，從而減少材料被氧化的幾率。
[0024]本發(fā)明裝置的保護氣體輸入及氣體壓力控制裝置由充氣管道、抽氣管道、電磁閥門以及壓力傳感器構(gòu)成，其中每條充氣管道與抽氣管道上均裝有一個電磁閥，并利用三通接頭連接在一起，抽氣管道與充氣管道通過三通接頭連接在一起，充氣工序時關(guān)閉抽氣管道的電磁閥，抽氣工序時則關(guān)閉充氣管道的電磁閥。在生產(chǎn)時，各個工作區(qū)間的氣壓由壓力傳感