鋰電池材料燒成工藝及裝置研究

汪成東　黃曦　徐平

摘 要：鋰電池材料具有資源豐富和使用安全等優(yōu)勢(shì)，其作為蓄電電池正負(fù)極材料被廣泛使用，但生產(chǎn)中普遍存在能源、耗材消耗大，成本高等問(wèn)題。本研究提出新的燒成工藝及裝備方案，將材料隔焰燒成創(chuàng)新為材料的明焰裸燒，顯著地降低了能耗和燒成成本，減少了環(huán)保壓力。

關(guān)鍵詞：鋰電池;材料;燒成;新工藝

1 前 言

鋰電池材料具有環(huán)保和使用安全方面的優(yōu)勢(shì)，因此在蓄電電池中被廣泛采用。蓄電電池中正負(fù)極材料的燒成，目前以匣缽承裝疊燒，以輥道窯、推板窯燒成為主。

2 鋰電池材料生產(chǎn)存在的問(wèn)題

鋰電池材料生產(chǎn)普遍存在幾方面的問(wèn)題：其一是：由于匣缽的重量近乎承燒材料的兩倍，燒成中匣缽消耗了大量的能源;且匣缽的圍邊不利于材料的均勻快速升溫與冷卻，延長(zhǎng)了燒成周期;另一方面，由于匣缽圍邊的應(yīng)力不均，高溫?zé)釠_擊下，使得匣缽邊沿容易產(chǎn)生開(kāi)裂缺陷，材料粉料容易泄漏，導(dǎo)致匣缽被迫提前報(bào)廢，增加了耗材的使用成本;再一方面，由于鋰離子對(duì)匣缽的高溫侵蝕嚴(yán)重，匣缽表面附著材料粉末，報(bào)廢后容易滲出影響環(huán)境，且難以回收利用，增加了環(huán)保壓力。如何解決生產(chǎn)中的難題，提高熱能利用率，降低生產(chǎn)成本，是鋰電池材料生產(chǎn)研究的重要課題，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

3 鋰電池材料燒成新工藝

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，采用一種電池材料的燒成新工藝，包括以下步驟：（1）待燒材料成形;（2）上耐火托板;（3）入窯燒成;（4）半成品取出;（5）粉碎。最后包裝得到電池材料產(chǎn)品。

其中待燒材料成形，是指將待燒材料經(jīng)沖壓成形為多孔材料塊，或?qū)⒋裏牧辖?jīng)真空練泥機(jī)擠出，成帶蜂窩或孔槽的材料條，再切成一定長(zhǎng)度的材料塊。這樣便于材料塊在窯爐熱場(chǎng)中的均勻受熱。

上耐火托板指利用人工或機(jī)械手將材料塊在耐火托板上碼放整齊。

耐火托板的材質(zhì)為石墨、碳化硅、莫來(lái)石或堇青石的至少一種，用于承托待燒材料塊，并在窯爐內(nèi)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)材料塊的裸燒。耐火托板還可由兩層材料復(fù)合而成，其底部以莫來(lái)石、堇青石質(zhì)為主體材質(zhì)，其表面以空心氧化鋁微球、石墨、剛玉、氧化鎳、氧化鈣、氧化鎂、磷酸鋁、氧化鐵、碳化硅、粘土的至少一種為材質(zhì)進(jìn)行復(fù)合;復(fù)合的方式是成型復(fù)合或涂層復(fù)合。耐火托板表層材料與鋰離子的高溫反應(yīng)少，可顯著提高耐火托板的使用壽命。

燒好的材料塊從耐火托板上取出，經(jīng)粉磨機(jī)磨成細(xì)粉，包裝備用。

為適應(yīng)以上電池材料燒成的新工藝的要求，新電池材料的燒成裝置，包括成型機(jī)、窯爐、耐火托板、粉碎機(jī)。在窯爐前端，設(shè)置將待燒材料成形為蜂窩塊狀的成型機(jī);在窯爐后端，設(shè)置有將已燒材料塊粉磨的粉碎機(jī)。常用窯爐為輥道窯和推板窯。

耐火托板上，開(kāi)有貫通的多個(gè)孔、槽或縫;耐火托板上的孔槽與擠出材料塊的孔槽貫通對(duì)應(yīng)，便于材料塊的對(duì)流傳熱。

耐火托板，也可由多個(gè)小塊耐火板拼接而成，并由碳化硅棒作為水平托架所構(gòu)成的單片大規(guī)格耐火托板。小塊耐火板之間也可依靠扣槽連接，構(gòu)成的單片大規(guī)格耐火托板。

4 結(jié) 語(yǔ)

電池材料的燒成，由材料粉末入匣缽圍燒，創(chuàng)新為平面耐火托板。承托材料塊裸燒的方式，極大地提高了傳熱效率，縮短了燒成周期。耐火托板比匣缽的熱應(yīng)力更加均勻，也極大地提高了其使用壽命，降低了生產(chǎn)成本，減少了廢舊耐火材料回收的環(huán)保壓力。新的電池材料的燒成裝置，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。實(shí)現(xiàn)了低成本、高能效生產(chǎn)，具有顯著經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。