二次电池正极材料烧结装置及烧结方法与流程

本发明公开了一种用于将锂二次电池用正极材料进行连续烧结的烧结装置及烧结方法。

背景技术：

通常，锂二次电池具有高能量密度、优异的输出特性以及可轻量化。因此，锂二次电池作为用于移动通信设备、混合电动车辆和家用电器的能量存储装置受到关注。近来，由于电动车辆的需求增加，对锂二次电池的需求也增加。

锂二次电池主要由正极材料、负极材料、电解质和隔离膜组成，其中正极材料的成本占比最大。

正极材料的生产工艺主要由共沉淀、烧结和热处理工艺组成。共沉淀工艺是加入镍、钴等金属生产出前体的工艺。烧结工艺是将前体与锂混合后加热的高温反应工艺。热处理工艺是涂覆烧结产品后进行热处理的工艺。

烧结工艺可以利用烧结炉。烧结炉的容量成为正极材料生产线前后工艺的容量设计基础。在现有情况下，增加烧结炉的生产容量是受限制的，因此难以增加正极材料的产量。

技术实现要素：

技术问题

本发明提供一种二次电池正极材料烧结装置及烧结方法，通过向烧结炉内部加入大量的原料，可以进一步增加正极材料的产量。

技术方案

本示例性实施方案的正极材料烧结装置可包括：输送线，其用于连续输送原料；烧结炉，其形成有连接于所述输送线且与外部隔绝的内部空间，用于进行原料的烧结；以及供应单元，其沿所述输送线配置在烧结炉的入口侧，用于将原料压制后供应到烧结炉。

所述供应单元可包括：板体，其有间隔地放在输送线上；供模机，其用于供应放在所述板体上的模框；装料机，其用于将原料装入所述模框内部；压制机，其用于对填充于所述模框中的原料施加压力进行压制。

所述供应单元可沿输送线的原料移动方向依次配置所述供模机、装料机及压制机。

所述烧结装置还可包括分离单元，其沿输送线配置在烧结炉的出口侧，用于从烧结炉中排出的板体分离出完成烧结的正极材料。

所述烧结装置还可包括清洗单元，其沿输送线配置在所述分离单元出口侧，用于清洗板体。

所述输送线可以是形成连接所述烧结炉的入口侧和出口侧的简单闭曲线，以使所述板体沿输送线连续循环的结构。

所述烧结炉沿原料移动的内部通道依次配置有升高原料温度的升温区、保持温度的保持区、将原料冷却的冷却区，并且可包括沿所述内部通道设置用于使原料移动的输送辊、沿所述内部通道设置的加热器、设置在所述各区内的隔离墙。

所述烧结炉还可包括：入口密封区，其设置在原料进入的入口侧，用于阻断外部空气流入；以及出口密封区，其设置在完成烧结的正极材料排出的出口侧，用于阻断外部空气流入。

本示例性实施方案的正极材料烧结方法可包括沿输送线连续输送原料的工艺、将输送的原料在烧结炉中进行烧结的工艺、通过输送线供应进行压制的原料的步骤。

所述供应进行压制的原料的步骤可包括将模框供应到放在输送线上的板体上的步骤、将原料装入所述模框内部的步骤、对填充于所述模框中的原料施加压力进行压制的步骤。

所述供应进行压制的原料的步骤还可包括对原料施加压力进行压制后移除模框的步骤。

所述烧结方法还可包括烧结工艺后将完成烧结的正极材料从板体分离的步骤。

所述烧结方法还可包括将正极材料从板体分离后清洗板体的步骤。

发明效果

根据本示例性实施方案，将原料压制提高密度后供应到烧结炉，从而可以烧制更多的原料增加正极材料的产量。

另外，可以防止原料造成烧结炉内污染。

附图说明

图1是示出根据本实施例的二次电池正极材料烧结装置结构的示意图。

图2是示出根据本实施例的二次电池正极材料烧结装置的烧结炉的侧剖面示意图。

图3是示出根据本实施例的二次电池正极材料烧结装置的供应单元结构的示意图。

图4是示出根据本实施例制成的正极材料的质量评价结果的条形图。

图5是示出根据本实施例制成的正极材料的产量增加结果的条形图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施例，以使本发明所属领域的普通技术人员容易实施本发明。本发明所属领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的概念和范围的基础上，本文所述的实施例能够以各种不同方式变形实施。在附图中尽量采用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

本文所使用的术语只是出于描述特定实施例，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包括复数形式。还应该理解的是，说明书中使用的术语“包括”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。

本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同。对于辞典里面有定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。

图1示出根据本实施例的二次电池正极材料烧结装置的结构。

如图1所示，正极材料烧结装置可包括：输送线10，其用于连续输送原料；烧结炉20，其形成有连接于输送线10且与外部隔绝的内部空间，用于进行原料的烧结；以及供应单元30，其沿输送线10配置在烧结炉20的入口侧，用于将原料供应到烧结炉20。

原料通过输送线10连续供应到烧结炉20。原料经烧结炉20连续烧结而制成正极材料。

对于输送线10，例如可包括有间隔地配置的多个辊轮。因此，当辊轮旋转驱动时，可以使放在其上方的对象朝所希望方向移动。

烧结炉20具有与输送线10连接的入口和出口。烧结炉20沿原料行进方向分为升高原料温度的升温区21、保持原料温度的保持区22及将原料冷却的冷却区23。烧结炉20的入口侧和出口侧还可以具有用于阻断外部空气流入的入口密封区24和出口密封区25。在下面的描述中，入口侧是指沿原料行进方向进入的一例，而出口侧是指退出的一例。

如果有空气流入，就会造成烧结的原料杂质含量变高，因此需要最大限度地抑制与空气接触。入口密封区24和出口密封区25由入口侧和出口侧的双门结构组成，通过相互交替地打开或关闭两个门阻断外部空气与原料的接触，并防止外部空气流入到烧结炉20内部。入口密封区24和出口密封区25将烧结炉20内部环境保持在氧气环境。也就是说，当入口密封区24入口侧的门打开时，出口侧的门会关闭，当原料进入入口密封区24后入口侧的门关闭时，出口侧的门会打开。因此，可以防止外部空气流入到烧结炉20内部。

因此，沿输送线10移动的原料通过入口密封区24进入烧结炉后，经升温区21、保持区22、冷却区23完成烧结，然后经出口密封区25排出到输送线10。通过入口密封区24的原料在升温区21温度升高，在保持区22于最佳温度下发生烧结。烧结的原料经冷却区23自然冷却，并通过出口密封区25从烧结炉20排出。

图2示出烧结炉20的内部结构。如图2所示，烧结炉20可包括沿内部通道设置用于使原料移动的输送辊60、沿内部通道设置的加热器62、沿内部通道设置在升温区21和保持区22及冷却区23内的隔离墙63。

输送辊60连接于输送线10，使得沿输送线10移动的板体在烧结炉20内部连续移动。烧结炉20的下方设置有与内部通道连通用于向内部供应气体的供应口64，而在上方设置有用于排出气体的排出口65。在升温区21和保持区22内加热器62设置于输送辊60的上下侧。各区内设置有隔离墙63，以将区域区分为多个区段。通过设置隔离墙63，可以向每个区段传递不同热能。在烧结炉20中，设置在保持区22的隔离墙63的间隔相对大于设置在升温区21的隔离墙63的间隔，从而可以保持原料的温度并引起烧结。设置在冷却区23的隔离墙63的间隔可以设置成相对更大于设置在保持区22的隔离墙63的间隔。

如图3所示，本实施例的供应单元30可包括：板体31，其有间隔地放在输送线10上；供模机33，其用于供应放在板体31上的模框32；装料机34，其用于将原料装入模框32内部；压制机35，其用于对填充于模框32中的原料施加压力进行压制。

板体31可以是放置原料的平板结构体。板体31沿输送线10有间隔地连续配置。在本实施例中，输送线10可以形成连接烧结炉20的入口侧和出口侧的简单闭曲线。简单闭曲线可以是指输送线10的两端分别连接于烧结炉20的入口侧和出口侧形成无限循环轨道形式的闭曲线。因此，板体31沿输送线10经烧结炉20连续循环，将供应自供应单元30的原料制成正极材料。

供模机33位于输送线10上方，用于供应准备好的模框32放在输送线10上的板体31上。模框32可以是例如由四个侧板组成的方格形式的框架结构。模框32只要在压制原料时能够保持其形状即可，可以变形为各种形状。模框32可在内部压制有原料的状态下与原料一起移动到烧结炉20。对于这种结构，模框32围绕原料的外侧，因此可有效地防止原料造成烧结炉20内污染。模框32可由导热效率高的材料形成。另外，模框32可以将厚度形成得尽可能薄。因此，通过模框32向原料有效地传热，从而可以提高原料烧结效率。在本实施例中，将原料压制后，可以从原料移除模框32。对于这种结构，在烧结炉20内部更易于向原料传热，从而可以缩短烧结时间，进一步降低能量成本。

装料机34位于输送线10上方，用于将原料供应到放在板体31上的模框32的内部。压制机35位于输送线10上方并上下驱动，用于对装入模框32的原料施加压力进行压制。因此，原料在模框32内被压制，从而体积减小密度变高。由于原料的体积减小，可以在相同的面积内积压更多的原料供应到烧结炉。因此，与非压缩原料相比，可以向相同容量的烧结炉20内部加入更多的原料，从而可以烧制更多的原料增加正极材料产量。

在本实施例中，供应单元30可沿输送线10的原料移动方向依次配置供模机33、装料机34及压制机35。例如，供模机33和装料机34及压制机35能够以与放在输送线10上的板体31的间隔相对应的间隔依次配置。因此，板体31沿输送线10移动依次经过供模机33和装料机34及压制机35时，原料在板体31上最终压制在模框32内。

本实施例的烧结装置还可包括分离单元40，其沿输送线10配置在烧结炉20的出口侧，用于从烧结炉20中排出的板体31分离出完成烧结的正极材料。另外，还可包括清洗单元50，其沿输送线10配置在分离单元40出口侧，用于清洗板体31。

分离单元40用于从板体31分离出正极材料。在本实施例中，分离单元40可以是夹住板体31的两端将板体31翻转使得正极材料因自身重量从板体31脱落的结构。除了这种结构之外，分离单元40可以形成为各种结构，例如从板体31推出正极材料的结构。从板体31分离的正极材料可输送到后续工艺。

清洗单元50用于清洗分离正极材料后的板体31表面。由于板体31上粘附有很多烧结的原料，需要清洗干净，以便下次使用。在本实施例中，清洗单元50可以是刷子或刮刀与板体31表面紧密接触以将粘附在板体31表面上的烧结原料等擦洗干净的结构。

经过分离单元40和清洗单元50的板体31沿输送线10重新移动到供应单元30以供再使用。

下面描述根据本实施例的正极材料烧结过程。

沿输送线10连续供应的原料经烧结炉20烧结成正极材料。为了供应原料，首先将模框32供应到放在输送线10上的板体31上。然后，将原料装入模框32内部，再对填充于模框32中的原料施加压力进行压制。因此，原料在模框32内体积减小坚实地压制成高密度。在此状态下，原料装入烧结炉20经烧结过程制成正极材料。如果需要，可以从压制的原料移除模框32后只供应原料到烧结炉20进行烧结。从烧结炉20出口侧排出的正极材料通过分离单元40从板体31上分离。另外，分离出正极材料的板体31经清洗单元50清洗掉粘附在表面上的原料等异物后，重新移动到供应单元30以供再使用。

板体31沿输送线10继续循环重复上述的过程，从而连续进行对原料的烧结工艺。

如此，通过在模框32内压制原料减小体积提高密度后供应到烧结炉20，可以向烧结炉20内部加入更多的原料。由此，通过相同容量的烧结炉20烧制更多的原料，从而可以增加正极材料产量。

图4是示出根据本实施例制成的正极材料的质量评价结果的条形图。

对根据本实施例烧结的正极材料进行了质量评价，评价项目是残留锂含量、含水率、杂质含量(fe、al、ca、mg、zr)、放电时电流值。残留锂含量、含水率、杂质含量值越低越好，而放电时电流值越高越好。

如图4所示，根据本实施例制成的正极材料在整体评价项目上符合标准值，因此质量上不存在任何问题。

图5是示出根据本实施例制成的正极材料的产量增加结果的条形图。

在图5中，比较例表示没有压制原料直接烧制的正极材料的产量，实施例表示如上所述压制原料提高密度后烧制的正极材料的产量。

实验结果，如图5所示，与比较例相比，在实施例的情况下，通过提高原料的供应密度，可以增加产量。正极材料产量与原料的密度成比例，通过进一步提高原料的密度，可以进一步增加产量。

也就是说，当根据本实施例制造正极材料时，对压制在板体31上的原料的热传递提高，而且原料压制会增加密度，从而可在烧结炉20内烧制更多的原料。

如上描述了本发明的示例性实施例，但本领域的技术人员可以进行各种变形提供不同实施例。这种变形和不同实施例均落入权利要求范围内，不会脱离本发明的真正的主旨和范围。