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    磷酸铁锂的烧结设备
    作者:    来源:江苏前锦炉业设备有限公司    时间:2021/3/20    点击:362

    目前主要的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、三元材料、磷酸铁锂等几种。其中磷酸铁锂的橄榄石结构,具有先天性的结构稳定特性,特别是在安全性和循环性能等方面具有无可比拟的优势,被广泛应用于多个领域。

    磷酸铁锂电池示意图

    目前市场上销售的磷酸铁锂产品不同批次性能相差比较大,而采用“两步法”的生产工艺,则具有生产过程稳定、所制备的产品振实密度高、比表面积小等特点。

    磷酸铁锂的“两步法”生产工艺流程图

    根据对生产工艺的研究,产品一致性差主要跟原材料的控制、烧结工艺以及产物的后续处理工艺有关。

    磷酸铁锂的烧结及设备

    磷酸铁锂的烧结分为预烧和第二次烧结,相对于磷酸铁锂制备的第二步烧结工艺,第一步预烧工艺更加困难,主要是因为:

    (1)在预烧过程中,物料反应会产生大量的氨气、二氧化碳和水蒸气,这种混合废气会对炉膛材料和加热元件产生腐蚀作用,气味刺鼻,不允许直接排放。

    (2)物料在100℃以上就必须严格控制氧含量小于10×10–5,以防止二价铁氧化,要求炉体加热时密封良好。

    (3)为使物料充分反应,一是对预烧的温度均匀度有要求,一般控制在±5℃左右;二是装料不能过厚过密,防止内部反应不完全,废气排出受阻。

    (4)预烧工艺要求物料反应完成后,快速升温至600℃左右,然后在尽可能短的时间内降到室温出炉。

    目前,磷酸铁锂材料的制备已从最初的间歇式设备(如气氛;ぶ诱致、气氛;は涫铰龋┓⒄刮陨璞。例如:推板窑、钢带炉、回转窑等。在磷酸铁锂生产中,氧含量和水含量是必须要稳定控制的,虽然回转窑密闭性好,但是排气不好,窑炉内容易累积水蒸气,这些水蒸汽不可避免地会扩散到高温还原区,并会消耗产品中的碳,因此采用回转窑设备很难将产品做稳定,相对而言,推板窑和钢带炉比较适合作为磷酸铁锂的煅烧设备。

    管式回转炉

    回转窑炉


    优势:连续生产,产量大。

    缺点:炉管内部摩擦因素不同,不同颗粒粉末在炉内的运动轨迹也不同,物料在炉内分布不均,带的热量大小不一且行程各有长短,造成炉管内不同位置点的温度差异,影响材料的性能。并且在高温下粉末容易粘附在炉管内壁,出现粉末粒度不均匀情况。

    氮气循环厢式炉

    氮气循环厢式炉工作原理图

    特点:现场运行表明,该设备稳定可靠。单台成本40万元,保温功率25kW,年维修费用低于1000元。在炉体结构、制造成本、生产费效比上都具有很大的优势,它甚至可作为磷酸铁锂的后道烧结设备使用。

    推板窑炉

    磷酸铁锂材料的性能很容易受到材料组分结构的影响,为了防止二价铁的氧化并实现连续生产,磷酸铁锂的煅烧合成中多采用氮气气氛进行;。

    全自动气氛;わ绯夭牧仙战嵬瓢逡ぢ

    氮气推板炉的机械结构:

    采用全新液压推进机构的氮气;ね瓢迓饕芍没黄、炉膛温区、回推滚道、液压推进系统、密封装置、气氛管路、水路、电气控制柜组成。整个设备控制系统为自动运行,只需把需烧结的磷酸铁锂粉料置于滚道上,设备自动将粉料送进气室置换,置换完毕后送进炉膛进行气氛;ど战,最后在计量好的工艺时间内自动把烧成的粉料送出炉膛,且出炉的粉料温度在50℃以下,保证粉料出炉后不被空气氧化。

    氮气推板炉的控制系统:

    窑炉的控制系统由温度控制系统,液压控制系统,炉膛气氛控制系统和计算机数据采集系统四大部分组成。

    推板炉控制系统结构

    氮气推板炉的主要特点:

    (1)控温采用先进的PID控制算法仪表,温度控制精度高,减小了炉膛温度的波动。

    (2)炉膛氧含量控制在20×10-6以下。

    (3)设备采用液压系统控制推进速度,速度平滑稳定,有效地解决了电动推杆推力过小的不足。

    (4)设备在保温过程中能耗较低,保温功率只有满功率的50%左右。

    (5)整个推进系统自动运行,可以连续放料和出料,能保证产量。

    (6)计算机全程记录各个温区参数、推进速度,记录炉子运行状态,以便查询。

    (7)窑炉生产时为全自动运行,检修时候可以切换到手动运行。

    钢带窑炉

    特点:

    • 无人工干预,铺料均匀,温度场稳定;
    • 无舟皿装料无烧结或还原死角,气氛均匀;
    • 温度控制精确,分布均匀,质量稳定可靠;
    • 自动化程度高,减少劳动强度,节约人工成本;
    • 钢带传热快,接近钢带物料层过热,出现物料垂直方向加热不均匀现象,可通过调节铺料厚度与控制带速等工艺参数来解决;
    • 采用二段式合成时,Fe2+不容易被氧化,基本无杂相,产品均一,性能稳定可靠。
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