一种烧结锂电池正极材料的辊道窑的制作方法

1.本实用新型属于烧结设备技术领域，具体涉及一种烧结锂电池正极材料的辊道窑。


背景技术：

2.目前，在锂离子电池电极材料的生产过程中，烧结过程主要采用辊道窑、推板窑或回转窑等烧结设备。其中，辊道窑由于产能大，运行稳定可靠，适用于不同类型的锂电池电极材料的烧结，被国内外用户广泛采用。
3.辊道窑又称辊底窑，是连续烧成的窑，以转动的辊子作为坯体运载工具的隧道窑，装有电极材料的匣钵放置在许多条间隔很密的水平耐高温辊上，靠辊子的转动使匣钵从窑头传送到窑尾，辊道窑一般截面较小，窑内温度均匀，适合快速烧成，目前应用十分广泛。
4.但是，锂电池正极材料中的钴酸锂、锰酸锂及三元材料等正极材料通常采用空气气氛的辊道窑，主要为非密封性窑，加热点和测温点处在窑内不同的位置，与不同位置的匣钵在空间上存在一定距离，此外，材料在烧结过程中存在着吸热或放热反应，存在温度波动等情况，导致材料实际的烧结温度和加热棒设定温度之间存在较大的差异。在较大程度上影响了电极材料的性能，使得烧结后电极材料性能不均一，从而影响了锂电池的充放电性能的均匀性和稳定性。
5.另外，为了提高产能，减少能耗，采用多层匣钵叠加设置，但是这种设计方式会导致材料在烧结过程上下层温度和气氛不一致，因而所得到正极材料性能必定存在较大差异。现有的烧结设备中采用上加热装置和下加热装置温度一致的方式进行设定，这往往会导致不同位置匣钵物料的实际温度存在显著的差异，进一步导致烧结后材料的晶体结构和性能存在较大差异。
6.因此，在锂电池正极材料的实际生产中，急需解决目前空气气氛的辊道窑中，烧结温度差异大导致正极材料性能不均一的问题。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，通过设计匣钵结构，提高温度和气氛的可分布性，增加侧面加热点，在不改变辊道窑窑体结构的情况下，实现多点实时监控匣钵处烧结温度，根据需求设置温度检测点，利用温度监控系统，实时监测控制辊道窑内的烧结温度。
8.本实用新型的目的在于提供一种烧结锂电池正极材料的辊道窑，所述辊道窑包括窑体、加热单元、温控单元、匣钵和传动单元。
9.所述温控单元包括控制组件和监测组件。所述控制组件分别与监测组件和加热单元连接。
10.所述监测组件采用热电偶进行测温。所述热电偶为固定位置检测和/或动态位置检测，优选地，利用固定位置检测和动态位置检测结合的方式进行监测温度。
11.所动态位置检测的热电偶采用热电偶丝，所述热电偶丝包含丝体部分和检测头，所述热电偶丝的长度长于窑体长度，将热电偶的检测头放置在匣钵内，热电偶丝随传动单元进入窑体。
12.所述热电偶丝的丝体部分放置在耐高温保护套内。设置若干段耐高温保护套，套设在热电偶丝丝体部分外面。
13.单根热电偶丝套有分隔套，若干根套有分隔套的热电偶丝形成热电偶束，热电偶束外套有耐高温保护套。根据需求设置若干个热电偶束。所述分隔套为分段设置。
14.所述匣钵优选为方形钵体。在使用时，内部放置待烧结电极材料，置于传动单元上，进入辊道窑进行烧结。
15.在本实用新型中，在匣钵侧壁的上端设置凹槽，或者在匣钵侧壁上半部上设置孔。
16.所述匣钵至少在相对的两个侧壁进行设置所述凹槽或孔，或者四面侧壁均设置所述凹槽或孔。所述凹槽或孔在匣钵的两个相对侧壁上对称设置，以两个侧壁的对称面为对称面。
17.本实用新型提供的烧结锂电池正极材料的辊道窑具有以下有益效果：
18.(1)本实用新型采用固定位置和动态位置对温度实时监测，利用匣钵处的动态位置检测，调整温度设置，减少实际烧结温度差异，从而提高材料性能的均匀性和稳定性。
19.(2)通过设计动态位置检测热电偶与匣钵配合使用，实现在匣钵内部实时监测电极材料的实际烧结温度，为实现缩小温差，统一烧结条件提供依据。
20.(3)通过设计匣钵结构，减少匣钵侧壁在空间上的阻挡，使窑体内气氛能够较多的到达匣钵内的电极材料，提高温度和气氛的可分布性，同时增加侧面加热点，采用排布热电偶的方式，在不改变辊道窑窑体结构的情况下，实现多点实时监控匣钵处烧结温度，使气氛及温度趋向于均匀分布。
附图说明
21.图1示出本实用新型中一种烧结锂电池正极材料的辊道窑示意图；
22.图2示出本实用新型中一种动态位置检测的热电偶丝使用状态的示意图；
23.图3示出本实用新型中一种匣钵结构示意图；
24.图4示出本实用新型中一种匣钵结构示意图。
25.附图标号说明：
26.101
‑
窑体；
27.102
‑
加热单元；
28.103
‑
匣钵；
29.104
‑
传动单元；
30.201
‑
控制组件；
31.202
‑
丝体部分；
32.203
‑
检测头。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式对本实用新型进行详细说明，本实用新型的特点和优点将
随着这些说明而变得更为清楚、明确。
34.本实用新型提供一种烧结锂电池正极材料的辊道窑，所述辊道窑包括窑体101、加热单元102、温控单元、匣钵103和传动单元104，如图1所示。
35.所述窑体101包括窑墙、窑顶和窑底，三者围成内部窑道，从而构成窑体101。
36.所述加热单元102采用明焰加热、隔焰加热或电加热中的一种或两种组合，优选采用隔焰加热和/或电加热。
37.所述加热单元102采用明焰加热时，窑体101内设置燃烧嘴。
38.所述加热单元102采用隔焰加热时，所述窑体101还包括隔焰道。
39.所述加热单元102采用电加热时，在窑体101内设置电加热元件，如硅碳棒。
40.本实用新型中，窑体101内部，在上方和下方设置加热源的同时，还设置侧面的加热源，使加热源分布在窑体的各个方位，提高温度的可分布性，减少达到稳定温度环境的时间。
41.所述温控单元包括控制组件201和监测组件。所述控制组件201分别与监测组件和加热单元102连接，监测组件将检测到的温度传送给控制组件201，控制组件201根据预设条件对加热单元102的设置温度进行调整。优选地，控制组件201为程序控制，如plc控制。
42.在本实用新型中，通过控制组件201设置多段升温速率、加热时间等参数形成温度曲线。如当设定温度与实际检测的温度的差值大于等于100℃时，采用一级升温速率；当设定温度与实际检测的温度的差值小于100℃且大于等于20℃时，采用二级升温速率；当设定温度与实际检测的温度的差值小于10℃时，采用三级升温速率，所述一级升温速率、二级升温速率和三级升温速率依次减小。
43.所述热电偶为固定位置检测和/或动态位置检测。
44.所述监测组件采用热电偶进行测温，包括固定位置热电偶，实现固定位置监测。所述固定位置检测为将热电偶设置在窑体101的固定位置，实时检测该位置的温度变化情况。
45.所述监测组件还包括动态位置热电偶丝，实现动态位置监测。所述动态位置检测为热电偶丝随匣钵103传动，实时检测匣钵103位置的温度。优选地，本实用新型采用固定位置检测和动态位置检测结合的方式进行监测温度，进而能够及时检测温度的变化，根据需求调整温度控制。
46.锂电池正极材料中的钴酸锂、锰酸锂及三元材料等正极材料通常需要在空气气氛下进行烧结，因此轨道要为非密封性窑，加热点、测温点和电极材料在空间上存在一定距离，此外，材料在烧结过程中存在着吸热或放热反应，存在温度波动等情况，导致材料实际的烧结温度和加热棒设定温度之间存在较大的差异。在较大程度上使得烧结后电极材料性能不均一，从而影响了锂电池的充放电性能的均匀性和稳定性。
47.采用本实用新型中的温控单元可以实时检测匣钵103内电极材料的烧结温度，从而采取及时调节温控。另外，在设置调整具体材料的辊道窑温度制度时，采用固定位置检测和动态位置检测结合的方式，可以监测到固定位置的温度，了解辊道窑整体的温度分布情况，同时利用动态位置检测，监测到匣钵103内实际烧结温度与该处设定温度的差值，从而能够对具体位置的加热单元102进行调整，更好的控制电极材料的烧结温度，实现烧结条件的一致性，控制锂电池正极材料性能的均一性和稳定性。
48.另外，动态位置检测的热电偶可以在不改变窑体101结构的情况进行设置或加设，
可以根据需求灵活的排布在不同匣钵103处，使用方便、灵活。窑体101温度稳定后，可以不再放置动态位置检测的热电偶。
49.所动态位置检测的热电偶采用热电偶丝，如铑铱合金热电偶丝。所述热电偶丝包含丝体部分202和检测头203，如图2所示，所述热电偶丝的长度长于窑体101长度，将热电偶的检测头203放置在匣钵103内，热电偶丝随传动单元104进入窑体101。
50.所述热电偶丝放置在匣钵103上，优选地，所述热电偶丝的丝体部分202放置在耐高温保护套内。设置若干段耐高温保护套，套设在热电偶丝丝体部分202外面，起到在匣钵103传送过程中保护热电偶丝的作用。
51.优选地，耐高温保护套内放置若干根热电偶丝，若干根热电偶丝的检测头203分别位于不同的匣钵103内。单根热电偶丝套有分隔套，以使热电偶丝之间无接触。即单根热电偶丝套有分隔套，若干根套有分隔套的热电偶丝形成热电偶束，热电偶束外套有耐高温保护套。根据需求设置若干个热电偶束。所述分隔套为分段设置。
52.所述耐高温保护套和分隔套均为环形柱体，由耐高温材料制成，如刚玉。所述分隔套的外直径小于耐高温保护套的内径，单段分隔套长度长于单段耐高温保护套长度。
53.所述匣钵103优选为方形钵体。在使用时，内部放置电极材料，置于传动单元104上，进入辊道窑进行烧结。
54.在本实用新型中，在匣钵103侧壁的上端设置凹槽，所述凹槽为方形、半圆形或u形，或者在匣钵103侧壁上半部上设置孔，所述孔为不规则孔、方形孔、圆孔、椭圆形孔或u形孔。所述匣钵103至少在相对的两个侧壁进行设置所述凹槽或孔，或者四面侧壁均设置所述凹槽或孔。所述凹槽或孔在匣钵103的两个相对侧壁上对称设置，以两个侧壁的对称面为对称面，如图3和图4所示。
55.优选地，所述凹槽或孔的内部最小尺寸大于耐高温保护套的外径。所述耐高温保护套置于所述凹槽或孔中。
56.一方面，在匣钵103侧壁上设置所述凹槽或孔，放置带有耐高温保护套的热电偶丝，使热电偶丝在匣钵103传动过程中不会发生移位，影响检测位置的设定，保护热电偶丝不受拉扯和损伤。
57.另外一方面，目前实际生产中，为了提高产能，减少能耗，采用多层匣钵103叠加设置，但是这种设计方式会导致材料在烧结过程上下层温度和气氛都不一致，因而所得到正极材料性能存在较大差异。在匣钵103上设置所述的凹槽或孔可以提高温度的可分布性，使增强内部气流的流动，有利于温度场和气氛的均匀分布。
58.本实用新型中，为了进一步提高上下层温度和气氛的均匀性，所述匣钵103沿传动方向上的宽度小于沿垂直传动方向上的宽度，优选地，所述匣钵103沿传动方向上的宽度为沿垂直传动方向上的宽度的1/2，这样匣钵103间的间隙增多、增大，有利于气氛及温度的均匀分布，同时窑体101侧面的加热源配合固定位置检测和动态位置检测的热电偶丝有利于调节不同位置的温度。
59.所述传动单元104包括辊道和动力装置，若干个辊棒沿传动方向排列，辊棒间侧面相邻，辊棒的两端置于传动的轨道中，形成辊道。其中，辊棒置于与动力装置连接的轨道的一端为动力端，另外一端为从动端。在动力装置的驱动下，多个辊棒同时旋转，实现置于辊道上匣钵103向辊棒旋转的方向传动。
60.本实用新型中提供的辊道窑采用多点监测烧结温度，实现温度的调控，利用固定位置和动态位置检测，有利于缩小实际烧结温度与设定温度的差值，利于设备调控，方便灵活，同时，设计调整匣钵103和辊道结构，使窑体内气氛及温度场更均一化，使工业化生产顺利进行。
61.以上结合具体实施方式和/或范例性实例以及附图对本实用新型进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本实用新型的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本实用新型精神和范围的情况下，可以对本实用新型技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围以所附权利要求为准。