垂直式二次电池正极材料煅烧装置的制作方法

1.本发明涉及垂直式二次电池正极材料煅烧装置。


背景技术：

2.通常，二次电池正极材料煅烧装置是在煅烧炉中根据材料特性以400度至1100度的温度对容纳有正极材料的耐火匣钵(sagger)进行煅烧的装置。
3.在使用二次电池正极材料煅烧装置的煅烧工艺中，容纳在耐火匣钵中的正极材料会产生水蒸气和二氧化碳气体等，其中二氧化碳气体的分子量大于用于调节煅烧炉气氛的氧气或空气，因此难以排放到耐火匣钵外部，存在残留在耐火匣钵内部的二氧化碳气体与正极材料煅烧而成的正极活性材料表面的氧化锂发生化学反应而生成碳酸锂的问题。
4.对于现有的二次电池正极材料煅烧装置，为了将容纳在耐火匣钵中的正极材料所产生的水蒸气和二氧化碳气体排放到耐火匣钵外部以及煅烧反应，将氧气和空气供应到单向移动的耐火匣钵所在的煅烧空间的下方、上方和侧面。
5.然而，对于现有的二次电池正极材料煅烧装置，气体从耐火匣钵外部流入耐火匣钵内部的耐火匣钵窗口(window)的截面积远小于耐火匣钵所在的煅烧空间的截面积，因此存在通过煅烧空间截面的气体的总流量中只有极少量流入耐火匣钵内部的问题。


技术实现要素：

6.技术问题
7.一个实施例旨在提供垂直式二次电池正极材料煅烧装置，通过增加供应到二次电池正极材料的气体流量，改善从二次电池正极材料产生的二氧化碳气体的排出，同时改善二次电池正极材料的煅烧反应。
8.技术方案
9.一方面提供垂直式二次电池正极材料煅烧装置，用于沿着垂直方向移动二次电池正极材料进行煅烧，其包括：排气单元，其位于上方，用于排出内部气体；供气单元，其位于下方，用于供应外部气体；垂直式煅烧炉，其位于所述排气单元和所述供气单元之间，并且包括沿着所述垂直方向延伸的煅烧空间；以及加热器，用于加热所述垂直式煅烧炉的所述煅烧空间，所述二次电池正极材料送入所述排气单元后经由所述煅烧空间从所述供气单元排出，所述煅烧空间包括与所述排气单元连通的升温空间、与所述供气单元连通的冷却空间以及在所述升温空间和所述冷却空间之间与所述升温空间和所述冷却空间连通的保温空间，所述保温空间的温度高于所述升温空间的温度和所述冷却空间的温度。
10.所述加热器可以只加热所述保温空间。
11.所述垂直式煅烧炉还可以包括四棱柱形隔热材料，其形成所述供气单元、所述排气单元和所述煅烧空间，所述加热器可以对应于所述保温空间并位于四棱柱形隔热材料内部。
12.所述二次电池正极材料容纳在所述煅烧空间中沿着所述垂直方向层叠的多个耐
火匣钵(sagger)内，所述垂直式二次电池正极材料煅烧装置还可以包括：送入单元，其与所述排气单元相邻，用于将所述多个耐火匣钵中位于最上层的第一耐火匣钵送入所述排气单元；以及排出单元，其与所述供气单元相邻，用于将所述多个耐火匣钵中位于最下层的第二耐火匣钵从所述供气单元排出。
13.所述送入单元可以包括：第一滚筒，用于将所述第一耐火匣钵输送到所述排气单元；以及第一推杆，用于将所述第一滚筒上的所述第一耐火匣钵推送到所述排气单元，所述排出单元可以包括：止挡件，用于在所述煅烧空间支撑所述多个耐火匣钵中位于所述第二耐火匣钵上的第三耐火匣钵；支撑件，用于支撑从所述供气单元排出的所述第二耐火匣钵；第二滚筒，其与所述支撑件相邻；以及第二推杆，用于将所述支撑件上的所述第二耐火匣钵推送到所述第二滚筒上。
14.所述垂直式煅烧炉还可以包括：圆柱形隔热材料，其形成所述供气单元、所述排气单元和所述煅烧空间；以及内壁，其在所述圆柱形隔热材料中面向所述煅烧空间，所述加热器可以对应于所述保温空间并位于所述内壁的内部。
15.所述二次电池正极材料可以在所述煅烧空间与所述内壁接触。
16.所述煅烧空间的直径可以大于所述排气单元的直径和所述供气单元的直径。
17.所述二次电池正极材料可为颗粒(granule)状或坯块(briquette)状。
18.发明效果
19.根据一个实施例，可以提供一种垂直式二次电池正极材料煅烧装置，通过增加供应到二次电池正极材料的气体流量，改善从二次电池正极材料产生的二氧化碳气体的排出，同时改善二次电池正极材料的煅烧反应。
附图说明
20.图1是根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的示意图。
21.图2是容纳二次电池正极材料的多个耐火匣钵送入和排出图1所示的根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的示意图。
22.图3是用于描述根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的效果的示意图和曲线图。
23.图4是根据另一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的示意图。
24.图5是用于描述根据另一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的效果的示意图和曲线图。
具体实施方式
25.在下文中，将参照附图详细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。本发明能够以各种不同方式实施，并不限于本文所述的实施例。
26.附图中省略了与说明无关的部分，以便清楚地描述本发明，通篇说明书中采用相同的附图标记表示相同或相似的组件。
27.另外，在通篇说明书中，当某一部分被描述为“包括”某一组件时，除非有明确相反的记载，否则表示还可以包括其他组件，并不是排除包括其他组件。
28.在下文中，将参照图1至图3描述根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧
装置。
29.图1是根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的示意图。
30.参照图1，根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置，其在垂直式煅烧炉100的煅烧空间130沿着垂直方向移动容纳有颗粒(granule)或坯块(briquette)状二次电池正极材料cm的多个耐火匣钵sa进行加热，从而将容纳于多个耐火匣钵sa的二次电池正极材料cm沿着垂直方向移动进行煅烧。多个耐火匣钵sa的底部形成有从煅烧空间130的下方向上方移动的气体ga通过的贯穿式狭缝sl。
31.在一个实施例中，多个耐火匣钵sa在垂直式煅烧炉100的煅烧空间130沿着垂直方向层叠为多层进行移动，但是不限于此，可以是一个耐火匣钵sa在垂直式煅烧炉100的煅烧空间130沿着垂直方向以单层进行移动。
32.垂直式二次电池正极材料煅烧装置包括升温段a1、保温段a2、冷却段a3。
33.升温段a1是根据容纳于多个耐火匣钵sa的二次电池正极材料cm的特性升温至设定温度(例如为400度至1100度)的区段。
34.保温段a2是保持设定温度的区段。
35.冷却段a3是从设定温度被冷却的区段。
36.垂直式二次电池正极材料煅烧装置包括垂直式煅烧炉100、加热器200、送入单元300、排出单元400。
37.垂直式煅烧炉100包括排气单元110、供气单元120、煅烧空间130、四棱柱形隔热材料140。
38.排气单元110位于垂直式煅烧炉100的上方，通过排气单元110向外排出位于垂直式煅烧炉100内部的煅烧空间130内的内部气体ga。容纳于多个耐火匣钵sa的二次电池正极材料cm通过排气单元110送入煅烧空间130。除了通过供气单元120供应到煅烧空间130的空气和氧气之外，通过排气单元110从煅烧空间130排出的内部气体ga还可以包括从容纳于多个耐火匣钵sa的二次电池正极材料cm排出的二氧化碳气体和水蒸气，但是不限于此。
39.供气单元120位于垂直式煅烧炉100的下方，通过供气单元120外部气体ga供应到垂直式煅烧炉100内部的煅烧空间130。容纳于多个耐火匣钵sa的二次电池正极材料cm通过供气单元120从煅烧空间130排出。二次电池正极材料cm送入排气单元110后经由煅烧空间130从供气单元120排出。外部气体ga送入供气单元120后经由煅烧空间130从排气单元110排出。通过供气单元120供应到煅烧空间130的外部气体ga可以包括空气和氧气，但是不限于此。
40.在排气单元110和供气单元120之间，煅烧空间130与排气单元110和供气单元120连通。在排气单元110和供气单元120之间，煅烧空间130沿着垂直方向延伸。煅烧空间130是容纳有二次电池正极材料cm的多个耐火匣钵sa沿着垂直方向移动的空间，并且包括垂直方向上从上到下依次连通的升温空间s1、保温空间s2、冷却空间s3。
41.升温空间s1与排气单元110相邻，并与排气单元110连通。
42.在升温空间s1和冷却空间s3之间，保温空间s2与升温空间s1和冷却空间s3连通。
43.保温空间s2的温度高于升温空间s1的温度和冷却空间s3的温度。
44.冷却空间s3与供气单元120相邻，并与供气单元120连通。
45.在煅烧空间130中，容纳有二次电池正极材料cm的多个耐火匣钵sa沿着垂直方向
层叠，并沿着垂直方向移动。在煅烧空间130中，多个耐火匣钵sa从煅烧空间130的上方向下方移动，气体从煅烧空间130的下方向上方移动。也就是说，容纳于多个耐火匣钵sa的二次电池正极材料cm在煅烧空间130沿着垂直方向依次向升温空间s1、保温空间s2、冷却空间s3移动，气体ga在煅烧空间130沿着垂直方向依次向冷却空间s3、保温空间s2、升温空间s1移动。
46.四棱柱形隔热材料140形成供气单元120、排气单元110和煅烧空间130。四棱柱形隔热材料140的上方形成排气单元110，四棱柱形隔热材料140的下方形成供气单元120，四棱柱形隔热材料140的内部形成煅烧空间130。四棱柱形隔热材料140具有四棱柱形状，但是不限于此，可以具有圆柱、多面柱形状。
47.加热器200加热垂直式煅烧炉100的煅烧空间130。加热器200可以定位成对应于保温空间s2只加热保温空间s2，但是不限于此。加热器200对应于保温空间s2并位于四棱柱形隔热材料140的内部。
48.图2是容纳二次电池正极材料的多个耐火匣钵送入和排出图1所示的根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的示意图。
49.参照图1和图2，送入单元300与排气单元110相邻，将多个耐火匣钵sa中位于最上层的第一耐火匣钵sa1送入排气单元110。
50.送入单元300包括第一滚筒310、第一推杆320。
51.第一滚筒310与排气单元110相邻，将第一耐火匣钵sa1输送到排气单元110。
52.第一推杆320将位于第一滚筒310上的第一耐火匣钵sa1推送到排气单元110。
53.送入单元300不限于上述的结构，可以具有用于将多个耐火匣钵sa中位于最上层的第一耐火匣钵sa1送入排气单元110的各种结构。
54.排出单元400与供气单元120相邻，将多个耐火匣钵sa中位于最下层的第二耐火匣钵sa2从供气单元120排出。
55.排出单元400包括止挡件410、支撑件420、第二滚筒430、第二推杆440。
56.止挡件410在煅烧空间130支撑多个耐火匣钵sa中位于第二耐火匣钵sa2上的第三耐火匣钵sa3。止挡件410可以安装在垂直式煅烧炉100的煅烧空间130，但是不限于此。
57.支撑件420支撑从供气单元120排出的第二耐火匣钵sa2。
58.第二滚筒430与支撑件420相邻，将由第二推杆440输送的第二耐火匣钵sa2输送到外部。
59.第二推杆440将支撑件420上的第二耐火匣钵sa2推送到第二滚筒430上。
60.排出单元400不限于上述的结构，可以具有用于将多个耐火匣钵sa中位于最下层的第二耐火匣钵sa2从供气单元120排出的各种结构。
61.图3是用于描述根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的效果的示意图和曲线图。图3的(a)是根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的垂直式煅烧炉的示意图。图3的(b)是示出根据垂直式煅烧炉煅烧空间的垂直高度的温度的曲线图，x轴表示温度，y轴表示垂直式煅烧炉煅烧空间的垂直高度。图3的(c)是示出根据垂直式煅烧炉煅烧空间的垂直高度的温度和二氧化碳浓度的曲线图，x轴表示温度和二氧化碳浓度，y轴表示垂直式煅烧炉煅烧空间的垂直高度。
62.参照图3的(a)，垂直式煅烧炉100内部的二次电池正极材料cm以颗粒形式装在沿
着垂直方向层叠在煅烧空间130内的多个耐火匣钵sa中，并从煅烧空间130的上方向下方移动。通过垂直式煅烧炉100的供气单元120供应的气体ga从煅烧空间130的下方向上方移动，并从排气单元110排出。从煅烧空间130的下方向上方移动的气体ga通过形成在多个耐火匣钵sa底部的贯穿式狭缝sl以几乎封闭的形式移动，因此仅通过极少的气体流量，也会完成容纳于多个耐火匣钵sa的二次电池正极材料cm的煅烧工艺。如此节省气体供应量，不仅降低气体成本，还会降低用于气体升温的能量成本。另外，由于供应到煅烧空间130的大部分气体ga通过二次电池正极材料cm的周围，二次电池正极材料cm中产生的二氧化碳气体等容易从耐火匣钵sa排出，因此有利于控制煅烧反应，最终改善二次电池正极材料cm的煅烧质量。另外，由于这种有利于煅烧反应的环境，将会产生容纳在耐火匣钵sa内部的二次电池正极材料cm的装料量增加和煅烧时间缩短等效果，从而产生随着煅烧生产量增加而降低煅烧成本的效果。
63.参照图3的(a)和(b)，即使加热器200对应于保温空间s2只加热煅烧空间130的保温空间s2，由于从煅烧空间130的下方向上方移动的气体ga所引起的煅烧空间130内部的热传递，与保温空间s2相比，升温空间s1的温度也会进一步上升(只考虑内部热传递时的温度分布)，但是由于与气体ga的移动方向反方向的从煅烧空间130的上方向下方移动的二次电池正极材料cm，在煅烧空间130形成热平衡(heat balance)，因此在煅烧空间130形成类似于设定温度的温度廓线(考虑正极材料输送时的温度分布)。
64.参照图3的(a)、(b)和(c)，由于在煅烧空间130形成类似于设定温度的温度廓线，在位于煅烧空间130的上方的升温空间s1从二次电池正极材料cm产生大部分二氧化碳气体，该二氧化碳气体容易从煅烧空间130的上方排出。
65.也就是说，本发明提供一种垂直式二次电池正极材料煅烧装置，通过增加供应到二次电池正极材料的气体流量，改善从二次电池正极材料产生的二氧化碳气体的排出，同时改善二次电池正极材料的煅烧反应。
66.另外，本发明提供一种煅烧质量得到改善的用于煅烧二次电池正极材料的垂直式二次电池正极材料煅烧装置。
67.另外，本发明提供一种垂直式二次电池正极材料煅烧装置，随着在煅烧空间煅烧的二次电池正极材料的装料量增加和煅烧时间缩短，煅烧生产量增加，并降低煅烧成本。
68.在下文中，将参照图4和图5描述根据另一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置。下面描述不同于上述的根据一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的部分。
69.图4是根据另一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的示意图。
70.参照图4，根据另一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置，通过使颗粒(granule)或坯块(briquette)状二次电池正极材料cm在垂直式煅烧炉100的煅烧空间130沿着垂直方向移动进行煅烧。二次电池正极材料cm与垂直式煅烧炉100接触。
71.垂直式二次电池正极材料煅烧装置包括升温段a1、保温段a2、冷却段a3。
72.升温段a1是根据在煅烧空间130沿着垂直方向移动的二次电池正极材料cm的特性升温至设定温度(例如为400度至1100度)的区段。
73.保温段a2是保持设定温度的区段。
74.冷却段a3是从设定温度被冷却的区段。
75.垂直式二次电池正极材料煅烧装置包括垂直式煅烧炉100、加热器200。
76.垂直式煅烧炉100包括排气单元110、供气单元120、煅烧空间130、圆柱形隔热材料160、内壁170。
77.排气单元110位于垂直式煅烧炉100的上方，通过排气单元110向外排出位于垂直式煅烧炉100内部的煅烧空间130内的内部气体ga。二次电池正极材料cm通过排气单元110送入煅烧空间130。除了通过供气单元120供应到煅烧空间130的空气和氧气之外，通过排气单元110从煅烧空间130排出的内部气体ga还可以包括从二次电池正极材料cm排出的二氧化碳气体和水蒸气，但是不限于此。
78.供气单元120位于垂直式煅烧炉100的下方，通过供气单元120外部气体ga供应到垂直式煅烧炉100内部的煅烧空间130。二次电池正极材料cm通过供气单元120从煅烧空间130排出。二次电池正极材料cm送入排气单元110后经由煅烧空间130从供气单元120排出。外部气体ga送入供气单元120后经由煅烧空间130从排气单元110排出。通过供气单元120供应到煅烧空间130的外部气体ga可以包括空气和氧气，但是不限于此。
79.在排气单元110和供气单元120之间，煅烧空间130与排气单元110和供气单元120连通。在排气单元110和供气单元120之间，煅烧空间130沿着垂直方向延伸。煅烧空间130是二次电池正极材料cm沿着垂直方向移动的空间，并且包括垂直方向上从上到下依次连通的升温空间s1、保温空间s2、冷却空间s3。
80.升温空间s1与排气单元110相邻，并与排气单元110连通。
81.在升温空间s1和冷却空间s3之间，保温空间s2与升温空间s1和冷却空间s3连通。
82.保温空间s2的温度高于升温空间s1的温度和冷却空间s3的温度。
83.冷却空间s3与供气单元120相邻，并与供气单元120连通。
84.在煅烧空间130中，二次电池正极材料cm沿着垂直方向移动。在煅烧空间130中，二次电池正极材料cm从煅烧空间130的上方向下方移动，气体ga从煅烧空间130的下方向上方移动。也就是说，二次电池正极材料cm在煅烧空间130沿着垂直方向依次向升温空间s1、保温空间s2、冷却空间s3移动，气体ga在煅烧空间130沿着垂直方向依次向冷却空间s3、保温空间s2、升温空间s1。
85.圆柱形隔热材料160形成供气单元120、排气单元110和煅烧空间130。圆柱形隔热材料160的上方形成排气单元110，圆柱形隔热材料160的下方形成供气单元120，圆柱形隔热材料160的内部形成煅烧空间130。煅烧空间130的直径大于排气单元110的直径和供气单元120的直径。由于煅烧空间130的直径大于排气单元110的直径和供气单元120的直径，从排气单元110送入的二次电池正极材料cm在煅烧空间130分散成较宽的面积，进而从二次电池正极材料cm排出的二氧化碳气体通过从煅烧空间130的下方向上方移动的气体ga容易从排气单元110排出。圆柱形隔热材料160具有圆柱形状，但是不限于此，可以具有多面柱形状。
86.内壁170在圆柱形隔热材料160中面向煅烧空间130。内壁170暴露于煅烧空间130。内壁170与二次电池正极材料cm接触，与二次电池正极材料cm接触的内壁170的表面可以形成表面处理层如氟涂层等。内壁170位于圆柱形隔热材料160和煅烧空间130之间，在煅烧空间130防止圆柱形隔热材料160与二次电池正极材料cm之间的干涉所造成的二次电池正极材料cm的污染。
87.加热器200加热垂直式煅烧炉100的煅烧空间130。加热器200可以对应于保温空间s2只加热保温空间s2，但是不限于此。加热器200对应于保温空间s2并位于内壁170的内部。
88.图5是用于描述根据另一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的效果的示意图和曲线图。图5的(a)是根据另一个实施例的垂直式二次电池正极材料煅烧装置的垂直式煅烧炉的示意图。图5的(b)是示出根据垂直式煅烧炉煅烧空间的垂直高度的温度和二氧化碳浓度的曲线图，x轴表示温度和二氧化碳浓度，y轴表示垂直式煅烧炉煅烧空间的垂直高度。
89.参照图5的(a)，垂直式煅烧炉100内部的二次电池正极材料cm沿着垂直方向以颗粒状或坯块状装入煅烧空间130，并从煅烧空间130的上方向下方移动。通过垂直式煅烧炉100的供气单元120供应的气体ga从煅烧空间130的下方向上方移动，并从排气单元110排出。从煅烧空间130的下方向上方移动的气体ga的所有流量与从煅烧空间130的上方向下方移动的二次电池正极材料cm接触，因此仅通过极少的气体流量，也会完成二次电池正极材料cm的煅烧工艺。如此节省气体供应量，不仅降低气体成本，还会降低用于气体升温的能量成本。另外，供应到煅烧空间130的所有流量的气体ga通过二次电池正极材料cm的周围，二次电池正极材料cm中产生的二氧化碳气体等容易从排气单元110排出，因此有利于控制煅烧反应，最终改善二次电池正极材料cm的煅烧质量。另外，由于这种有利于煅烧反应的环境，将会产生二次电池正极材料cm的装料量增加和煅烧时间缩短等效果，从而产生随着煅烧生产量增加而降低煅烧成本的效果。
90.参照图5的(a)和(b)，即使加热器对应于保温空间s2只加热煅烧空间130的保温空间s2，由于从煅烧空间130的下方向上方移动的气体ga所引起的煅烧空间130内部的热传递，与保温空间s2相比，升温空间s1的温度也会进一步上升，但是由于与气体ga的移动方向反方向的从煅烧空间130的上方向下方移动的二次电池正极材料cm，在煅烧空间130形成热平衡(heat balance)，因此在煅烧空间130形成类似于设定温度的温度廓线。由于在煅烧空间130形成类似于设定温度的温度廓线，在位于煅烧空间130的上方的升温空间s1从二次电池正极材料cm产生大部分二氧化碳气体，该二氧化碳气体容易从煅烧空间130的上方排出。
91.也就是说，本发明提供一种垂直式二次电池正极材料煅烧装置，通过将外部气体的供气和内部气体的排气简化成沿着垂直方向供气和排气，并将外部二次电池正极材料的送入和内部二次电池正极材料的排出简化成沿着垂直方向送入和排出，同时通过增加供应到二次电池正极材料的气体流量，改善从二次电池正极材料产生的二氧化碳气体的排出，同时改善二次电池正极材料的煅烧反应。
92.另外，本发明提供一种煅烧质量得到改善的用于煅烧二次电池正极材料的垂直式二次电池正极材料煅烧装置。
93.另外，本发明提供一种垂直式二次电池正极材料煅烧装置，随着在煅烧空间煅烧的二次电池正极材料的装料量增加和煅烧时间缩短，煅烧生产量增加，并降低煅烧成本。
94.尽管上面已经详细描述了本发明的实施例，但是本发明的范围不限于此，并且本领域技术人员利用权利要求中定义的本发明的基本概念所进行的各种修改和改进形式也落入本发明的权利范围内。
95.附图标记说明
96.110：排气单元，120：供气单元，130：煅烧空间，100：垂直式煅烧炉，200：加热器，
s1：升温空间，s3：冷却空间，s2：保温空间