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勢，其作為蓄電電池正負極材料被廣泛使用，但生產中普遍存在能源、耗材消耗大，成本高等問題。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，減少了環保壓力。

關鍵詞：鋰電池;材料;燒成;新工藝

1 前 言

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

2 鋰電池材料生產存在的問題

鋰電池材料生產普遍存在幾方面的問題：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，延長了燒成周期;另一方面，由于匣缽圍邊的應力不均，高溫熱沖擊下，使得匣缽邊沿容易產生開裂缺陷，材料粉料容易泄漏，導致匣缽被迫提前報廢，增加了耗材的使用成本;再一方面，由于鋰離子對匣缽的高溫侵蝕嚴重，匣缽表面附著材料粉末，報廢后容易滲出影響環境，且難以回收利用，增加了環保壓力。如何解決生產中的難題，提高熱能利用率，降低生產成本，是鋰電池材料生產研究的重要課題，具有重大的現實意義。

3 鋰電池材料燒成新工藝

針對現有技術中存在的缺陷，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品。

其中待燒材料成形，是指將待燒材料經沖壓成形為多孔材料塊，或將待燒材料經真空練泥機擠出，成帶蜂窩或孔槽的材料條，再切成一定長度的材料塊。這樣便于材料塊在窯爐熱場中的均勻受熱。

上耐火托板指利用人工或機械手將材料塊在耐火托板上碼放整齊。

耐火托板的材質為石墨、碳化硅、莫來石或堇青石的至少一種，用于承托待燒材料塊，并在窯爐內移動，實現材料塊的裸燒。耐火托板還可由兩層材料復合而成，其底部以莫來石、堇青石質為主體材質，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進行復合;復合的方式是成型復合或涂層復合。耐火托板表層材料與鋰離子的高溫反應少，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，經粉磨機磨成細粉，包裝備用。

為適應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、窯爐、耐火托板、粉碎機。在窯爐前端，設置將待燒材料成形為蜂窩塊狀的成型機;在窯爐后端，設置有將已燒材料塊粉磨的粉碎機。常用窯爐為輥道窯和推板窯。

耐火托板上，開有貫通的多個孔、槽或縫;耐火托板上的孔槽與擠出材料塊的孔槽貫通對應，便于材料塊的對流傳熱。

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

4 結 語

電池材料的燒成，由材料粉末入匣缽圍燒，創新為平面耐火托板。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力更加均勻，也極大地提高了其使用壽命，降低了生產成本，減少了廢舊耐火材料回收的環保壓力。新的電池材料的燒成裝置，設備結構簡單，操作方便。實現了低成本、高能效生產，具有顯著經濟及社會效益。