專利名稱：微波加熱法連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰離子材料制備領域，具體涉及一種微波加熱法連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰的
>J-U裝直。
背景技術：
鋰離子電池是新一代的綠色高能電池，具有電壓高、體積小、循環(huán)次數(shù)多、自放電小、無記憶效應、工作溫度范圍寬等眾多優(yōu)點，成為目前的研究熱點。而具有橄欖石晶體結構的磷酸鐵鋰(LiFePO4)與同類材料LiCo02、LiNi02、LiMn204具有更安全、更環(huán)保、更廉價等優(yōu)勢，被認為是較為理想的二次動力正極材料。 目前國內(nèi)外磷酸鐵鋰材料制備中最常用的方法是高溫固相法。傳統(tǒng)的高溫固相法是采用電阻絲、硅碳棒、石墨等作為發(fā)熱元件，將爐膛加熱后，通過輻射和傳導對產(chǎn)品由外向內(nèi)加熱，屬于外加熱方式，加熱時間長、能耗大、加熱不均勻、難以制備出結構均勻且性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰粉末。為了彌補外加熱法的不足，本領域技術人員使用微波加熱法替代現(xiàn)有技術。微波加熱的過程是物料分子與微波直接耦合而發(fā)生的自加熱過程，屬于體加熱方式，加熱迅速、均勻，沒有溫度梯度。目前用微波加熱間歇式制備磷酸鐵鋰材料的方法已有較多報道，已證實取得了比傳統(tǒng)加熱時間短、能耗低、質量好的效果。在申請?zhí)枮?01010564211. X的發(fā)明專利中，公開了一種微波加熱連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰的方法與裝置，與傳統(tǒng)的加熱方式相比，加熱時間大大縮短，有效控制了磷酸鐵鋰的晶粒大小，使得生產(chǎn)的磷酸鐵鋰的一次晶粒在50納米以下，提高了電池的容量。該裝置利用不銹鋼帶傳送物料，由于不銹鋼在高溫下強度下降、與微波發(fā)生耦合作用，會縮短不銹鋼帶使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種能夠長期使用，且能夠快速連續(xù)制備性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰的裝置及方法。為了解決以上技術問題，I、一種制備磷酸鐵鋰的裝置，其特征在于，包括爐體；微波發(fā)射機構，設置于所述爐體外部；外循環(huán)機構，鏈接所述爐體的進出口，并與爐體形成循環(huán)通路；密封門機構，分別設置于所述爐體的進出口，且處于所述循環(huán)通路內(nèi)部；推料機構，設置于所述循環(huán)通路轉向處；測溫裝置，設置于所述爐體上方且連通至所述爐體內(nèi)部并與控制系統(tǒng)連接；其中，所述爐體保溫層由氧化鋁或硅酸鋁材料組成。優(yōu)選的，還包括，排氣機構，設置于所述爐體上部且連通至所述爐體內(nèi)部。優(yōu)選的，所述爐體包括升溫區(qū)、恒溫區(qū)和降溫區(qū)。
優(yōu)選的，所述升溫區(qū)和恒溫區(qū)包括爐體外殼、爐膛，以及填充于所述爐體外殼和爐膛之間的保溫材料形成的保溫層。優(yōu)選的，所述爐膛包括爐膛蓋、爐膛底以及設置于所述爐膛底下部的爐膛支撐機構。優(yōu)選的，所述爐膛蓋、爐膛底由硅酸鋁或氧化鋁形成。優(yōu)選的，所述保溫材料包括硅酸鋁或氧化鋁保溫棉或保溫板。本發(fā)明提供了一種制備磷酸鐵鋰的裝置，包括爐體；微波發(fā)射機構，設置于所述爐體外部；外循環(huán)機構，鏈接所述爐體的進出口，并與爐體形成循環(huán)通路；密封門機構，分別設置于所述爐體的進出口，切處于所述循環(huán)通路內(nèi)部；推料機構，設置于所述循環(huán)通路轉向處；測溫裝置，設置于所述爐體上方且連通至所述爐體內(nèi)部并與控制系統(tǒng)連接；其中，所述爐體保溫層由氧化鋁或硅酸鋁材料形成。本發(fā)明提供的裝置內(nèi)部使用的是氧化鋁或硅酸 鋁材料，能讓微波穿透，使發(fā)射的微波直接到達物料；另外，由于磷酸鐵鋰的制備過程中不能含有氧氣，否則會導致產(chǎn)品性能降低或報廢，所以本發(fā)明提供的裝置進出口處各有兩個密封門機構，能夠保證裝置內(nèi)部的氧氣含量低于50PPM，提高了磷酸鐵鋰質量的穩(wěn)定性。由于本發(fā)明使用的是微波加熱，所以燒結時間短，物料受熱均勻，產(chǎn)品一致性好，穩(wěn)定性高。


圖I本發(fā)明實施例提供的制備磷酸鐵鋰設備的俯視圖；圖2本發(fā)明實施例提供的制備磷酸鐵鋰設備升溫區(qū)和恒溫區(qū)爐體橫截面圖。
具體實施例方式為了進一步了解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點而不是對本發(fā)明專利要求的限制。為了解決現(xiàn)有技術的難題，本發(fā)明提供了一種制備磷酸鐵鋰的裝置，包括爐體；微波發(fā)射機構，設置于所述爐體外部；外循環(huán)機構，鏈接所述爐體的進出口，并與爐體形成循環(huán)通路；密封門機構，分別設置于所述爐體的進出口，且處于所述循環(huán)通路內(nèi)部；推料機構，設置于所述循環(huán)通路轉向處；測溫裝置，設置于所述爐體上方且連通至所述爐體內(nèi)部并與控制系統(tǒng)連接；其中，所述爐體保溫層由氧化鋁或硅酸鋁材料形成。本發(fā)明提供一種的裝置，包括爐體、微波發(fā)射機構、測溫裝置、密封門機構、推料機構。爐體優(yōu)選包括爐體外殼、升溫區(qū)、恒溫區(qū)和降溫區(qū)。所述升溫區(qū)和恒溫區(qū)包括爐體外殼、爐膛，以及填充于所述爐體外殼和爐膛之間的保溫材料形成的保溫層。所述爐膛包括爐膛蓋、爐膛底以及設置于所述爐膛底下部的爐膛支撐機構。所述爐膛蓋由硅酸鋁或氧化鋁形成。所述保溫材料包括硅酸鋁或氧化鋁，更優(yōu)選為氧化鋁纖維或硅酸鋁纖維。按照本發(fā)明，所述爐體外殼由金屬材料分節(jié)制成，每節(jié)外殼為密封焊接，各節(jié)之間用螺栓聯(lián)接。爐體外部設置微波發(fā)射機構。微波發(fā)射機構通過溫控系統(tǒng)的電信號調整自身的微波發(fā)射功率，所述溫控系統(tǒng)包括裝在爐體上的測溫裝置、調節(jié)微波發(fā)射功率的裝置。按照本發(fā)明，所述金屬材料優(yōu)選為低碳鋼或不銹鋼。在爐體進出口各有一套密封門機構，密封門的開閉與推料機構配合使爐膛內(nèi)氣氛保持穩(wěn)定，防止空氣進入爐膛。推料機構通過推動推板使裝有物料的匣缽進出爐膛。推料機構和溫控系統(tǒng)優(yōu)選由可編程邏輯控制器(PLC)或工控機統(tǒng)一控制。通過調節(jié)微波發(fā)射機構的功率調節(jié)各溫區(qū)的溫度，通過調節(jié)推進的速度和推進間隔時間控制物料在各溫度點停留時間，達到連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)的目的。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的提供的制備磷酸鐵鋰的裝置包括爐體I、微波發(fā)射機構2、密封門機構3、推料裝置4、排氣管5、測溫裝置6、外循環(huán)架7及控制系統(tǒng)。其特征在于爐體I為隧道式結構，由金屬殼體8分節(jié)制成，每節(jié)爐體為密封焊接，各節(jié)之間用螺栓聯(lián)接。優(yōu)選地，金屬殼體8的材料為優(yōu)質碳素鋼或不銹鋼。爐體分為升溫區(qū)1-1、恒溫區(qū)1-2、降溫區(qū)1-3。上述升溫區(qū)1-1、恒溫區(qū)1-2爐體內(nèi)部由爐膛蓋9、爐膛底12、爐膛支承14、保溫層13組成。保溫層材料為硅酸鋁纖維板或棉、氧化鋁纖維板或棉。爐膛蓋9、爐膛底12、爐膛支承14主要材料為氧化鋁，且要求含吸收微波的成份如鈉、鉀、鋯等不超過0. 3%。推板11 由推料裝置4推動運行在爐膛底12上。在升溫區(qū)1-1、恒溫區(qū)1-2爐體外部安裝微波發(fā)射機構2。發(fā)射機構2優(yōu)選為發(fā)射頻率為2450MHz的工業(yè)級磁控管。優(yōu)選的，所述磁控管為陽極水冷式磁控管。更優(yōu)選地，所述磁控管功率為I. 0-3. 0KW。所述微波發(fā)射機構2數(shù)量優(yōu)選為30-180個。微波發(fā)射機構2分組由控制系統(tǒng)控制發(fā)射功率，每組發(fā)射機構2對應有一個或數(shù)個測溫裝置6。測溫裝置6優(yōu)選為熱電偶，也可為紅外線測溫儀等。測溫裝置6測量爐膛中的溫度，并反饋到控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)自動控制微波發(fā)射機構2的輸出功率達到自動控制溫度的目的。在爐體I進出口各有一套密封門機構3，每套密封門機構3由2副密封門及其傳動機構組成。所述2副密封門之間為密封倉室。密封倉室中通入氮氣，只有在密封倉室中氧含量降到一定數(shù)值(如20PPM)后才允許靠爐體的密封門打開，這樣確保了爐膛中不會進入空氣。密封門的開閉與推料機構配合由控制系統(tǒng)自動控制。爐膛中一直在充入氮氣防止爐內(nèi)物料氧化。爐內(nèi)氮氣的運動方向與物料運動方向相反，即氮氣由爐尾向爐頭運動，最后與燃燒的廢氣從排氣管5排出。調節(jié)氮氣大小及排氣管開口大小，使爐內(nèi)氧含量低于20PPM，爐內(nèi)氣壓低于70Pa。降溫區(qū)1-3爐體內(nèi)為用不銹鋼制成的水冷夾套，利用夾套中冷卻水使物料得到快速冷卻。調節(jié)推料裝置4推進速度和推料間隔時間及冷卻水流量可調節(jié)冷物料出爐溫度，本發(fā)明中控制出料溫度小于80°C，防止溫度過高物料氧化。按照本發(fā)明，所述外部循環(huán)架7上均勻布置多個金屬滾筒，所述金屬滾筒優(yōu)選為內(nèi)置滾動軸承的無動力鍍鋅滾筒。外部循環(huán)架7兩端通過密封門機構3連接到爐膛的進口和出口。將需要燒結的原料置于匣缽中，所述裝載有原料的匣缽置于外部循環(huán)架7的推板上，通過推料裝置4推動進入爐膛進行燒結。燒結完畢的產(chǎn)品通過循環(huán)通路從所述外部循環(huán)架7的推板上取出。通過調節(jié)各組微波發(fā)射機構2的輸出功率來調節(jié)爐內(nèi)溫度曲線，恒溫區(qū)的溫度優(yōu)選為750-800°C，通過調節(jié)推料裝置4推進速度和推料間隔時間來調節(jié)燒結時間，并通過調節(jié)爐內(nèi)氣氛使得微波加熱連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰成功實現(xiàn)。通過微波加熱方式縮短加熱時間，降低能耗，改善加熱均勻性，利用PLC或工控機自動控制方式調節(jié)微波發(fā)射功率、精密控制各點溫度，自動控制物料運行速度、精確控制加熱時間，解決了磷酸鐵鋰工業(yè)化生產(chǎn)質量不穩(wěn)定的難題。采用本發(fā)明裝置生產(chǎn)磷酸鐵鋰的方法和步驟是(I)將鐵源、鋰源、和磷源按摩爾比Fe : Li : P= (I I. I) (I I. I) (I
1.1)配比，并加入微波吸收劑，添加溶劑，進行球磨。經(jīng)干燥后，置入剛玉莫來石匣缽中。(2)調節(jié)微波發(fā)射裝置的功率，按升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)分別調至設定溫度，通入氮氣，將窯爐氧含量降到50PPM以下。(3)啟動推料裝置將匣缽推入窯爐，使匣缽按設定速度通過各溫區(qū)。(4)本發(fā)明中，恒溫區(qū)溫度為750 800°C，匣缽在恒溫區(qū)停留時間I 3小時，物料出爐溫度< 80°C。 本發(fā)明提供的制備方法，使用微波加熱燒結制備磷酸鐵鋰。為了得到性能優(yōu)異的磷酸鐵鋰就要控制微波加熱燒結的溫度、燒結時間和燒結環(huán)境，所以本發(fā)明提供的制備方法具體為將鐵源化合物、鋰源化合物、和磷源化合物按摩爾比Fe : Li : P = (I
1.1) (I I. I) (I I. I)配比，并加入微波吸收劑，添加溶劑，進行球磨。經(jīng)干燥后，置入剛玉莫來石匣缽中；按照本發(fā)明，所述鋰源化合物優(yōu)選為鋰的硝酸鹽、氯化物和氫氧化物中的一種或多種；所述鐵源化合物優(yōu)選為草酸亞鐵、醋酸亞鐵和乳酸亞鐵中的一種或多種；所述磷源化合物優(yōu)選為磷酸一氫銨、磷酸銨或磷酸二氫銨中的一種或多種；所述微波吸收劑優(yōu)選為活性炭、石墨或金屬鹽。所述微波吸收劑或者在燒結時消耗掉，或者在燒結后作為磷酸鐵鋰的包覆材料增加其導電性或改善其它性能。調節(jié)微波加熱法連續(xù)生產(chǎn)磷酸鐵鋰裝置的功率，按升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)分別調至設定溫度，通入氮氣，將窯爐氧含量降到50PPM以下；優(yōu)選的所述微波加熱的功率為30-540KW，恒溫區(qū)的加熱溫度優(yōu)選為750 800°C。啟動上述裝置推料機構將匣缽推入窯爐，使匣缽按設定速度通過各溫區(qū)；本發(fā)明中，匣缽在恒溫區(qū)停留時間I 3小時，物料出爐溫度< 80°C。按照本發(fā)明，將需要燒結的原料置于匣缽中，所述裝載有原料的匣缽置于外部循環(huán)架7的推板上，所述推板設置于所述金屬滾筒上，外部循環(huán)架7上均勻布置多個金屬滾筒，所述金屬滾筒優(yōu)選為內(nèi)置滾動軸承的無動力鍍鋅滾筒。外部循環(huán)架7兩端通過密封門機構3連接到爐膛的進口和出口。所述推板通過推料裝置4推動進入爐膛進行原料的燒結。燒結完畢的產(chǎn)品通過循環(huán)通路從所述外部循環(huán)架7的推板上取出。實施例I將IOOmol氫氧化鋰、IOOmol草酸亞鐵、IOOmol磷酸二氫銨混合，并加入IOmol活
性炭，進行球磨。經(jīng)干燥后，置入多個剛玉莫來石匣缽中，將所述匣缽放置在外循環(huán)架的推板上。啟動推料裝置將上述匣缽推入窯爐，調節(jié)微波發(fā)射裝置的功率，按升溫區(qū)、恒溫區(qū)、降溫區(qū)分別調至設定溫度，通入氮氣，將窯爐氧含量降到50PPM以下。設置推料裝置速度，使匣缽按設定速度通過各溫區(qū)，然后從外部循環(huán)架取出匣缽，得到產(chǎn)品。所述恒溫區(qū)溫度為750°C，匣缽在恒溫區(qū)停留時間2小時，物料出爐溫度< 80°C。整個過程通過PLC進行控制。所述爐體保溫層由氧化鋁或硅酸鋁材料形成。本發(fā)明提供的裝置內(nèi)部使用的是氧化鋁或硅酸鋁材料，能讓微波穿透，使發(fā)射的微波直接到達物料；另外，由于磷酸鐵鋰的制備過程中不能含有氧氣，否則會導致產(chǎn)品性能降低或報廢，所以本發(fā)明提供的裝置進出口處各有兩個密封門機構，能夠保證裝置內(nèi)部的氧氣含量低于50PPM，提高了磷酸鐵鋰質量的穩(wěn)定性。由于本發(fā)明使用的是微波加熱，所以燒結時間短，物料受熱均勻，產(chǎn)品一致性好，穩(wěn)定性高。以上對本發(fā)明提供的一 種制備磷酸鐵鋰的裝置進行了詳細的介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種制備磷酸鐵鋰的裝置，其特征在于，包括 爐體； 微波發(fā)射機構，設置于所述爐體外部； 外循環(huán)機構，鏈接所述爐體的進出口，并與爐體形成循環(huán)通路； 密封門機構，分別設置于所述爐體的進出口，且處于所述循環(huán)通路內(nèi)部； 推料機構，設置于所述循環(huán)通路轉向處； 測溫裝置，設置于所述爐體上方且連通至所述爐體內(nèi)部并與控制系統(tǒng)連接； 其中，所述爐體保溫層由氧化鋁或硅酸鋁材料組成。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，還包括，排氣機構，設置于所述爐體上部且連通至所述爐體內(nèi)部。
3.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述爐體包括升溫區(qū)、恒溫區(qū)和降溫區(qū)。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述升溫區(qū)和恒溫區(qū)包括爐體外殼、爐膛，以及填充于所述爐體外殼和爐膛之間的保溫材料形成的保溫層。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述爐膛包括爐膛蓋、爐膛底以及設置于所述爐膛底下部的爐膛支撐機構。
6.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述爐膛蓋、爐膛底由硅酸鋁或氧化鋁形成。
7.根據(jù)權利要求I 3所述的裝置，其特征在于，所述保溫材料包括硅酸鋁或氧化鋁保溫棉或保溫板。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備磷酸鐵鋰的裝置，其特征在于，包括爐體；微波發(fā)射機構，設置于所述爐體外部；外循環(huán)機構，鏈接所述爐體的進出口，并與爐體形成循環(huán)通路；密封門機構，分別設置于所述爐體的進出口，且處于所述循環(huán)通路內(nèi)部；推料機構，設置于所述循環(huán)通路轉向處；測溫裝置，設置于所述爐體上方且連通至所述爐體內(nèi)部并與控制系統(tǒng)連接；其中，所述爐體保溫層由氧化鋁或硅酸鋁材料組成。本發(fā)明提供的裝置加熱均勻，且能夠快速連續(xù)制備性能穩(wěn)定的磷酸鐵鋰。
文檔編號C01B25/04GK102674273SQ20121008061
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權日2012年3月23日
發(fā)明者劉伏初, 劉元月, 李蔚霞 申請人:湖南陽東微波科技有限公司