锂电池材料烧成工艺及装置研究

汪成东　黄曦　徐平

摘 要：锂电池材料具有资源丰富和使用安全等优势，其作为蓄电电池正负极材料被广泛使用，但生产中普遍存在能源、耗材消耗大，成本高等问题。本研究提出新的烧成工艺及装备方案，将材料隔焰烧成创新为材料的明焰裸烧，显著地降低了能耗和烧成成本，减少了环保压力。

关键词：锂电池;材料;烧成;新工艺

1 前 言

锂电池材料具有环保和使用安全方面的优势，因此在蓄电电池中被广泛采用。蓄电电池中正负极材料的烧成，目前以匣钵承装叠烧，以辊道窑、推板窑烧成为主。

2 锂电池材料生产存在的问题

锂电池材料生产普遍存在几方面的问题：其一是：由于匣钵的重量近乎承烧材料的两倍，烧成中匣钵消耗了大量的能源;且匣钵的围边不利于材料的均匀快速升温与冷却，延长了烧成周期;另一方面，由于匣钵围边的应力不均，高温热冲击下，使得匣钵边沿容易产生开裂缺陷，材料粉料容易泄漏，导致匣钵被迫提前报废，增加了耗材的使用成本;再一方面，由于锂离子对匣钵的高温侵蚀严重，匣钵表面附着材料粉末，报废后容易渗出影响环境，且难以回收利用，增加了环保压力。如何解决生产中的难题，提高热能利用率，降低生产成本，是锂电池材料生产研究的重要课题，具有重大的现实意义。

3 锂电池材料烧成新工艺

针对现有技术中存在的缺陷，采用一种电池材料的烧成新工艺，包括以下步骤：（1）待烧材料成形;（2）上耐火托板;（3）入窑烧成;（4）半成品取出;（5）粉碎。最后包装得到电池材料产品。

其中待烧材料成形，是指将待烧材料经冲压成形为多孔材料块，或将待烧材料经真空练泥机挤出，成带蜂窝或孔槽的材料条，再切成一定长度的材料块。这样便于材料块在窑炉热场中的均匀受热。

上耐火托板指利用人工或机械手将材料块在耐火托板上码放整齐。

耐火托板的材质为石墨、碳化硅、莫来石或堇青石的至少一种，用于承托待烧材料块，并在窑炉内移动，实现材料块的裸烧。耐火托板还可由两层材料复合而成，其底部以莫来石、堇青石质为主体材质，其表面以空心氧化铝微球、石墨、刚玉、氧化镍、氧化钙、氧化镁、磷酸铝、氧化铁、碳化硅、粘土的至少一种为材质进行复合;复合的方式是成型复合或涂层复合。耐火托板表层材料与锂离子的高温反应少，可显著提高耐火托板的使用寿命。

烧好的材料块从耐火托板上取出，经粉磨机磨成细粉，包装备用。

为适应以上电池材料烧成的新工艺的要求，新电池材料的烧成装置，包括成型机、窑炉、耐火托板、粉碎机。在窑炉前端，设置将待烧材料成形为蜂窝块状的成型机;在窑炉后端，设置有将已烧材料块粉磨的粉碎机。常用窑炉为辊道窑和推板窑。

耐火托板上，开有贯通的多个孔、槽或缝;耐火托板上的孔槽与挤出材料块的孔槽贯通对应，便于材料块的对流传热。

耐火托板，也可由多个小块耐火板拼接而成，并由碳化硅棒作为水平托架所构成的单片大规格耐火托板。小块耐火板之间也可依靠扣槽连接，构成的单片大规格耐火托板。

4 结 语

电池材料的烧成，由材料粉末入匣钵围烧，创新为平面耐火托板。承托材料块裸烧的方式，极大地提高了传热效率，缩短了烧成周期。耐火托板比匣钵的热应力更加均匀，也极大地提高了其使用壽命，降低了生产成本，减少了废旧耐火材料回收的环保压力。新的电池材料的烧成装置，设备结构简单，操作方便。实现了低成本、高能效生产，具有显著经济及社会效益。