锂电池正极材料焙烧及冷却系统，高温间接煅烧窑，三元正极材料

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锂电池正极材料焙烧及冷却系统，高温间接煅烧窑，三元正极材料

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锂电池正极材料是决定锂离子电池容量、安全性和成本的核心材料。锂电池正 极材料生产主要三大环节：混料磨料、高温烧结、粉碎分解，而高温烧结部分是整个工艺的 核心，目元正极材料通常采用氢氧化镍钴锰粉体、氢氧化镍钴铝为前驱体，并通过 固相烧结法制备镍钴锰酸锂(NCM)、镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料。

一、锂电池正极材料焙烧及冷却系统，高温间接煅烧窑，三元正极材料煅烧回转窑概况：




锂电池正极材料焙烧及冷却系统，包括：依次连接的破拱进料装置、焙烧装置、冷却装置和尾气处理装置；其中，焙烧装置包括回转焙烧窑，回转焙烧窑的进料端和出料端存在设定的倾角；回转焙烧窑设置多组加热单元，以立控制焙烧窑不同位段的温度；焙烧过程中所需气体由焙烧窑出料端进入窑内，由焙烧窑进料端排风口出焙烧窑，进入尾气处理装置。

破拱进料装置包括：依次连接的拆包机、下料气动蝶阀和原料缓存仓，原料缓存仓内设有破拱件进行破拱；原料缓存仓依次连接下料关风器、除铁器和进料螺旋，进料螺旋连接回转焙烧窑。

将物料粉末原料吊至拆包机上方，拆包后经下料气动蝶阀进入原料缓存仓(该 仓可以设置称重传感器，计量进料量)，仓内物料经具有破拱作用的装置或结构(如仓底活化料斗、转动破拱装置)进行破拱，防止粉料在仓内板结堵塞，经下料关风器、除铁器、进料螺旋，后进入回转焙烧窑。

焙烧装置包括：回转焙烧窑，以电机带动焙烧窑转动，进料端与出料端存在倾斜角，随着窑体的转动，在倾斜角作用下，三元正极材料粉末从进料端逐步向出料端运动，可以通过变频调节电机转速，控制窑体转动速度，且窑体倾角可调，从而调节物料在窑体内停留时间。在焙烧窑非支撑段的下部设置多组电加热装置或燃气烧嘴，窑体外设置保温炉膛，炉膛与电加热装置或燃气燃烧系统处于静止状态。在焙烧窑内，原料与炉膛电加热装置或燃气燃烧系统间接换热，实现物料的脱水与焙烧。

回转焙烧窑的结构，焙烧窑为间接加热回转窑，即在回转窑中段外部设置加热炉膛，炉膛设置天然气热源(设置多组电加热装置，每个单可调)，窑 筒体受热并与窑内物料发生传热；窑内前端内壁设置导料板，与回转焙烧窑筒体中心线呈设定角度，可将物料快速送至焙烧段加热；回转焙烧窑筒体外壁设置自力式振打 结构。

同时筒体外壁设置自力式振打结构，防止原料粘结在筒壁上。焙烧段设置扬料板及延时板，将物料扬撒翻转及延时，加大换热面积及与工艺气体的接触面积，使得物料在窑内充分有效加热，可以提高热利用效率，促进物料焙烧，提高物料振实密度等物性指标，从而起到节能作用。扬料板为沿周向均匀设置在回转焙烧窑内壁上的楔形体结构。回转焙烧窑自进料端到出料端，其内壁依次设置导料板、扬料板和延时板；延时板设置在回转焙烧窑内壁上，延时板与导料板的倾斜方向相反。导料板能够起到快速推动物料往窑出料端方向移动的作用，而延时板作用刚好与之相反，起到延缓阻尼物料向窑出料端移动的作用。

冷却装置与焙烧窑出料罩通过高温卸料阀相连，脱水与焙烧后的高温三元正极材料经高温卸料阀进入冷却装置(如冷却转筒、粉体流冷器或冷却螺旋等)，冷却后的物料经卸料阀进入下一工段。采用冷却水对卸料阀和冷却装置降温，冷却水进入高温卸料阀冷却腔，通过对流传热，及时将构件热量转移而使其温度得以有效控制，防止机械构件在高温环境中弯曲、变形，设备安全运行。

尾气处理装置：在焙烧过程中，需要纯氧、氮气或压缩空气等工艺气体作为工艺氛围，工艺气体由焙烧窑出料端进入窑内，由焙烧窑进料端排风口出焙烧窑，进入尾气处理装置；

为尽量减少物料与焙烧窑筒壁相对摩擦而引入的金属异物，焙烧窑 内部所有与物料接触的部分(包括筒体、进料罩、出料罩8、内构件等)喷涂特氟龙、碳化钨；对焙烧窑及冷却滚筒内部过流部件进行高等级抛光处理，可有效降低终产品的金属异物含量；另外，对于称重仓、进料螺旋7和卸料阀等设备，也可以不用采用喷涂工艺，而直接采用钛材设备，同样可以有效减少金属异物掺入。



二、锂电池正极材料焙烧及冷却系统，高温间接煅烧窑，三元正极材料煅烧回转窑工艺流程：



(1)吨包的氢氧化镍钴铝物料通过行车提升至拆包机1拆包，下料关风器5电机变 频可调以便控制下料量；经除铁器、进料螺旋，后进入焙烧窑内部；焙烧窑进料端设置 尾气出口，便于工艺尾气由焙烧窑排出；称重仓内壁喷涂特氟龙涂层、进料螺旋过流部件喷涂碳化钨涂层，防止金属摩擦引入金属异物；

(2)调节焙烧窑运行频率，物料停留时间在3~8h；焙烧窑为间接加热回转窑，其外部炉膛设置6组电加热装置，炉膛温度控制在300~600℃，此时氢氧化镍钴铝物料在高 温焙烧窑内充分受热、焙烧，水分快速蒸发、物料振实密度等物性指标逐步变化；通过调节后续引风机14频率，控制焙烧窑油气出口压力‑50~‑300Pa；高温尾气经冷风阀掺入常温 空气降温至安全温度后，进入袋式除尘器进行气尘分离；气体中粉尘经布袋收尘，除尘后的 尾气经引风机排至车间外。布袋除尘器收集的物料通过布袋卸料阀排入原料称重仓。布袋卸料阀过流部件喷涂特氟龙涂层，防止金属摩

擦引入金属异物。

(3)进焙烧窑出料罩进气主管路上设置流量计及电动调节阀，且焙烧窑排风

口处设置氧气分析仪，系统预热及焙烧过程中，可以在线检测工艺气体流量及窑内氧气氛围，从而连锁调节进气电动调节阀开度，达到具体氧含量分数的要求。当工艺氛围需要为纯氧、氮气时，可以通过切换相应管路上的阀门，实现工艺气体转换。

(4)焙烧后的高温物料通过高温卸料阀进入冷却装置，进行急冷降温；正常生产时，冷却筒体转速变频可调，控制物料在筒内停留时间15~60分钟内，从而调整排料温度。通过冷却卸料阀11排出，物料排料温度达到下一工段要求。冷却卸料阀过流部件喷涂特氟龙涂层，防止金属摩擦引入金属异物。

(5)焙烧窑进出料端机械密封用气体、高温卸料阀密封用气体、卸料阀密封用气体根据工况，分别采用纯氧、氮气或压缩空气作为密封气。冷却转筒采用纯氧、氮气或压缩空气等工艺气体作为工艺氛围。焙烧和冷却两路尾气汇合，高温尾气经由冷风阀掺入常温空气降温到150℃以下，进入布袋除尘器，经引风机排出车间外。布袋除尘器收集的物料排入原料缓存仓 (该仓可以设置称重传感器，计量进料量)，可回至焙烧环节，避免物料浪费。