專利名稱：加熱球磨一體式管式爐的制作方法
技術領域：
本發明屬于粉末材料合成工藝設備領域，具體涉及一種加熱球磨一體式管式爐。
背景技術：
目前在粉末材料的合成中，多數材料，例如鋰離子電池正極材料LiCo(^， LiMn02，
LiFeP04等，需要的合成條件包括高溫處理和球磨處理兩個步驟，前者是為了合成具有目標
晶體結構的材料，后者則是為了控制產品的粒度，引入適當的表面修飾等等，特別是某些材
料的合成還需要特殊的氣氛，例如氬氣，氮氣，或者是富氧的空氣等等。 現有技術中，高溫處理通常采用管式爐進行，而球磨處理則有專門的球磨設備，采
用的是相對獨立的兩套設備，高溫處理后，取出樣品再置于球磨設備中球磨，并且球磨處理
后常常還需要高溫再處理，某些條件下需要反復數次。 目前如上所述的兩步合成過程中存在的問題是顯而易見的，材料的轉移不僅耗費 人力，降低設備自動化水平，而且在合成氣氛比較特殊的條件下(例如無水條件，氮氣，氬 氣，或者富氧等等)，轉移過程常常會污染合成的材料，提高材料合成的成本。這種背景條件 下，設計開發新的融高溫處理和球磨處理于一身的一體化合成設備顯的尤為重要。

發明內容
本發明目的是提供一種融高溫處理和球磨處理于一身的加熱球磨一體式管式 爐，能夠提高粉末材料合成過程的自動化程度，降低合成成本，減少對合成材料的污染。
本發明的技術方案是一種加熱球磨一體式管式爐，包括爐體，其特征在于所述爐 體垂直放置，并呈螺旋管狀結構，爐體的上部設有球磨球入口 ，而下部則設有球磨球出口 。
本發明中所述爐體采用分段式設計，從上到下至少順序包括一加熱段、一保溫段， 或一加熱段、一冷卻段；在具體的設計中，本發明的爐體可以自由設計成各種分段式結構， 例如加熱段_保溫段_加熱段_保溫段_冷卻段的五段式結構，或者加熱段_保溫段_冷 卻段_加熱段_冷卻段的五段式結構等等。 本發明中所述爐壁為雙層結構，內層為承重層，而外層則根據所在工作段不同而 為不同的層，所在加熱段為加熱層，所在保溫段為保溫層，所在冷卻段則為冷卻層。
當然本發明中所述爐體也可以采用僅具有一加熱段的整體式設計，相應的所述爐 壁的雙層結構中，內層同樣為承重層，而外層則僅為加熱層。 本發明中所述冷卻段可以是自然冷卻段，也可以是強制冷卻段。所述自然冷卻段
主要利用爐壁外層材料的散熱特性對爐內合成材料實施冷卻的工作段；而強制冷卻段則是
借助外加的風機等散熱設備對爐內合成材料實施冷卻的工作段。 本發明中所述爐體呈垂直方向螺距保持一致的單一式螺旋管狀結構。 本發明中所述爐體也可以呈垂直方向螺距變化的復合式螺旋管狀結構，例如呈塔
式螺旋管狀結構，或者反塔式螺旋管狀結構。 本發明進行材料合成時，球磨球和合成材料一同從爐體上部的入口處加入，在重力作用下沿著呈螺旋管狀結構的爐體內腔向下運動，爐體相應的工作段依次對合成材料進 行高溫處理、保溫處理和冷卻處理，與此同時球磨球則在每個工作段內對合成材料進行不 間斷的球磨處理。由于球磨球的運動速度快于多為粉末樣品的合成材料，故球磨球先從爐 體下部出口脫出，而從出口脫出的球磨球則需要重新從爐體上部入口處加入反復對合成材 料進行球磨處理。最終從爐體下部出口處出來的是合成好的粉末材料成品。
本發明所述的加熱球磨一體式管式爐中所采用的球磨球同現有技術一樣，包括鋼 球，鐵球，石英球等，它們可以是單一尺寸，也可以是多種尺寸的混合，直徑從O. 1毫米到50 毫米不等。 本發明的優點是 1.本發明所提供的這種加熱球磨一體式管式爐，其將球磨處理和高溫處理兩個工 序合為一體，不需要在兩種工藝處理之間轉換合成設備，具有更高的自動化程度，合成材料 不會因為轉移而被污染。 2.本發明所提供的這種加熱球磨一體式管式爐，其利用重力的作用，使被合成材
料和球磨球沿著呈螺旋管狀結構的爐體內腔自由下落，具有節能的優點。 3.本發明所提供的這種加熱球磨一體式管式爐，采用分段式設計，可以完成高溫
+球磨處理，保溫+球磨處理，自然冷卻+球磨處理，強制冷卻+球磨處理之間的多種形式組
合；而合理的分段式設計，則既可以保證材料結晶的均勻性，又可以有效的控制材料的顆粒度。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述 圖1為本發明一種具體實施例的結構示意圖(圖中螺旋線為爐體的中心線，其用 來表征爐體)； 圖2為本發明另一種具體實施例的結構示意圖；
圖3為本發明第三種具體實施例的結構示意圖。
其中1、爐體；11、內層;12、夕卜層;2、入口 ；3、出口。
具體實施例方式實施例1 :如圖1所示為本發明加熱球磨一體式管式爐的一種實施方式，主要用于
對鋰離子電池正極材料LiFeP04的合成，其爐體1垂直放置，并呈垂直方向螺距保持一致的
單一式螺旋管狀結構。爐體1的上部設有球磨球及合成材料入口 2，而下部則設有球磨球及
合成材料出口 3。所述爐體l從上到下采用加熱段-保溫段-自然冷卻段的三段式設計，而
爐體1的爐壁采用雙層結構，內層11為承重層，而外層12則根據所在工作段不同而為不同
的層，所在加熱段為加熱層，所在保溫段為保溫層，所在冷卻段則為冷卻層。 常規技術中對于LiFeP04的合成，由于該材料的特性，合成需要在惰性氣氛下進
行，并且合成出來的材料需要具有亞微米的尺度，通常的合成條件是首先再惰性氣氛下高
溫合成，而后轉移到球磨設備中的惰性氣氛下球磨，容易造成材料污染。 采用本實施例進行LiFeP04的合成時，球磨球和合成材料一同從爐體1上部的入
口 2處加入，在重力作用下沿著呈螺旋管狀結構的爐體1內腔向下運動，爐體1上相應的工作段依次對合成材料進行高溫處理、保溫處理和冷卻處理，與此同時球磨球則在每個工作 段內對合成材料進行不間斷的球磨處理。由于球磨球的運動速度快于多為粉末樣品的合成 材料，故球磨球先從爐體1下部出口 3脫出，而從出口 3脫出的球磨球則需要重新從爐體1 上部入口 2處加入反復對合成材料進行球磨處理。最終從爐體1下部出口處出來的是合成 好的LiFeP(^成品。整個合成過程無需轉移設備和多余的人工操作，材料一步合成出來，且 不會因轉移而污染。 實施例2 :如圖2所示為本發明加熱球磨一體式管式爐的另一種實施方式，主要用 于對鋰離子電池正極材料LiCo(^的合成，其爐體1垂直放置，并呈塔式螺旋管狀結構。爐體 1的上部設有球磨球及合成材料入口 2，而下部則設有球磨球及合成材料出口 3。所述爐體 l從上到下采用加熱段-保溫段-加熱段-保溫段-自然冷卻段的五段式設計，而爐體l的 爐壁采用雙層結構，內層11為承重層，而外層12則根據所在工作段不同而為不同的層，所 在加熱段為加熱層，所在保溫段為保溫層，所在冷卻段則為冷卻層。 常規技術中對于LiCo02的合成，有文獻報道，對于特殊條件下的應用，包括實驗室 研究，需要顆粒度更小的成品材料，通常的制備方法是先球磨樣品使之混合均勻，而后高 溫處理和球磨處理反復重復3遍，每次處理中間都是從高溫爐中取出樣品，置于球磨設備 中球磨，然后再置于高溫爐中，操作較為繁復，且合成材料在轉移過程中易受到污染。
采用本實施例進行LiCo02的合成時，球磨球和合成材料一同從爐體1上部的入口 2處加入，在重力作用下沿著呈塔式螺旋管狀結構的爐體1內腔向下運動，爐體1上相應的 工作段依次對合成材料進行高溫處理、保溫處理高溫處理、保溫處理和冷卻處理，與此同時 球磨球則在每個工作段內對合成材料進行不間斷的球磨處理。由于球磨球的運動速度快于 多為粉末樣品的合成材料，故球磨球先從爐體1下部出口 3脫出，而從出口 3脫出的球磨球 則需要重新從爐體1上部入口 2處加入反復對合成材料進行球磨處理。最終從爐體1下部 出口處出來的是合成好的LiCo02成品。整個合成過程與現有技術相比無需轉移設備和多 余的人工操作，材料一步合成出來，且不會受到污染。 實施例3 :如圖3所示為本發明加熱球磨一體式管式爐的第三種實施方式，主要用 于對鋰離子電池正極材料LiMn(^的合成，其爐體1垂直放置，并呈反塔式螺旋管狀結構。爐 體1的上部設有球磨球及合成材料入口 2，而下部則設有球磨球及合成材料出口 3。所述爐 體1從上到下采用加熱段_保溫段_強制冷卻段_加熱段_自然冷卻段的五段式設計，而 爐體1的爐壁采用雙層結構，內層11為承重層，而外層12則根據所在工作段不同而為不同 的層，所在加熱段為加熱層，所在保溫段為保溫層，所在冷卻段則為冷卻層。
常規技術中對于LiMn02的合成，有文獻報道，對于特殊條件下的應用，包括實驗室 研究，需要顆粒度更小的成品材料，通常的制備方法是先球磨樣品使之混合均勻，而后高 溫處理和球磨處理反復重復3遍，每次處理中間都是從高溫爐中取出樣品，置于球磨設備 中球磨，然后再置于高溫爐中，操作較為繁復，且合成材料在轉移過程中易受到污染。
采用本實施例進行LiMn02的合成時，球磨球和合成材料一同從爐體1上部的入口 2處加入，在重力作用下沿著呈反塔式螺旋管狀結構的爐體1內腔向下運動，爐體1上相應 的工作段依次對合成材料進行高溫處理、保溫處理、冷卻處理、高溫處理和冷卻處理，與此 同時球磨球則在每個工作段內對合成材料進行不間斷的球磨處理。由于球磨球的運動速度 快于多為粉末樣品的合成材料，故球磨球先從爐體1下部出口 3脫出，而從出口 3脫出的球磨球則需要重新從爐體1上部入口 2處加入反復對合成材料進行球磨處理。最終從爐體1 下部出口處出來的是合成好的LiMn02成品。整個合成過程與現有技術相比無需轉移設備 和多余的人工操作，材料完全是一步合成出來，且不會受到污染。
從上述三個實施例可知本發明的優點如下 本發明所提供的這種加熱球磨一體式管式爐，其將球磨處理和高溫處理兩個工序 合為一體，不需要在兩種工藝處理之間轉換合成設備，具有更高的自動化程度，合成材料不
會因為轉移而被污染。 本發明所提供的這種加熱球磨一體式管式爐，其利用重力的作用，使被合成材料 和球磨球沿著呈螺旋管狀結構的爐體內腔自由下落，具有節能的優點。 本發明所提供的這種加熱球磨一體式管式爐，采用分段式設計，可以完成高溫+ 球磨處理，保溫+球磨處理，自然冷卻+球磨處理，強制冷卻+球磨處理之間的多種形式組 合；而合理的分段式設計，則既可以保證材料結晶的均勻性，又可以有效的控制材料的顆粒度。 當然上述幾個實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項 技術的人能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據 本發明主要技術方案的精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之 內。
權利要求
一種加熱球磨一體式管式爐，包括爐體(1)，其特征在于所述爐體(1)垂直放置，并呈螺旋管狀結構，爐體(1)的上部設有球磨球及合成材料入口(2)，而下部則設有球磨球及合成材料出口(3)。
2. 根據權利要求l所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述爐體(1)采用分段 式設計，從上到下至少順序包括一加熱段、一保溫段，或一加熱段、一冷卻段。
3. 根據權利要求2所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述爐壁為雙層結構， 內層(11)為承重層，而外層(12)則根據所在工作段不同而為不同的層，所在加熱段為加熱 層，所在保溫段為保溫層，所在冷卻段則為冷卻層。
4. 根據權利要求2或3所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述冷卻段為自然 冷卻段或強制冷卻段。
5. 根據權利要求l所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述爐體(1)采用僅具 有一加熱段的整體式設計。
6. 根據權利要求5所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述爐壁為雙層結構， 內層(11)為承重層，而外層(12)為加熱層。
7. 根據權利要求l所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述爐體(1)呈垂直方 向螺距保持一致的單一式螺旋管狀結構。
8. 根據權利要求l所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述爐體(1)呈垂直方 向螺距變化的復合式螺旋管狀結構。
9. 根據權利要求8所述的加熱球磨一體式管式爐，其特征在于所述爐體(1)呈塔式螺 旋管狀結構，或者反塔式螺旋管狀結構。
全文摘要
本發明公開了一種加熱球磨一體式管式爐，包括爐體，其特征在于所述爐體垂直放置，并呈螺旋管狀結構，爐體的上部設有球磨球及合成材料入口，而下部則設有球磨球及合成材料出口。本發明所提供的這種加熱球磨一體式管式爐，其將球磨處理和高溫處理兩個工序合為一體，不需要在兩種工藝處理之間轉換合成設備，具有更高的自動化程度，合成材料不會因為轉移而被污染。并且本發明利用重力的作用，使被合成材料和球磨球沿著呈螺旋管狀結構的爐體內腔自由下落，具有節能的優點。
文檔編號F27B17/00GK101701768SQ20091017444
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月3日 優先權日2009年11月3日
發明者徐艷輝, 李德成, 汝坤林, 鄭軍偉, 鞠華 申請人:蘇州大學