范 威

（有色金屬技術經濟研究院標準專利中心，北京 100089）

當前，鋰離子電池行業(yè)快速發(fā)展，同時也帶動了鈷酸鋰等鈷系正極材料的發(fā)展，因此，對于鋰離子電池鈷系正極材料的需求也大幅增長。四氧化三鈷作為鋰離子電池正極材料鈷酸鋰的主要原料，其鋰化性能、化學純度、物理性能等直接關系到制得鈷酸鋰的相關性能。目前四氧化三鈷的制備方法主要涉及化學沉淀法、噴霧熱解法、熱分解法、氧化法等，而工藝設備對于產品的生產至關重要，本文從專利信息分析的視角探究四氧化三鈷生產設備關鍵技術。

1 化學沉淀法生產設備

化學沉淀法生產設備主要涉及加料裝置、反應裝置（反應釜）、洗滌除雜裝置、煅燒裝置、分級裝置等。

關鍵技術點1：加料裝置的改進

專利CN213995798U公開了一種高振實密度摻鋁四氧化三鈷加料裝置的改進，主要涉及混合腔、進氣管、加料管、擴壓管的結構設計，通過該裝置有利于顆粒粒度緩慢增長、球形度不斷完善，提高了合成材料的致密程度和振實密度。專利CN101164904B公開了一種制備四氧化三鈷粉末的焙燒爐的氣動給料裝置，主要涉及將給料泵給料改為氣動給料，不僅使焙燒爐可以連續(xù)作業(yè)，提高給料的穩(wěn)定性，而且還可以給焙燒爐內補充氧氣。同時加設一個循環(huán)在線清洗系統(tǒng)，使焙燒爐給料管路可以保持流暢，從而進一步提高焙燒爐的設備利用率和工作效率。

關鍵技術點2：反應裝置的改進

專利CN207056558U 公開了一種用于制備四氧化三鈷反應容器的改進，將鈷鹽絡合物溶液和堿溶液以噴霧方式噴入反應容器內，并且在反應容器內加入高壓氧氣，致使反應容器內壓強增大，而且鈷鹽絡合物溶液和堿溶液以霧態(tài)形式存在，使得在反應容器內可以快速完全反應，反應得到的沉淀會下沉到反應容器底部，整體反應時間大大減少。專利CN202893348U公開了一種生產鈷酸鋰前驅體四氧化三鈷的專用反應釜，主要針對攪拌、導流、進料管道、溢流方式等方面作了進一步的改進，該反應釜使反應料液入釜時混合速度快、分散能力好，采用該釜產出的四氧化三鈷前驅體具有球形度好且粒度分布窄、振實密度高，產品質量高等優(yōu)點。專利CN210613696U 公開了一種球形四氧化三鈷反應釜，通過卡環(huán)、固定桿、加強葉、轉軸、主攪拌葉、主動輪、從動輪和內齒齒輪的相互配合使用，能夠使用兩個攪拌葉對物料進行攪拌，且兩個攪拌葉的攪拌方向相反，在反應釜內部形成漩渦加速了反應釜內部的反應速率，達到提高工作效率的目的，避免一般的反應釜使用單個攪拌葉攪拌物料，耗費時間長，導致攪拌效率低的問題，從而提高了反應釜的工作效率。

關鍵技術點3：洗滌除雜裝置的改進

專利 CN209792130U公開了一種用于四氧化三鈷合成物料后處理的洗滌機，設置了多個過濾管、壓縮空氣反沖陳列機構，結構簡單、易操作且洗滌效果佳，值得大力推廣使用。專利CN207238250U 公開了一種四氧化三鈷電池用的原料雜質過濾裝置，設置了攪拌軸和攪拌葉，把高密度原料內的金屬攪拌開來，使弱磁鐵環(huán)更好的吸引住原料中的金屬，并且可以直接將金屬送出，保證了金屬不會堆積在攪拌容器中，弱磁鐵環(huán)上下移動時候，還可以刮掉濾網內壁上的雜質，保證了濾網的通暢。專利CN207046881U公開了一種低鈉四氧化三鈷的制備裝置，通過管路依次連接第一離心機、推板窯、陳化釜、第二離心機、干燥器、合批機，在對四氧化三鈷進行一次離心洗滌、陳化以及二次離心洗滌時，均通過流量控制器控制水的進入量，從而避免水資源的浪費；通過設置推板窯，實現對四氧化三鈷進行灼燒，使鈉變得易流；通過設置第二離心機，使得鈉離子被徹底的洗掉，從而解決現有技術中裝置結構不完善，操作繁瑣，得到鈉含量高的問題。

關鍵技術點4：煅燒裝置的改進

專利CN100489129C 公開了一種微波燒結爐，在爐膛內設置螺帶式錐形攪拌器，與置于爐膛上部的保溫層外的傳動機構相連，進料機構為螺旋進料機構，出料機構為水冷式螺旋出料機構，一套微波源與多套過渡波導圍繞爐膛四周布置，采用該裝置節(jié)能、高效，實現連續(xù)式燒結。專利CN203174175U公開了一種用于生產氧化鈷類產品的電阻爐，主要涉及爐體的改進，能夠避免產品中混入設備的金屬雜質，可使生產氧化鈷類產品的工藝流程縮短，產品的品質高。專利CN201697448U涉及一種回轉窯爐，主要涉及在爐管內設置多個楊料板組，并且相鄰兩組楊料板呈錯位角度，采用該裝置能耗低，產品比表面積大、活性較高。

關鍵技術點5：分級裝置的改進

專利CN210411526U 公開了一種四氧化三鈷顆粒的分離裝置，涉及了底板和球形分離器的結構設計，分離篩選效果好。專利CN207238446U公開了一種四氧化三鈷超細粉粒篩選裝置，通過篩選箱體內部設置三個篩選網，可對四氧化三鈷超細粉粒進行多次過濾篩選，獲得純度更好的四氧化三鈷，而三個篩選網之間通過連接桿連接，振動電機可以帶動三個篩選網同時振動，從而加快物料的篩選效率。專利CN210613832U公開了一種四氧化三鈷粉末分級機，通過主動輪、轉軸、第一電機、第一濾網、主碾輥、從碾輥、從動輪和固定框的相互配合使用，能夠在分級之前碾碎四氧化三鈷粉粉末中的塊狀粉，碾碎后的粉分級更快速，達到分級效率高的目的，避免一般的分級機不及時處理結塊的粉末，結塊的粉塊易堵住出料口，致使分級中斷需要人工去疏通才能繼續(xù)分級，導致分級效率低的問題。專利CN208583598U涉及一種粉末物料振動篩的改進，可以根據粉末物料的過篩速度，通過調節(jié)擋板第二端部與篩框之間間隙的大小，能夠增加物料過篩率，在用于生產四氧化三鈷時，可提高金屬直收率。

2 噴霧熱解法生產設備

噴霧熱解法生產設備主要涉及噴霧熱解爐、氣流霧化氧化裝置或者噴霧焙燒裝置。

關鍵技術點1：噴霧熱解爐的改進

專利CN106197025B涉及一種制備純相四氧化三鈷的噴霧熱解爐的改進，可解決常規(guī)噴霧熱解爐生產的四氧化三鈷含有氧化亞鈷的問題。

關鍵技術點2：氣流霧化設備的改進

專利CN101497432B公開了一種溶液霧化氧化制備單一或復合金屬氧化物的裝置，設置一個帶有1-6組電加熱系統(tǒng)的豎式管狀電爐，在豎式管狀電爐內部的反應管中設有擾流裝置，在反應管頂部設有密封蓋，密封蓋上設有與進料管連接的氣流式霧化器，豎式管狀電爐下部設有旋風分離器連接，以及氣體吸收裝置。制備的產品純度大于99%，晶格完整，粒度分布均勻。

關鍵技術點3：噴霧焙燒裝置的改進

專利 CN210457507U公開了一種采用噴霧焙燒法生產四氧化三鈷的系統(tǒng)，包括存儲氯化鈷溶液的原料罐、預濃縮器、儲酸罐、焙燒爐、旋風除塵器、收集裝置，以及廢氣回收處理裝置，采用該裝置生產效率高、耗能少，節(jié)約能源。專利CN201121136Y 涉及一種噴霧焙燒制備四氧化三鈷粉末設備的改進，實現反應溫度穩(wěn)定，擴大反應溫度調節(jié)范圍，廢氣排放達標等。

3 熱分解法生產設備

熱分解法生產設備主要涉及反應爐，通過對反應爐的改進，實現產品生產效果好，粒度分布均勻、質量穩(wěn)定。

關鍵技術點：反應爐的改進

專利CN2900494Y 公開了一種節(jié)能型草酸鈷連續(xù)生產四氧化三鈷的裝置，是將爐本體分成上、下兩腔體，并在上腔體建立氣固流態(tài)化的第一沸騰層，同時開設溢流口，實現連續(xù)生產，制備的產品質量穩(wěn)定性高、產品粒度分布均勻。專利CN2756616Y公開了一種制備高品質四氧化三鈷的反應爐，包括煅燒部分和尾氣處理回收部分，結構簡單、設計合理。

4 氧化法生產設備

氧化法生產設備主要涉及反應罐、反應釜等結構改進，使氧化合成反應更充分，提高四氧化三鈷質量。

關鍵技術點：氧化反應裝置的改進

專利CN204057993U涉及一種改善電池級四氧化三鈷氧化動力學氣流分布器及反應裝置，通過改進增加反應釜中的單位體積液體粒子與氣體的接觸面積、并增加氣體在反應釜中的停留時間，從而使氧化合成反應更充分，從而提高電池原料四氧化三鈷的含量，降低雜質鈉的含量，改善鈷酸鋰的電化學性能。專利CN203577771U 公開了一種四氧化三鈷合成反應罐的物料控制裝置，通過在反應罐上設置控制器、進料閥、調節(jié)閥、電磁閥及PH值傳感器等控制結構，實現智能化操作，同時在生產過程中根據反應需要實時調節(jié)氯化鈷溶液和堿液與氧氣的流量，有效地減少人工勞動強度，提高流量的準確度、穩(wěn)定性及生成的四氧化三鈷的質量。專利CN204768721U 公開了一種液相合成制備純相四氧化三鈷的生產裝置，主要涉及氧化劑進料管、鈷液進料管和堿液進料管設置角度及高度的優(yōu)化，從而得到純性四氧化三鈷。

5 總結

（1）化學沉淀法生產設備關鍵技術點

化學沉淀法生產設備主要涉及加料裝置、反應裝置、洗滌除雜裝置、煅燒裝置、分級裝置等。

其中，加料裝置用于原料添加，可針對進料管道、給料泵等結構進行改進，例如在相應物料的進料管道上加設控制閥門，有利于顆粒粒度的緩慢增長，球形度不斷完善；通過將給料泵給料改為氣動給料，不僅使焙燒爐可以連續(xù)作業(yè)，提高給料的穩(wěn)定性，而且還可以給焙燒爐內補充氧氣；加設一個循環(huán)在線清洗系統(tǒng)，使給料管路可以保持流暢；

反應裝置的改進主要涉及反應釜結構的改進，具體針對反應釜內部攪拌機構的改進，通過改進能夠提高攪拌速率，從而實現物料混合速度快、分散效果好；

洗滌除雜裝置用于鈷鹽中雜質的脫除，主要涉及過濾裝置的結構改進，有利于提高產品純度；

煅燒裝置種類包括燒結爐、電路爐、回轉窯爐等，主要涉及爐體、爐膛、進料機構、出料機構等結構改進，有利于提高煅燒效率；

分級裝置主要涉及分級機、球形分離器、過濾箱、振動篩等結構改進，用于對四氧化三鈷超細粉粒進行過濾篩選，實現四氧化三鈷產品分級。

（2）噴霧熱解法生產設備關鍵技術點

噴霧熱解法生產設備包括噴霧熱解爐、氣流霧化氧化裝置、噴霧焙燒裝置等，主要針對爐體、霧化裝置、加熱裝置、物料輸送機構、廢氣處理、除塵裝置等結構改進，實現產品純度高、粒度分布均勻。

（3）熱分解法生產設備關鍵技術點

熱分解法生產設備關鍵技術主要涉及對反應爐爐體、爐膛、加熱區(qū)等結構的改進，可實現產品粒度分布均勻、質量穩(wěn)定。

（4）氧化法生產設備關鍵技術點

氧化法生產設備涉及反應罐、反應釜等，主要針對反應罐罐體、反應釜釜體、進料管、進料控制等結構進行改進，從而使氧化合成反應更充分，提高四氧化三鈷質量。