①课题来源与背景；

课题来源：陕西省重点研发计划-特色产业创新链（群）项目

课题背景：目前国内锂电池材料规模化生产普遍采用网带炉、推板炉、辊道窑、回转窑等设备，而且煅烧过程中需要通入大量的惰性保护气体，但是这些设备的密封效果较差，炉内氧含量较难控制，反应材料易被氧化，炉内平均停留时间较难精准控制，这些是造成物料电化学性能不稳定的主要原因；其次惰性气体消耗产生的废气也不是及时的集中排放，造成一定的环境污染。目前，先进的煅烧工艺和设备仅被日本、德国等少数国家掌握，为了达到长期垄断的地位，这些国家对我国实施了技术封锁，严重制约着我国锂电池行业的发展、正极材料性能的提升。

我公司在对锂电池材料煅烧工艺和现有煅烧设备研究分析的基础上，结合我国国情和企业需求以及多年从事锂电池煅烧工艺的优势，研发出一种新型的全密封气氛保护动态烧结技术及装备，满足产品对设备全密封的要求，达到对烧结时间的精准控制。并与 2019 年成功申报了陕西省特色产业创新链项目－锂电池正极材料全密封气氛保护动态烧结技术及装备研发项目（项目编号：2019TSLGY06-01）。本项目以陕西省特色产业创新链项目以基础，采用动态烧结技术、气氛保护动态平衡控制技术、防氧化石墨动静密封技术和高温防止物料粘壁技术等先进技术，经过不断试验、设计和改进，设备在可靠性、耐久性、安全性方面得到了保证。

②技术原理及性能指标；

技术原理：

锂电池材料全密封气氛保护动态烧结技术及装备采用动态烧结技术、气氛保护动态平衡控制技术、防氧化石墨动静密封技术和高温防止物料粘壁技术等先进技术，经过不断试验、设计和改进，设备在可靠性、耐久性、安全性方面得到了保证。尤其是我公司近期研发的万吨级锂电池材料连续烧结成套技术和装备，技术水平处于国内领先、省内首创。本成果打破了固有技术壁垒，设备智能化程度高，能耗低，比传统窑炉节能约30%，劳动力成本小，产品均匀性好，合格率高。本成果采用外热回转炉结构，圆筒式设计，使炉内物料受热均匀；炉内设计防死角粘壁构造，连续通过炉体加热腔内设置的加热温控组段，完成产品的烧结过程；配备完善的自动化系统，可通过PLC可编程控制器、触摸屏、组态界面，更精准地掌控温度、时间和材料等关键参数，实现整个设备自动运行控制。从根本上改善锂电池材料生产企业的产品质量，减小设备投资和运营成本，推动行业生产整体升级。也为我公司将传统陶瓷窑炉，向战略新兴产业转型奠定了良好的基础，为我公司的企业创新与产业升级提供了新的思路和发展方向。

性能指标：

锂电池正极材料全密封气氛保护动态烧结技术及装备性能指标：

1）生产方式：连续式

2）炉管：310S不锈钢

3）加热方式：电热丝环形加热

4）加热功率：≤90kw

5）最高烧结温度：≥1000℃

6）控制精度：±2℃

7）时间控制：±5min

8）处理量：±5%

9）炉管转速：0.1～0.25 r/min  

10）保护性气体消耗量：≤5m³/h

11）产量：约为30L/h

12）合格率：≥95%

13）出料方式：控制星型卸料器自动卸料，无粉尘泄漏

14）控制方式：触摸屏PLC智能控制

15）发表论文2-5篇

16）申请专利2项，其中发明专利1项

17）制定企业标准1项

③技术的创造性与先进性；

技术的创造性与先进性主要涉及4个方面：

1）动态烧结技术：动态烧结技术采用六边形炉管，承载物料通过自身旋转带动物料运动，与保护气体充分接触，并在高温下烧制。目前，国内外流行的回转炉炉管多为圆形，其内部设置直刮板导料，通过调节炉管的角度控制出料。其加工容易，但环形焊缝过多，影响使用强度及寿命，阻料刮板极难布置安装。粉料在圆形炉管中运动易产生大小颗粒分层和移动速度不同的缺点，从而严重影响粉料的品质。六边形炉管采用两半对扣加工工艺，在六个平面上布置不同形状、数量的刮板，从而减少或无环形焊缝，炉管强度及寿命大大提高，阻料刮板非常容易布置，同时六个光滑过渡棱角的存在，使粉料在其中运行时产生内外翻动效果，不再出现分层，大小颗粒前进速度不一致等缺点，从而提高了产品品质的档次和均匀稳定性。直刮板导料，通过调节炉体角度控制出料，完全依赖于物料的流动性，难以精确控制出料时间，降低了物料的使用性能。我公司特殊设计的螺旋刮板，精准计算出螺距，运用螺距的转动控制煅烧以及出料时间，导料性好而且出料时间也精确控制。

2）气氛保护动态平衡控制技术：传统回转炉一般是在氧化气氛环境下工作，对炉内气氛不加控制，而炉内压力控制一般采用炉尾进气，炉头自然排空的方式，通过控制阀门开度简单调节，无法实现精确控制。烧制高品质，高纯度的粉料，对炉内气氛和压力的要求很高，必须对炉内气氛压力进行精确控制。这就要求我们能精确的掌握气氛场的主要关系及其参数，气氛场模拟分析技术必不可少。气氛压力的动态平衡控制，主要通过压力闭环自动控制技术、气源的低扰动输送技术、高密封技术等来实现，全部控制过程均可通过计算机全自动控制来实现，全方位地满足气体传输与气氛精密控制的系统要求。

3）防氧化石墨动静密封技术：目前行业内普遍采用的密封方式为迷宫式密封、鱼鳞片密封、软填料遮挡密封，还有近年来使用较多的断面密封等，这些密封形式都存在一定缺陷，如迷宫式和鱼鳞片式密封效果较差，无法消除微量泄漏；端面密封，即采用动静两个密封环，并在动静密封环之间加注润滑油来进行密封，但是对于炉内温度较高时，润滑油容易结焦导致密封气体泄漏，且回转炉尺寸较大时，密封效果更不好，炉内通入可燃性气体，如发生泄露情况，后果不堪设想。为了解决传统回转炉密封结构存在的技术问题，我们研发了石墨密封圈密封结构，虽然石墨的熔点约为3900℃，但是在600℃开始与空气中的氧气进行微量反应，所以此时需要通入保护气体，此研发结构能够使密封效果得到改善。

4）高温防止物料粘壁技术：目前国内锂电正极材料煅烧采用的生产工艺有间歇式和连续式两种，但是这两种在热能平衡稳定正常运转前提下，物料因热能反应会产生粘壁现象。炉内物料的粘接有 3 种类型腐蚀结壁、粘性贴附和物料结团，这三种现象都会促使物料产生不均匀烧结。传统的除粘壁技术是在炉管两端设置敲打锤，两端敲打对高温段炉管粘壁起不到理想的效果。高温防止物料粘壁技术是在高温端炉管外设置防撞金属套和气动锤，通过气动锤敲击防撞金属套产生的震动，消除粘壁效应，气动锤通过PLC自动控制敲击时间和次数。

④技术的成熟程度，适用范围和安全性；

国内锂离子电池正极材料煅烧普遍采用传统的回转窑或者静态烧结方式的网带炉、辊道窑、推板窑，还没有采用全密封气氛保护动态烧结技术装备的。进口设备采用全密封气氛保护动态烧结技术的较多，其加热技术、气密性及自控系统上均具有良好的表现，技术含量高，国内相关技术与其相比有很大的差距。
目前，国内仅有少数几个民营生产厂家，仿制国外先进设备，或者生产传统的回转炉，因其技术及能力局限，以及产品自身的局限性，质量和可靠性受到了极大限制。国内锂电池材料规模化生产普遍采用网带炉、推板炉、辊道窑、回转窑等设备，而且煅烧过程中需要通入大量的惰性保护气体，但是这些设备的密封效果较差，炉内氧含量较难控制，反应材料易被氧化，炉内平均停留时间较难精准控制，这些是造成物料电化学性能不稳定的主要原因；其次惰性气体消耗产生的废气也不是及时的集中排放，造成一定的环境污染。目前，先进的煅烧工艺和设备仅被日本、德国等少数国家掌握，为了达到长期垄断的地位，这些国家对我国实施了技术封锁，严重制约着我国锂电池行业的发展、正极材料性能的提升。

我公司将在对锂电池材料煅烧工艺和现有煅烧设备研究分析的基础上，结合我国国情和企业需求以及多年从事锂电池煅烧工艺的优势，研发出了一种新型的全密封气氛保护动态烧结技术及装备，满足产品对设备全密封的要求，达到对烧结时间的精准控制。该项目设备采用动态烧结方式，智能化程度高，能耗低，比传统窑炉节能约30%，劳动力成本小，产品均匀性好，合格率高，从根本上改善锂电池正极材料生产企业的产品质量，减小设备投资和运营成本，推动行业生产整体升级。

⑤应用情况及存在的问题；

随着新能源-锂电池行业的兴起和发展，锂电池正极材料的煅烧就成为必然，而煅烧所需的设备--回转炉也成为市场热点。利用我们在煅烧设备方面多年积累的技术优势，及时抓住市场机遇，顺利开发出用于正极材料煅烧系列设备，并打入市场，目前，我们已有回转炉、气氛辊道炉、等多种用于锂电正负极材料煅烧设备在产，而且产量逐年增加。由于我们的产品质优价廉，并且可按需方要求定制式设计生产，我们的“科源牌”煅烧炉在国内锂电池正负极材料行业名列前三，国内市场占有率高达到60%。国内的比亚迪磷酸钛锂项目、上海杉杉硅负极材料项目、赣锋锂业钴酸锂项目、湖南海利三元材料项目、厦门钨业磷酸铁前驱项目、欧洲硅碳负极项目、内蒙古易高硅碳超容碳负极项目等等，均选用为我院煅烧设备。

⑥历年获奖情况。

1）2022年获全国机械冶金建材行业职工技术创新成果三等奖

2）2023年荣获陕西省企业“三新三小”创新竞赛二等奖

3）2023年荣获中国建材集团技术革新奖二等奖。