[发明专利]一种高温烧结炉及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种高温烧结炉及其制备方法与应用，使用不锈钢焊接成炉体内胆，将碳纤维缠绕在内胆外侧，碳纤维表面刷涂PAN加硅氧烷后在碳纤维外侧套电磁感应铜线圈作为加热源，铜线圈内部通液氮，液氮在冷却铜管同时变成氮气后通入炉体内，作为材料烧结的保护气体。相比传统的使用电阻丝加热炉、采用本发明的烧结炉烧结材料能够减少炉胆钢材重量，提高烧结效率、降低能耗。

技术领域

本发明涉及烧结炉技术领域，具体涉及一种提高烧结效率、减少材料使用、降低烧结能耗的高温烧结炉及其制备方法与应用。

背景技术

当前，磷酸铁锂、磷酸锰铁锂正极材料因比容量高、价格低廉、无环境污染、安全性和热稳定性好等优点，而成为一种最具前途的新一代安全环保型锂离子动力电池正极材料，可广泛应用于新能源汽车、储能设备、不间断电源、电动工具等领域，市场前景十分广阔。

磷酸铁锂、磷酸锰铁钾正极材料通常采用电阻炉合成装置来生产。随着市场不断扩大，原先的合成装置电阻炉成为制约磷酸铁锂、磷酸锰铁锂快速生产的最主要设备。要提高生产效率，现有通常的做法是对炉胆加长、加厚，但这造成了重量和成本的增加，热容加大，能耗增加，加热效率降低。另一方面，现有的电阻炉合成装置，仅采用不锈钢作为炉胆，无法使用电磁感应加热，大多为电阻丝加热，主要通过热辐射方式把热量传到炉胆上，不利于快速升温，导致效率较低，有必要进行改进。因此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种高温烧结炉及其制备方法与应用。

为实现以上目的，本发明的其中一个目的在于提供一种高温烧结炉的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，使用不锈钢焊接成炉体内胆；

步骤2，将碳纤维缠绕在炉体内胆的外侧，所述碳纤维的表面刷涂聚丙烯腈和硅氧烷；

步骤3，在碳纤维的外侧套设电磁感应铜线圈，铜线圈的内部通液氮，液氮在冷却铜管的同时变成氮气后通入炉体内，作为材料烧结的保护气体；

步骤4，首次使用时，将炉体温度加热到800℃保温制得所述的高温烧结炉，加热时聚丙烯腈碳化固化碳纤维，硅氧烷分解为二氧化硅隔氧层，保护碳纤维，防止碳纤维高温氧化。

本发明的另一个目的提供了一种高温烧结炉，包括炉胆，还包括电磁感应加热元件和冷却介质；

所述炉胆包括内侧的内胆和外侧的碳纤维，所述内胆由不锈钢焊接而成，所述碳纤维缠绕在所述内胆的外侧且表面包覆有固化层和隔氧层；

所述电磁感应加热元件内中空以形成介质通道且套设在所述碳纤维的外侧，所述介质通道的一端与介质供料装置连接、另一端与所述内胆连通；

所述冷却介质填充于所述介质通道内，所述冷却介质用于电磁感应加热元件在加热过程的冷却且在加热时气化通入内胆中作为材料烧结的保护气体。

优选地，所述的高温烧结炉采用上述的制备方法制得。

本发明还有一个目的在于提供上述所述的高温烧结炉或由上述的制备方法制得的高温烧结炉在电池正极材料和陶瓷材料合成中的应用。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)本发明以使用碳纤维强化不锈钢炉胆，不锈钢的使用量节约了30％以上，减少不锈钢的厚度和重量，节约材料，大幅降低炉胆整体惯量，减少炉胆转动所消耗的能量，降低能耗。

2)通过电磁感应直接加热炉胆外侧的碳纤维，炉体本身自行高速发热，节电在10％以上，降低能耗。

3)使用液氮通过铜线圈，降低线圈温度的同时自身气化，作为材料合成的保护气，进一步提高了能源的使用效率。

附图说明