CN108168284A - 锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备及干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备及干燥方法，其中锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备中的主罐体内周向设有环状第一滤网，第一滤网与主罐体侧壁之间设有布风通道，出气管道于主罐体内的端部开口处设有第二滤网；所述的一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，包括上料、加热粉料、真空除水、多次除水以及卸料步骤。本发明采用高温与真空的方式进行干燥，以去除粉料中的游离水、结合水。本发明适用于锂电池生产工艺中，用于对正极、负极粉料的干燥。

Description

锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备及干燥方法

技术领域

本发明属于粉料干燥技术领域，涉及锂离子电池粉料干燥,具体地说是一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备及干燥方法。

背景技术

在锂电池生产工艺中，正极、负极材料作为电芯原材料中所占成本比重最大的原材料，其制备是锂电池行业中最核心的环节。正负极粉料在混料工艺过程中需使用粘结剂PVDF，由于粉料中所含的游离水、结合水会使粘结剂PVDF发生团聚现象，不能溶解于有机溶剂，降低其粘结性能。因此，锂离子电池制造工艺中正极、负极粉料干燥极为重要。

目前，行业中应用的物料搅拌型干燥设备，在干燥过程中往往会产生大量扬尘使得小颗粒粉料的回收困难，造成原料浪费。而采用在干燥器内置电加热装置的方式，需引线至干燥器腔体外部，增加了泄压点，难以保证干燥器内的高真空度。传统干燥设备由于加热温度的局限，手段单一，难以除去粉料中的结合水，经处理后粉料的含水率在百分之几。此外，在抽真空的过程中，往往会将干燥器内的粉料带入真空装置，降低真空装置的使用寿命。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备及干燥方法，采用高温与真空的方式进行干燥，以实现去除粉料中的游离水、结合水的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，包括干燥罐，干燥罐包括上料装置、与上料装置相连的主罐体以及与主罐体底端相连的卸料装置，所述主罐体上部与真空装置管道相连，主罐体下部与主罐体上部分别设有与气体循环系统相连的进气管道及出气管道；所述主罐体内周向设有使上料装置内粉料落入的环状第一滤网，第一滤网与主罐体侧壁之间设有能使气体由进气管道沿主罐体侧壁进入第一滤网内的布风通道；出气管道于主罐体内的端部开口处设有第二滤网，使主罐体内的气体经第二滤网进入出气管道内。

作为本发明的改进，所述布风通道为沿高度方向多层连通的环状布风板，布风板朝向第一滤网一侧具有开口。

作为本发明的另一种改进，所述第一滤网及第二滤网皆为双层可使粒径小于0.1微米的固体颗粒通过的过滤网。

作为本发明的第三种改进，所述主罐体上部与真空装置之间设有过滤装置，过滤装置内设有过滤精度为0.1微米的可拆卸过滤滤芯。

作为本发明的还有一种改进，所述气体循环系统包括供气装置、鼓风机以及循环加热器；出气管道与鼓风机进气口管道连接，鼓风机与出气管道相连的管道上设有与供气装置相连的管道，鼓风机出气口与循环加热器进气口管道连接，循环加热器出气口与进气管道通过管道连接。

作为本发明的进一步改进，所述气体循环系统还包括冷却器，冷却器进气口与鼓风机出气口管道相连，冷却器出气口与进气管道通过管道相连。

作为本发明的另一种改进，所述上料装置为在真空负压下将物料吸入上料装置内的真空上料机，卸料装置为内充氮气的密闭罐体。

作为本发明的进一步改进，所述主罐体上设有压力感应装置或温度感应装置或空气振动器或取样器。

作为本发明的更进一步改进，所述供气装置与鼓风机之间、供气装置与出气管道之间、鼓风机与出气管道之间、冷却器与进气管道之间、循环加热器与进气管道之间、主罐体与过滤装置之间、过滤装置与真空装置之间皆设有控制气体单向通断的管道连接件。

作为本发明的再进一步改进，所述上料装置与主罐体之间、卸料装置与主罐体之间皆设有密封门，卸料装置与粉料干燥完成后进行后续处理的装置之间设有密封门。

本发明还提供了一种利用上述锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备所实现的锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其技术方案如下：

一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，包括如下步骤：

（一）上料

将待干燥粉料由上料装置进入主罐体内；

（二）加热粉料

气体循环系统将加热的气体由进气管道输送至布风通道内，布风通道内的气体经第一滤网流入主罐体内的粉料中，主罐体内气体再经第二滤网由出气管道输送回气体循环系统中；

（三）真空除水

由真空装置对主罐体内部抽真空，去除粉料中的游离水、结合水；

（四）多次除水

可重复步骤（二）和（三）；

（五）卸料

干燥完成的粉料进入卸料装置内，将粉料进行收集。

作为本发明的改进，第（二）步中，气体进入布风管道内，经布风板逐层进入第一滤网内。

作为本发明的另一种改进，第（二）步对粉料进行加热的过程中，调控由供气装置向主罐体内输入气体的压力，使主罐体内的压力由负压到常压、常压到正压。

作为本发明的第三种改进，在第（四）步中，可由取样器抽取主罐体内不同位置的粉料样本，检测粉料含水率；粉料含水率不达标，继续重复步骤（二）和（三）；粉料含水率达标，通过鼓风机以及冷却器对主罐体内粉料进行降温，再进行第（五）步。

作为本发明的改进，在第（一）步之后、第（二）步之前，由真空装置对主罐体内部粗抽真空，以除去主罐体内的潮湿空气。

作为本发明的还有一种改进，抽真空过程中，带出主罐体内的少量粉料，在粒径0.1微米以上的可被过滤装置收集。

作为本发明的其它改进，在第（二）步中，由温度感应装置检测主罐体内粉料的温度变化，达到设定温度时，气体循环加热系统不再对管道内气体进行加热。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：

本发明采用高温与真空相结合的干燥方式，通过降低干燥罐内的压力，降低水的沸点，实现在较低的温度条件下使粉料中的水分脱离，处理后的粉料含水率达到万分之一的量级；

本发明通过设置第一滤网及第二滤网，能够适用于粒径在0.1微米以上固体粉料的干燥，不仅扩大了可干燥的固体粉料粒径范围，还能使加热的气体与粉料充分接触，利于粉料充分受热；

本发明通过设置布风板，对进入布风通道的气体具有导流的作用，使气体经布风板逐层进入主罐体内的粉料，有效避免了局部过热现象；

本发明通过设置过滤装置，不仅能够防止抽真空过程中将少量粉料带入真空装置内，降低真空装置使用寿命；还可有效回收0.1微米以上的固体颗粒，避免造成原材料的浪费，节约成本；

本发明的气体循环系统中，在鼓风机及循环加热器的作用下，可持续向主罐体内持续提供高温气体；在冷却器的作用下，可在完成粉料干燥后，对主罐体内加热粉料进行降温；

本发明通过设置供气装置，可使主罐体内压力由负压到常压、常压到正压，再结合真空装置抽真空，使主罐体内由正压到负压，不仅增加了主罐体内参与换热的气体分子总量，同时增强了气体分子间的撞击，提高了粉料干燥效率；

本发明通过设置真空上料机，能够消除粉料静电以及分层现象的发生，上料过程无扬尘，减少了对原材料的浪费；

本发明中的上料装置、主罐体以及卸料装置内皆为密闭结构，并且主罐体内无传动机械与粉料接触，不会混入杂质，保证粉料的清洁度；卸料装置内充氮气，避免干燥完成后的粉料与空气的接触；

本发明取样便捷，在干燥过程中即可判断粉料干燥是否合格，避免了干燥后取样不合格，还需回炉重新干燥的情况出现；本发明通过设置空气振动器，不仅能够使主罐体内各处粉料高度保持一致，还可起到辅助卸料的作用。

本发明适用于锂电池生产工艺中，用于对正极、负极粉料的干燥。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的干燥罐1内部结构示意图。

图中：1、干燥罐；2、真空上料机；3、主罐体；4、卸料装置；5、进气管道；6、出气管道；7、第二滤网；8、第一滤网；9、过滤装置；10、真空装置；11、供气装置；12、鼓风机；13、循环加热器；14、冷却器；15、压力感应装置；16、温度感应装置；17、空气振动器；18、取样器；19、管道连接件；20、布风板。

具体实施方式

实施例1 一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备

如图1-2所示，本实施例包括干燥罐1、与干燥罐1管道相连的气体循环系统、与干燥罐1上部管道相连的过滤装置9以及与过滤装置9管道相连的真空装置10。

干燥罐1包括上料装置、主罐体3以及卸料装置4。

上料装置置于主罐体3上方，上料装置下端与主罐体3上端相连接，上料装置与主罐体3相接处设有可使主罐体3处于密封状态的密封门。上料装置采用现有技术中的真空上料机2，利用真空泵产生真空，在负压作用下，粉料由进料口吸入真空上料机2内。

主罐体3外壁采用双层壁，两层壁中间设有保温层。主罐体3下部设有进气管道5，主罐体3上部设有出气管道6。主罐体3内在距主罐体3侧壁一定间距的周向上设有环形的第一滤网8，第一滤网8的底边置于主罐体底面上，第一滤网8围成的环形能够容纳由真空上料罐5落入主罐体3内全部粉料。出气管道6与第二滤网7相连，第二滤网7围成与主罐体3共轴线的具有上部开口的中空圆柱，第二滤网7的上部开口与出气管道6于主罐体3内下端开口相接，使主罐体3内的气体只有经第二滤网7才能进入出气管道6内。

第一滤网8与主罐体3侧壁之间设有布风通道，布风通道为沿高度方向多层连通的环状布风板20，即布风板20上部及下部具有开口。布风板20朝向第一滤网8一侧具有开口，最下层的布风板20与进气管道5相连，使气体由进气管道5沿主罐体3侧壁进入第一滤网8内。第二滤网7及第一滤网8为双层可使粒径小于0.1微米的固体颗粒通过的过滤网。

主罐体上部3设有压力感应装置15，压力感应装置15可监测主罐体3内的压力值。主罐体上部3还开有抽真空用的输气口，输气口与过滤装置管道9相连，过滤装置9与真空装置10管道相连。过滤装置9内设有过滤精度为0.1微米的可拆卸过滤滤芯，阻挡粒径0.1微米以上的颗粒进入真空装置10内，并将粒径0.1微米以上的固体颗粒进行收集。

主罐体3下部为圆锥形结构，主罐体3下部设有温度感应装置16、取样器18以及空气振动器17。温度感应装置16、取样器18以及空气振动器17均采用现有技术。温度感应装置16可监测罐内不同位置粉料的温度值。空气振动器17所产生的振动力使进入主罐体3内的粉料处于同一高度，并且，还可在卸料时利于粉料进入卸料装置4内。取样器18可抽取罐内不同位置的粉料作为样本，以便在干燥过程中实时监测粉料的干燥情况。取样器18采用能够在取样时使主罐体3内部与外部环境相隔绝的伸缩式粉料取样器，通过将取样器18插入一定深度的粉料内，旋转置于外取样管内的内取样管，使粉料样本落入位于内取样管下端的取样室内，旋出内取样管可取出样本。

卸料装置4置于主罐体3下部、与主罐体3底端相连，可将主罐体3内干燥后的粉料收集。卸料装置4与主罐体3之间连接处设有密封门，卸料装置4与粉料干燥完成后进行后续处理的装置之间设有密封门，卸料装置4为内充氮气的罐体，这样，使卸料装置4始终与外部空气相隔离，避免干燥后的粉料进入卸料装置4内与空气接触，有效解决了粉料干燥完成后回潮的问题。

与粉料换热装置相连的气体循环系统包括供气装置11、鼓风机12以及循环加热器13。出气管道6与鼓风机12进气口通过管道连接，鼓风机12出气口与循环加热器13进气口管道连接，循环加热器13出气口与进气管道5通过管道连接。鼓风机12与进气管道5相连的管道上设有与供气装置11相连的管道。供气装置11为承装有惰性气体的罐体，如氮气。循环加热器13可采用现有技术中对管道内气体进行循环加热、并且能够实现对管道内气体温度进行自动控制的加热器。这样，在鼓风机12作用下，使气体循环系统及主罐体3内的气体循环流动。气体经循环加热器13加热后，持续由进气管道5向布风板20内提供高温气体，气体经第一滤网8进入围在第一滤网8内的粉料中，对主罐体3内的粉料进行换热。主罐体3内的气体再经第二滤网7由出气管道6将气体输送至鼓风机12进气口处，以此实现气体的热循环。在此过程中，粒径大于0.1微米的固体粉料颗粒能够留在第一滤网8内，使进入主罐体3内的高温气体对粉料进行加热干燥。在对粉料进行干燥过程中，通过调节循环加热器13中所设置的加热温度，控制进入主罐体3内气体的温度；通过控制供气装置11向主罐体3内输入压力的大小，使主罐体3内压力由负压到常压、常压到正压，再结合真空装置10对主罐体内3抽真空，使主罐体3内由正压到负压，如此反复，能够提高粉料的干燥效率。

气体循环系统还包括冷却器14，冷却器14进气口与鼓风机12出气口管道相连，冷却器14出气口与进气管道5通过管道相连。冷却器14采用现有技术中管壳式水冷换热器。粉料干燥过程完成后，关闭循环加热器13，开启冷却器14，可降低主罐体3内的粉料温度。

供气装置11与鼓风机12之间、供气装置11与出气管道6之间、鼓风机12与出气管道6之间、冷却器14与进气管道5之间、循环加热器13与进气管道5之间、主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间皆设有控制气体单向通断的管道连接件19。管道连接件19采用现有技术中的气动单向阀、密闭阀。

实施例2 一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法

该方法利用实施例1中的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备来实现，包括如下步骤：

（一）真空上料

启动真空上料机2，在真空上料机2所产生的真空负压作用下，将标定体积的待干燥粉料由外部吸入至真空上料机2内；打开真空上料机2与主罐体3之间的密封门，使粉料落入主罐体3。

（二）粗抽真空

关闭真空上料机2与主罐体3之间的密封门，此时气体循环系统与进气管道5、出气管道6上的管道连接件19也处于关闭状态。开启主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，对主罐体3内部粗抽真空，使主罐体内绝对压力达到1～2KPa，以除去主罐体3内的潮湿空气。带出主罐体3内的少量粉料，在粒径0.1微米以上的可被过滤装置9收集。

（三）加热粉料

关闭主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，开启供气装置11、鼓风机12、循环加热器13以及鼓风机12与供气装置11之间、鼓风机12与出气管道6之间、鼓风机12与出气管道6之间、循环加热器13与进气管道5之间的管道连接件19。鼓风机12采用离心鼓风机，风压为1300Pa。将加热后温度在80～180℃的高温气体输送至布风板20内，气体由布风板20逐层进入第一滤网3内待干燥的粉料内，主罐体3内的气体再经第二滤网7由出气管道6输出至鼓风机入口处。经过持续向主罐体3内输入高温气体，从而对主罐体3内不同高度的粉料进行加热。

在粉料加热过程中，通过压力感应装置15监测罐内的压力变化。控制供气装置11向主罐体3内输入压力的大小，使主罐体3内压力由负压到常压、常压到正压。为使主罐体3内的压力达到常压状态，供气装置11供气压力设置在比1个大气压高500～1000Pa；为使主罐体3内的压力达到正压状态，供气装置11供气压力设置在1～4个大气压。

通过温度感应装置16实时监测罐内粉料的温度变化，达到设定温度时，关闭循环加热器13，气体循环加热系统不再对管道内气体进行加热。

（四）真空除水

关闭气体循环系统与进气管道5、出气管道6上的管道连接件19，开启主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，对主罐体3内部抽真空，使主罐体3内的绝对压力达到0.001～1000Pa，以除去主罐体3内粉料中的游离水、结合水。带出主罐体3内的少量粉料，在粒径0.1微米以上的可被过滤装置9收集。

（五）多次除水

重复步骤（三）和（四），使主罐体3内压力由负压到常压、常压到正压、正压到负压，以此反复进行，增加干燥罐1内粉料的干燥效率，从而增加去除粉料中游离水、结合水的效果。在干燥过程中，可通过取样器18抽取主罐体3内不同位置的粉料样本，检测粉料含水率是否达标。粉料含水率不到百万分之三百时，继续重复步骤（三）和（四）；粉料含水率达到百万分之三百时，进入第（六）步。

（六）冷却粉料

关闭主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，开启鼓风机12、冷却器14以及鼓风机12与出气管道6之间、冷却器14与进气管道5之间的管道连接件19，使主罐体3内粉料温度降低至25～55℃。

（七）卸料

开启卸料装置4与主罐体3之间的密封门，启动空气振动器17辅助卸料，最终由卸料装置4将干燥合格的粉料进行收集。

Claims (17)

1.一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，包括干燥罐，干燥罐包括上料装置、与上料装置相连的主罐体以及与主罐体底端相连的卸料装置，其特征在于：所述主罐体上部与真空装置管道相连，主罐体下部与主罐体上部分别设有与气体循环系统相连的进气管道及出气管道；

所述主罐体内周向设有使上料装置内粉料落入的环状第一滤网，第一滤网与主罐体侧壁之间设有能使气体由进气管道沿主罐体侧壁进入第一滤网内的布风通道；出气管道于主罐体内的端部开口处设有第二滤网，使主罐体内的气体经第二滤网进入出气管道内。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述布风通道为沿高度方向多层连通的环状布风板，布风板朝向第一滤网一侧具有开口。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述第一滤网及第二滤网皆为双层可使粒径小于0.1微米的固体颗粒通过的过滤网。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述主罐体上部与真空装置之间设有过滤装置，过滤装置内设有过滤精度为0.1微米的可拆卸过滤滤芯。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述气体循环系统包括供气装置、鼓风机以及循环加热器；出气管道与鼓风机进气口管道连接，鼓风机与出气管道相连的管道上设有与供气装置相连的管道，鼓风机出气口与循环加热器进气口管道连接，循环加热器出气口与进气管道通过管道连接。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述气体循环系统还包括冷却器，冷却器进气口与鼓风机出气口管道相连，冷却器出气口与进气管道通过管道相连。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述上料装置为在真空负压下将物料吸入上料装置内的真空上料机，卸料装置为内充氮气的密闭罐体。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述主罐体上设有压力感应装置或温度感应装置或空气振动器或取样器。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述供气装置与鼓风机之间、供气装置与出气管道之间、鼓风机与出气管道之间、冷却器与进气管道之间、循环加热器与进气管道之间、主罐体与过滤装置之间、过滤装置与真空装置之间皆设有控制气体单向通断的管道连接件。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备，其特征在于：所述上料装置与主罐体之间、卸料装置与主罐体之间皆设有密封门，卸料装置与粉料干燥完成后进行后续处理的装置之间设有密封门。

11.一种锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其特征在于：该方法利用权利要求1-10中任意一项所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥设备来实现，包括如下步骤：

（一）上料

将待干燥粉料由上料装置进入主罐体内；

（二）加热粉料

气体循环系统将加热的气体由进气管道输送至布风通道内，布风通道内的气体经第一滤网流入主罐体内的粉料中，主罐体内气体再经第二滤网由出气管道输送回气体循环系统中；

（三）真空除水

由真空装置对主罐体内部抽真空，去除粉料中的游离水、结合水；

（四）多次除水

可重复步骤（二）和（三）；

（五）卸料

干燥完成的粉料进入卸料装置内，将粉料进行收集。

12.根据权利要求11所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其特征在于：第（二）步中，气体进入布风管道内，经布风板逐层进入第一滤网内。

13.根据权利要求11所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其特征在于：第（二）步对粉料进行加热的过程中，调控由供气装置向主罐体内输入气体的压力，使主罐体内的压力由负压到常压、常压到正压。

14.根据权利要求11-13中任意一项所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其特征在于：在第（四）步中，可由取样器抽取主罐体内不同位置的粉料样本，检测粉料含水率；粉料含水率不达标，继续重复步骤（二）和（三）；粉料含水率达标，通过鼓风机以及冷却器对主罐体内粉料进行降温，再进行第（五）步。

15.根据权利要求11所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其特征在于：在第（一）步之后、第（二）步之前，由真空装置对主罐体内部粗抽真空，以除去主罐体内的潮湿空气。

16.根据权利要求11所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其特征在于：抽真空过程中，带出主罐体内的少量粉料，在粒径0.1微米以上的可被过滤装置收集。

17.根据权利要求11所述的锂离子电池粉料微孔热流式干燥方法，其特征在于：在第（二）步中，由温度感应装置检测主罐体内粉料的温度变化，达到设定温度时，气体循环系统不再对管道内气体进行加热。