CN108267495A - 一种监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统及方法，包括伸入到反应釜内部试剂中的取样管以及用于监测所述取样管取出的样品中氧气含量的监测装置，且所述反应釜与所述监测装置之间设置有用于降低所述样品的温度的冷却装置；对反应釜内试剂中的氧气含量进行调控的方法为采用上述系统对反应釜内的试剂中的氧气含量进行监控，并根据监控得到的氧气含量调控向反应釜内通入氮气或还原剂的含量。本发明的一种监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统及方法，能够实时地监控反应釜内试剂中的氧气含量，提高监控效率。

Description

一种监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统及方法

技术领域

本发明涉及锂电多元材料制备技术，更具体地，涉及一种监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统及方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量、长寿命、低污染等优点，被广泛用于收集、计算机、电动自行车、电动汽车、国防等多种领域。而正极材料直接决定了最终锂离子电池的性能。用于制备电池的多元材料具有高容量、可逆比容量大，同时具有较高的安全性能，价格也相对较低。且与电解液的相容性较好，循环性能优异，因此广泛应用于各个领域。

近几年来，多元材料的优势得到了充分的发挥，成为了电池材料厂家追捧的对象；与此同时，随着多元电池材料在新能源汽车行业的广泛应用，对多元材料前驱体也提出了更高的要求，多元材料前驱体的安全性能首当其冲。

多元材料前驱体的合成过程中，尤其是在开机初始反应阶段，很容易因氧气的带入而被氧化，而影响前驱体的一次颗粒形成及形貌，对前驱体的合成造成了严重的困扰。

在对氧含量进行检测时，其检测温度要求低于45℃，否则，会造成检测设备易损坏等不良影响。而目前合成多元材料前驱体的反应温度大都高于50℃。因此必须从反应釜取样，待样品冷却至测氧仪要求的温度范围后加入流动池开始检测。该检测方法具有滞后性；同时样品取出后放置又会引入少量的氧气，从而影响对真实结果的判断；如何有效的监控反应釜中的氧含量，有针对性的采取措施，显得非常的重要。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统及方法，以解决多元材料前驱体合成过程中反应釜内氧含量的监控不及时、监控效率低、准确度不高，以及反应釜内试剂中氧含量控制效率不高的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，包括伸入到反应釜内部试剂中的取样管以及用于监测所述取样管取出的样品中氧气含量的监测装置，且所述反应釜与所述监测装置之间设置有用于降低所述样品的温度的冷却装置。

进一步地，所述冷却装置包括盛装有冷却液的溶液池，所述溶液池内设置有输液管路，所述输液管路浸入到冷却液中，且所述输液管路的一端与取样管相连通，所述输液管路的另一端与所述监测装置相连。

进一步地，所述输液管路为螺旋形管路。

进一步地，所述取样管位于反应釜外侧的末端设置有用于抽取样品的蠕动泵。

进一步地，所述监测装置包括用于监测样品中氧气含量的传感器以及用于动态储存样品的流动池，所述传感器插入所述流动池内的样品中。

进一步地，所述流动池的底部设置有排放流动池内样品的可开闭排液口。

本发明还提供一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的方法，其采用上述系统对反应釜内试剂中的氧气含量进行监控，根据反应釜内试剂中的氧气含量调控向反应釜中通入氮气的量，直至反应釜内试剂中的氧气含量低于最高允许值。

进一步地，向所述反应釜中通入氮气的同时，向所述反应釜中添加还原剂。

本发明的有益效果主要如下：

(1)取样管伸入到反应釜内，且在反应釜与监测装置之间设置冷却装置，能够实现对反应釜内氧气含量的实时监控，能够避免向样品或试剂中引入氧气或其他杂质，提高监控效率和监控准确性；

(2)冷却装置采用浸没入冷却液中螺旋形管路结构，其结构简单，且冷却效果良好；

(3)监测装置采用流动池与传感器相配合的结构，进一步保证动态监测反应釜内试剂中氧气含量的即时性和准确性。

附图说明

图1为根据本发明实施例中一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例中一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统的冷却装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1所示，一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，包括取样管2、冷却装置4和监测装置5。取样管1的一端伸入到反应釜1的内部，并伸入到反应釜1内部参与反应的混合试剂中，用于抽取试剂作为样品，以监控样品中的氧气含量。监测装置5用于对取样管2抽取的样品进行检测分析，以得到样品中的氧气含量情况，进而分析反应釜1中试剂的氧气含量，从而对多元材料前驱体合成过程中的氧气含量进行监控。

冷却装置4设置于反应釜1与监测装置5之间，冷却装置4的一端与取样管2相连，冷却装置4的另一端与监测装置5相连。冷却装置4用于对取样管2抽取的样品进行冷却处理，以避免监测装置5直接测量高温样品而造成监测装置5的损坏。

由于在合成多元材料前驱体的过程中，反应釜1中的试剂通常在高于50℃的温度条件下反应，由取样管2抽取出的样品的温度较高，不适合监测装置5直接对其进行测量。若将样品取出后放置，待样品冷却后再测量，不仅会存在一定的滞后性，还有可能会引入环境中的氧气而影响监控准确性。

因此，在监测装置5与取样管2之间设置冷却装置4，由取样管2抽取出的样品直接经冷却装置4冷却处理后，再经监测装置5检测以分析样品中的氧气含量，进而对反应釜1内试剂中的氧气含量进行监控。采用在监测装置5与取样管2之间设置冷却装置4的结构，不仅能够提高检测氧气含量的及时性，以实现对氧气含量的实时监控，还能够避免引入环境中的氧气，提高分析和监测的准确性。

具体地，当采用取样管2的一端伸入反应釜1内部的结构，可使取样管2与反应釜1的位置固定，并对取样管2的外壁与反应釜1向接触的部位进行密封处理。取样管2在抽取样品的过程中，以及整个监控过程中，反应釜1都处于密封状态，不会引入环境中的氧气或其他杂质，以避免对反应釜1内试剂的反应产生不良影响。

在另一个具体的实施例中，参见图2所示，冷却装置4包括输液管路42和盛装冷却液的溶液池41，输液管路42浸没于溶液池41中盛装的冷却液中。并且，输液管路42的一端与取样管2相连通，输液管路42的另一端连接至监测装置5。具体地，冷却液可采用水或含有乙二醇的水溶液等，只要能够达到冷却降温的效果即可。

由取样管2中抽取出的样品被输送入输液管路42中，经由输液管路42输送至监测装置5，由监测装置5对样品进行检测分析。样品经由输液管路42中通过时，由输液管路42外侧的冷却液对输液管路42中流经的样品进行冷却处理，则被输送至监测装置5的样品的温度较低，可以由监测装置5直接对样品进行实时检测。

冷却装置4的结构简单，但能够实现对样品冷却处理的良好效果。同时，经取样管2抽取出的样品直接被输送入输液管路42中冷却处理后，即由监测装置5进行检测分析，也即是，样品在管路中流动输送并被冷却，整个过程在封闭的环境下进行，能够有效的避免环境中氧气的引入，不仅提高了处理效率，也提高了监控准确性。

在另一个具体的实施例中，输液管路42为螺旋形管路。浸没入冷却液中的输液管路42采用螺旋形管路，使输液管路42浸没入冷却液中的长度增长。样品在输液管路42中流动时，其能够增长样品流动的路径，延长样品与冷却液相互作用而被冷却处理的时间，从而有效的降低样品的温度，以便于监测装置5及时对样品进行检测分析，提高监控的即时性。

在另一个具体的实施例中，在取样管2位于反应釜外侧的末端设置有蠕动泵3。蠕动泵3用于配合取样管2自动从反应釜1中抽取样品，提高取样效率。采用蠕动泵3与冷却装置4相配合的结构，能够实现对反应釜1内试剂中样品含量的即时监测。

在另一个具体的实施例中，用于检测分析样品中氧气含量的监测装置5包括传感器和流动池。传感器的测量端浸没入流动池内的样品中，用于对样品中的氧气含量进行检测分析；流动池用于临时或动态储存由取样管2抽取出的样品，以供传感器对样品中的氧气含量进行检测分析。

具体地，输液管路42的一端与流动池相连。取样管2从反应釜1内取得的样品经输液管路42输送到流动池内，由插入到流动池内的传感器进行含氧量检测。

具体地，监测装置5采用动态储存样品的流动池，能够实现对反应釜1抽取出的样品的动态监测过程。同时，采用流动池与传感器相配合的结构，不仅用于检测分析的装置的结构简单，而且，其能够实现实时地动态监测。

具体地，监测装置5还包括与传感器相连的显示屏51。传感器对样品进行检测分析后，其检测结构能够即时的在显示屏51上显示，以提高监控的便捷性。

在另一个具体的实施例中，流动池的底部设置有排放流动池内样品的可开闭排液口。可开闭排液口设置在流动池的底部，便于对已经过检测的样品完全排出流动池，以利于对样品中氧气含量的检测。

当对流动池内的样品进行检测时，可开闭排液口关闭。当流动池内的样品检测完毕后，将可开闭排液口打开，将流动池中的样品排出，以便于对下一批样品的检测。或者，也可以通过调节可开闭排液口的开口大小以控制流动池内样品的流动状态，从而测量动态流动的样品中的氧气含量。

具体地，测量样品中氧气含量的传感器采用溶解氧传感器。溶解氧传感器的电极外侧包覆有允许溶解气体通过的隔膜，使电极和电解质能够与被测量的液体分开，只有溶解气体能渗透覆膜。因此保护了传感器，既能防止电解质逸出，又可防止外来物质的浸入而导致污染和毒化。

本发明还提供一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的方法，其根据反应釜1内试剂中的氧气含量调控向反应釜1内通入氮气的量。具体地，所通入氮气的量可通过调控向反应釜1中通入氮气的流量和时间进行控制。

具体地，反应釜1内试剂中的氧气含量通过上述系统进行监测，即取样管2从反应釜1内抽取样品，并将抽取的样品经冷却装置4冷却处理后，输送至监测装置5，由监测装置5对样品中的氧气含量进行检测分析。当样品中的氧气含量过高时，向反应釜1内通入氮气。

与此同时，取样管2连续或间歇式的从反应釜1内抽取样品，并输送至监测装置5进行监测分析。直至所抽取的样品中的氧气含量低于最高允许值，停止向反应釜1内通入氮气。

采用这种方式，不仅能够有效的保证反应釜1内试剂中的氧气含量低，不会影响反应釜1内试剂反应所得产品的质量，同时，其能够降低氮气的用量，避免一直向反应釜1内通入氮气。从而能够降低成本，并确保产品质量。

在另一个具体地实施例中，当反应釜1内试剂中的氧气含量过高时，通过向反应釜1内通入氮气，以降低反应釜1内试剂中的氧气含量。在向反应釜1内通入氮气的同时，还可以向反应釜1内添加还原剂，以避免反应釜1内试剂的被氧化或降低试剂的被氧化率。具体地，向反应釜1内添加的还原剂可以是水合肼等物质。

可以理解的是，为降低反应釜1内试剂中的氧气含量，可以向反应釜1内通入氮气保护；也可以在通入氮气的同时添加水合肼等还原剂，以降低反应釜1内试剂中的氧气含量。

本发明的一种监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统及方法，取样管2的一端伸入到反应釜1内部以抽取样品，抽取出的样品将冷却装置4冷却处理后，直接输送至监测装置5，由监测装置5检测分析样品中的氧气含量；根据所述检测到的氧气含量，即时的调节向反应釜1内通入的氮气量，或同时通入的氮气和还原剂的量。采用该系统和方法，能够对反应釜内试剂中的氧气含量进行实时的监控和调节，以提高产品质量。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，其特征在于，包括伸入到反应釜内部试剂中的取样管以及用于监测所述取样管取出的样品中氧气含量的监测装置，且所述反应釜与所述监测装置之间设置有用于降低所述样品的温度的冷却装置。

2.如权利要求1所述的一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，其特征在于，所述冷却装置包括盛装有冷却液的溶液池，所述溶液池内设置有输液管路，所述输液管路浸入到冷却液中，且所述输液管路的一端与取样管相连通，所述输液管路的另一端与所述监测装置相连。

3.如权利要求2所述的一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，其特征在于，所述输液管路为螺旋形管路。

4.如权利要求1所述的一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，其特征在于，所述取样管位于反应釜外侧的末端设置有用于抽取样品的蠕动泵。

5.如权利要求1所述的一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，其特征在于，所述监测装置包括用于监测样品中氧气含量的传感器以及用于动态储存样品的流动池，所述传感器插入所述流动池内的样品中。

6.如权利要求5所述的一种用于监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的系统，其特征在于，所述流动池的底部设置有排放流动池内样品的可开闭排液口。

7.根据权利要求1-6任一项所述的系统监控多元材料前驱体合成过程中氧含量的方法，其特征在于，根据反应釜内试剂中的氧气含量调控向反应釜中通入氮气的量，直至反应釜内试剂中的氧气含量低于最高允许值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，向所述反应釜中通入氮气的同时，向所述反应釜中添加还原剂。