CN109668404A - 适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机 - Google Patents

适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，包括筒体，筒体上设有搅拌装置，搅拌装置包括搅拌驱动机构，搅拌驱动机构的输出端连接一伸入筒体内的搅拌轴，搅拌轴的下端安装有搅拌桨，搅拌桨包括沿搅拌轴的周向设置的第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨，第一搅拌桨上开有通孔，第二搅拌桨的下沿设有第一开口槽，第三搅拌桨的下沿设有第二开口槽，且从搅拌轴的轴线至第一开口槽的距离与至第二开口槽的距离不相等。本发明的真空干燥机通过设置第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨，并在其上分别设置通孔、第一开口槽和第二开口槽，该真空干燥机用于干燥锂离子电池正极材料颗粒时，可有效提高搅拌分散均匀性、提高干燥效率。

Description

适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机
技术领域
本发明涉及干燥设备技术领域，具体而言，涉及一种适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机。
背景技术
目前，盘式干燥机、真空耙式干燥机、双锥真空干燥机等是在医药、化工、农药、食品行业广泛使用的烘干设备，同时也被广泛应用于锂离子动力电池领域。为保证高镍三元锂离子电池正极材料品质，在其前驱体原料及高镍正极材料生产过程中，需要用到真空干燥机，以保证材料在干燥机内不被异物引入发生反应。
申请号为201410610597.1的专利文献公开了一种刮板搅拌真空干燥机，包括立式筒、搅拌装置、抽气装置和加热装置。其中立式筒为分体式结构，包括筒体和筒盖，筒体具有闭合端、开口端和侧壁，在闭合端的靠近侧壁处开设有出料口，筒盖盖装在开口端，筒盖上开设有进料口和抽气口。搅拌装置由驱动机构、主轴、搅拌架和刮板依次连接而成，主轴穿过筒盖伸入筒体内，搅拌架装设在主轴下端，刮板装设在搅拌架下端，抽气装置装设在抽气口处，加热装置包覆在筒体上。
该真空干燥机主要存在以下缺陷：(1)搅拌装置采用搅拌架+横臂+刮板的形式，其结构复杂，搅拌时对物料的搅拌均匀性不够，导致对物料干燥的均匀性不一致，干燥时间较长；(2)只设置一台搅拌电机，干燥过程和下料过程中搅拌电机的转速一致，为了保证干燥效率，通常搅拌电机的搅拌转速较高，当用于锂离子电池正极材料时，较高的干燥转速对正极材料颗粒有解离作用，会影响产品品质；(3)下料口设置在筒体闭合端的正下方，有漏料的风险，且下料阀结构复杂，容易残料。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，以至少解决现有技术中的真空干燥机搅拌均匀性不好、干燥时间较长的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，包括筒体，筒体上设有搅拌装置，搅拌装置包括搅拌驱动机构，搅拌驱动机构的输出端连接一伸入筒体内的搅拌轴，搅拌轴的下端安装有搅拌桨，搅拌桨包括沿搅拌轴的周向设置的第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨，第一搅拌桨上开有通孔，第二搅拌桨的下沿设有第一开口槽，第三搅拌桨的下沿设有第二开口槽，且从搅拌轴的轴线至第一开口槽的距离与从搅拌轴的轴线至第二开口槽的距离不相等。
进一步地，通孔的数量为至少3个，且至少3个通孔沿第一搅拌桨的长度方向等间距设置；第一开口槽的数量为至少4个，且至少4个第一开口槽沿第二搅拌桨的长度方向等间距设置；第二开口槽的数量为至少7个，且至少7个第二开口槽沿第三搅拌桨的长度方向等间距设置。
进一步地，第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨均相对于筒体的内腔底面呈30°-35°夹角倾斜设置。
进一步地，第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨的上沿与水平面之间的夹角均为1°-3°。
进一步地，第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨的自由端与筒体的侧壁之间的间隙均为5mm-15mm。
进一步地，第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨的下沿与筒体的内腔底部之间的间隙均为3mm-5mm。
进一步地，搅拌驱动机构包括搅拌电机，搅拌电机的输出端连接一搅拌减速机，搅拌减速机通过一离合器与一下料电机连接，下料电机的输出端连接一主减速机，主减速机的转轴与搅拌轴的上端连接；或者，搅拌驱动机构为一伺服电机或步进电机，伺服电机或步进电机的输出轴与搅拌轴的上端连接。
进一步地，筒体的侧壁下部设有一下料腔，下料腔上设有一用于打开或关闭下料腔的下料气缸。
进一步地，筒体和搅拌轴均为不锈钢材质并进行抛光处理，第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨均进行喷涂处理。
进一步地，筒体的上方设有上盖，上盖上设有抽真空口，抽真空口连接一除尘器，除尘器为带反吹功能的除尘器。
应用本发明的技术方案，在第一搅拌桨上开设通孔，在第二搅拌桨的下沿设置第一开口槽，在第三搅拌桨的下沿设置第二开口槽，形成不同形状的第一搅拌桨、第二搅拌桨和第三搅拌桨，通过第一开口槽和第二开口槽的设置可以有效提高搅拌时对物料的耙散效果；通过将搅拌轴的轴线至第一开口槽的距离与从搅拌轴的轴线至第二开口槽的距离设置为不相等，使第一开口槽和第二开口槽的位置错开设置，有利于使物料不停留在同一轨迹上；通过在第一搅拌桨上开设通孔，有利于使开口槽轨迹上的物料向上翻动。该真空干燥机通过搅拌桨结构的特殊设计，可有效提高锂离子电池正极材料颗粒的搅拌分散均匀性，提高干燥效率，缩短干燥时间。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的真空干燥机的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图3为图1中B处的局部放大图。
图4为图1的俯视图。
图5为本发明实施例的真空干燥机中第一搅拌桨的结构示意图。
图6为本发明实施例的真空干燥机中第二搅拌桨的结构示意图。
图7为本发明实施例的真空干燥机中第三搅拌桨的结构示意图。
图8为本发明实施例的真空干燥机中搅拌桨的俯视结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、筒体；11、上盖；12、抽真空口；13、进料口；14、人孔；15、加热介质入口；16、加热介质出口；20、搅拌驱动机构；21、搅拌电机；22、搅拌减速机；23、离合器；24、下料电机；25、主减速机；30、搅拌轴；40、搅拌桨；41、第一搅拌桨；42、第二搅拌桨；43、第三搅拌桨；50、下料腔；60、下料气缸；411、通孔；421、第一开口槽；431、第二开口槽。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
参见图1至图8，一种本发明实施例的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，该真空干燥机包括筒体10，筒体10的上方设有上盖11，上盖11上设有抽真空口12、进料口13和人孔14，筒体10的外侧设有夹套，夹套上设有加热介质入口15和加热介质出口16(加热介质为蒸汽或导热油)。在筒体10上设置有搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌驱动机构20，搅拌驱动机构20的输出端连接一根搅拌轴30，该搅拌轴30伸入筒体10内，在搅拌轴30的下端安装有搅拌桨40。该搅拌桨40包括沿搅拌轴30的周向均布设置的第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43。其中，第一搅拌桨41上开设有通孔411，第二搅拌桨42的下沿设有第一开口槽421，第三搅拌桨43的下沿设有第二开口槽431，并且从搅拌轴30的轴线至第一开口槽421的距离与从搅拌轴30的轴线至第二开口槽431的距离不相等(即第一开口槽421和第二开口槽431的位置错开设置，参见图8，图8中虚线圈表示从轴线至第一开口槽421的距离)。第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43均由搅拌轴30向筒体10的内侧壁延伸。
上述的真空干燥机，通过采用不同形状的第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43，在第一搅拌桨41上开设通孔411，在第二搅拌桨42的下沿设置第一开口槽421，在第三搅拌桨43的下沿设置第二开口槽431，形成不同形状的第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43，通过第一开口槽421和第二开口槽431的设置可以有效提高搅拌时对物料的耙散效果；通过将搅拌轴30的轴线至第一开口槽421的距离与从搅拌轴30的轴线至第二开口槽431的距离设置为不相等，使第一开口槽421和第二开口槽431的位置错开设置，有利于使物料不停留在同一轨迹上，进一步提高耙散效果；通过在第一搅拌桨41上开设通孔411，有利于使开口槽轨迹上的物料向上翻动，提高搅拌分散效果。该真空干燥机通过搅拌桨40结构的特殊设计，可有效提高锂离子电池正极材料颗粒的搅拌分散均匀性，提高干燥效率，缩短干燥时间。
具体来说，参见图5、图6和图7，在本实施例中，通孔411的数量为至少3个，且该至少3个通孔411沿第一搅拌桨41的长度方向等间距设置；第一开口槽421的数量为至少4个，且该至少4个第一开口槽421沿第二搅拌桨42的长度方向等间距设置；第二开口槽431的数量为至少7个，且该至少7个第二开口槽431沿第三搅拌桨43的长度方向等间距设置。采用上述结构设计，可使真空干燥机具有更好的搅拌分散效果。
参见图3中夹角α，在本实施例中，第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43均相对于筒体10的内腔底面呈30°-35°夹角倾斜设置。若倾斜角度过大，会使搅拌阻力较大；若倾斜角度过小，又会影响翻料效果。综合可虑，优选将倾斜角度设置为30°-35°时效果最好。
参见图2中夹角β，在本实施例中，第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43的上沿与水平面之间的夹角均为1°-3°。若第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43上沿的水平斜度过大，会影响搅拌桨的强度；若水平斜度过小，又会影响物料的搅拌效果。优选将水平斜度设置为1°-3°时效果最佳。
参见图2中L1，在本实施例中，第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43的自由端与筒体10的侧壁之间的间隙均为5mm-15mm。若自由端与侧壁之间的间隙过小，对搅拌桨的安装精度要求较高，增加制作难度，且会对物料造成挤压磨损；若间隙过大，则会对搅拌效果有不良影响。
参见图2中L2，在本实施例中，第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43的下沿与筒体10的内腔底部之间的间隙均为3mm-5mm。若与筒体10的内腔底部之间的间隙过大，会导致底部残料多，下料时下不干净；若间隙过小，会使装配精度很难保证，且对物料有挤压磨损作用，影响产品质量。
在干燥高镍三元锂离子电池正极材料颗粒时，若干燥过程搅拌转速过快，一方面会引起材料磁性物质升高，另一方面会导致物料颗粒被解离，产生微粉，影响产品品质，因此，在干燥过程需要采用较慢的转速；但是，在物料出料过程中，若转速慢又会影响生产效率。现有的真空干燥机通常只设置有一台驱动电机，在干燥过程和出料过程要对电机转速进行调整和切换，十分不便。
参见图1和图4，在本实施例中，搅拌驱动机构20包括搅拌电机21，该搅拌电机21的输出端连接一台搅拌减速机22，该搅拌减速机22通过一个离合器23与一台下料电机24连接，该下料电机24的输出端连接一台主减速机25，主减速机25的转轴与搅拌轴30的上端连接。在干燥过程中，离合器23闭合，下料电机24停止，通过搅拌电机21、搅拌减速机22和主减速机25驱动搅拌桨40慢速转动，以保证物料颗粒的品质；在出料过程中，离合器23松开，搅拌电机21停止，通过下料电机24和主减速机25驱动搅拌桨40较快速度转动，以提高出料效率。通过设置两台驱动电机，通过离合器23对两档搅拌速度进行切换控制，不仅保证了物料颗粒的颗粒度，避免物料颗粒解离，确保了产品品质，而且有效提高了生产效率。通过试验发现，采用两档搅拌速度，干燥过程中搅拌速度控制在0.5r/min-1r/min，下料过程中搅拌速度控制在5r/min-10r/min，既可保证产品品质，又可提高生产效率。
除此之外，该搅拌驱动机构20也可以采用一台伺服电机或步进电机，该伺服电机或步进电机的输出轴与搅拌轴30的上端连接。通过伺服电机或步进电机对搅拌速度进行控制，使得干燥过程搅拌速度较慢而下料过程搅拌速度相对较快。但是，相比而言采用搅拌电机21、下料电机24和离合器23的方式更加节能，因此，本发明优选采用上述的两台驱动电机的方案。
现有的真空干燥机通常将出料口设置在筒体10底部的正下方，这样设置在物料搅拌过程中存在漏料的风险。为了解决上述问题，参见图1和图4，在本实施例中，筒体10的侧壁下部设置有一个下料腔50，该下料腔50上设置有一个用于打开或关闭该下料腔50的下料气缸60。如此设置，可有效降低物料在搅拌过程中漏料的风险，并且，通过下料气缸60开启或关闭下料腔50，结构简单，不容易出现堵料的情况。
为了降低磁性物质引入的风险，在本实施例中，筒体10和搅拌轴30均优选采用不锈钢材质，并进行表面抛光处理；第一搅拌桨41、第二搅拌桨42和第三搅拌桨43均进行表面喷涂处理。这样设置，可以有效避免磁性物质引入，提高产品品质。
在本实施例中，抽真空口12处连接有一个除尘器(图中未示出)，并且该除尘器为带反吹功能的除尘器。搅拌干燥过程中产生的水分由抽真空口12抽出，通过除尘器将干燥过程中的扬尘进行收集，反吹落入筒体10内。
该真空干燥机的工作过程如下：
开启搅拌电机21，闭合离合器23，停止下料电机24，下料气缸60处于关闭状态，物料从进料口13进入，蒸汽(或导热油)从加热介质入口15进入；当物料进料完毕后，关闭进料口13，抽真空开启，搅拌桨40由搅拌电机21驱动转动，搅拌干燥物料；干燥过程中产生的水分由抽真空口12排出，由除尘器对干燥过程中的扬尘进行收集，反吹落入筒体10内；待干燥完成后，打开下料气缸60，停止搅拌电机21，松开离合器23，启动下料电机24，物料从下料腔50排出，待物料排完后，关闭下料气缸60，然后进行下一批次物料的干燥。
通过实际应用发现，采用现有的真空干燥机干燥1000kg高镍洗水锂离子电池正极材料颗粒一般需要6小时左右，而使用本发明的真空干燥机仅需要3小时左右，干燥效率得到显著提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，包括筒体(10)，所述筒体(10)上设有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌驱动机构(20)，所述搅拌驱动机构(20)的输出端连接一伸入所述筒体(10)内的搅拌轴(30)，所述搅拌轴(30)的下端安装有搅拌桨(40)，其特征在于，所述搅拌桨(40)包括沿所述搅拌轴(30)的周向设置的第一搅拌桨(41)、第二搅拌桨(42)和第三搅拌桨(43)，所述第一搅拌桨(41)上开有通孔(411)，所述第二搅拌桨(42)的下沿设有第一开口槽(421)，所述第三搅拌桨(43)的下沿设有第二开口槽(431)，且从所述搅拌轴(30)的轴线至所述第一开口槽(421)的距离与从所述搅拌轴(30)的轴线至所述第二开口槽(431)的距离不相等。
2.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述通孔(411)的数量为至少3个，且至少3个所述通孔(411)沿所述第一搅拌桨(41)的长度方向等间距设置；所述第一开口槽(421)的数量为至少4个，且至少4个所述第一开口槽(421)沿所述第二搅拌桨(42)的长度方向等间距设置；所述第二开口槽(431)的数量为至少7个，且至少7个所述第二开口槽(431)沿所述第三搅拌桨(43)的长度方向等间距设置。
3.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述第一搅拌桨(41)、所述第二搅拌桨(42)和所述第三搅拌桨(43)均相对于所述筒体(10)的内腔底面呈30°-35°夹角倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述第一搅拌桨(41)、所述第二搅拌桨(42)和所述第三搅拌桨(43)的上沿与水平面之间的夹角均为1°-3°。
5.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述第一搅拌桨(41)、所述第二搅拌桨(42)和所述第三搅拌桨(43)的自由端与所述筒体(10)的侧壁之间的间隙均为5mm-15mm。
6.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述第一搅拌桨(41)、所述第二搅拌桨(42)和所述第三搅拌桨(43)的下沿与所述筒体(10)的内腔底部之间的间隙均为3mm-5mm。
7.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述搅拌驱动机构(20)包括搅拌电机(21)，所述搅拌电机(21)的输出端连接一搅拌减速机(22)，所述搅拌减速机(22)通过一离合器(23)与一下料电机(24)连接，所述下料电机(24)的输出端连接一主减速机(25)，所述主减速机(25)的转轴与所述搅拌轴(30)的上端连接；
或者，所述搅拌驱动机构(20)为一伺服电机或步进电机，所述伺服电机或所述步进电机的输出轴与所述搅拌轴(30)的上端连接。
8.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述筒体(10)的侧壁下部设有一下料腔(50)，所述下料腔(50)上设有一用于打开或关闭所述下料腔(50)的下料气缸(60)。
9.根据权利要求1所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述筒体(10)和所述搅拌轴(30)均为不锈钢材质并进行抛光处理，所述第一搅拌桨(41)、所述第二搅拌桨(42)和所述第三搅拌桨(43)均进行喷涂处理。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的适用于干燥锂离子电池正极材料的真空干燥机，其特征在于，所述筒体(10)的上方设有上盖(11)，所述上盖(11)上设有抽真空口(12)，所述抽真空口(12)连接一除尘器，所述除尘器为带反吹功能的除尘器。
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