CN110193332A - 一种大容积三元正极材料前驱体反应釜 - Google Patents

一种大容积三元正极材料前驱体反应釜 Download PDF

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Abstract

一种大容积三元正极材料前驱体反应釜；包括密闭釜体，釜体中具有反应腔室；釜体上开设有进料口及出料口，均连通反应腔室；还包括主搅拌装置及副搅拌装置；主搅拌装置包括第一转动轴，且自上而下间隔设有多组第一搅拌桨叶；副主搅拌装置包括第二转动轴，与第一转动轴平行，且自上而下间隔设有多组第二搅拌桨叶；釜体的外壁上绕制有循环传热夹套，釜体中设有传热盘管，其管道呈螺旋状层叠排布。本发明解决了反应釜放大后热传递纯滞后、时间长，以及剪切力减弱导致前驱体颗粒易团聚等不足。具有结构设计巧妙，热传递效率高以及搅拌剪切力强等优点。

Description

一种大容积三元正极材料前驱体反应釜
技术领域
本发明涉及锂电池三元正极材料前驱体的制备设备，具体涉及一种大容积三元正极材料前驱体反应釜。
背景技术
三元前驱体的生产过程伴随着物理化学反应、相变过程及能量转换，影响反应的因素有很多，包括：原料流量、PH值、络合剂浓度、反应温度、反应气氛、搅拌功率和浆料密度等，因而是一个十分复杂的工业生产过程。
例如工业生产中采用的外加热套筒式的反应釜，如果为了提高产量而对其体积进行放大，那么单位容积所对应的釜壁传热面积会随之减少。同时反应釜的容积大、釜壁厚，是一个热容量大，且热传递纯滞后、时间长的被控对象。
若在反应釜内增加额外的辅热装置来提高热传递效率，则容易出现流体死角，且难以维护修理。另外，反应容积放大后，最高搅拌速度的临界值也会下降，虽能达到一定的混合效果，但是由于剪切力的减弱，会导致前驱体颗粒出现非正常团聚现象。
因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种大容积三元正极材料前驱体反应釜。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种大容积三元正极材料前驱体反应釜；包括一密闭釜体，该密闭釜体中具有一反应腔室；
所述密闭釜体上开设有至少两进料口以及一出料口；各所述进料口以及所述出料口均连通所述反应腔室；
其中，还包括一主搅拌装置以及至少一副搅拌装置；
所述主搅拌装置包括一竖直的第一转动轴，该第一转动轴位于所述反应腔室横截面的几何中心，并由一第一驱动装置驱动旋转；且所述第一转动轴上自上而下间隔设置有多组第一搅拌桨叶；
所述副主搅拌装置位于所述主搅拌装置的侧部，包括一竖直的第二转动轴，该第二转动轴与所述主搅拌装置的第一转动轴平行设置，并由一第二驱动装置驱动旋转；且所述第二转动轴上自上而下间隔设置有多组第二搅拌桨叶；
其中，所述密闭釜体的外壁上绕制有循环传热夹套，密闭釜体中设有至少一组传热盘管，该传热盘管定位于密闭釜体的内壁上，其热媒入口和热媒出口均位于密闭釜体的外侧；所述传热盘管的管道呈螺旋状层叠排布。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，所述第一搅拌桨叶包括在上下方向平行且间隔设置的上层桨叶、中层桨叶和下层桨叶；
各所述第二搅拌桨叶均位于所述第一搅拌桨叶的中层桨叶和下层桨叶之间。
2．上述方案中，所述第一进料口通过一进料管路伸入至所述副搅拌装置的第二搅拌桨叶上方。
3．上述方案中，所述副搅拌装置设有多组，且各副搅拌装置的第二转动轴在所述主搅拌装置的第一转动轴的圆周方向均布。
4．上述方案中，所述反应腔室中同轴定位有一导流筒，该导流筒为圆筒结构，上下均为敞口；所述主搅拌装置的第一转动轴设于导流筒中，并通过旋转在导流筒中形成下行的混合液流道，下行的混合液经由下方的敞口向侧部流出，在导流筒外侧形成上行的混合液流道，上行的混合液再经由上方的敞口流回至导流筒中，以此形成混合液的循环流道。
5．上述方案中，所述副搅拌装置的第二转动轴位于所述导流筒中。
6．上述方案中，所述导流筒的筒壁为中空结构。
7．上述方案中，所述密闭釜体的内壁上设有挡板结构，该挡板结构具有一中空腔室，所述传热盘管固设于所述中空腔室中。
8．上述方案中，所述传热盘管设有多组，且各组传热盘管在圆周方向均布于所述密闭釜体的内壁上。
9．上述方案中，所述导流筒中设有所述传热盘管。
本发明的工作原理及优点如下：
本发明一种大容积三元正极材料前驱体反应釜；包括密闭釜体，釜体中具有反应腔室；釜体上开设有进料口及出料口，均连通反应腔室；还包括主搅拌装置及副搅拌装置；主搅拌装置包括第一转动轴，且自上而下间隔设有多组第一搅拌桨叶；副主搅拌装置包括第二转动轴，与第一转动轴平行，且自上而下间隔设有多组第二搅拌桨叶；釜体的外壁上绕制有循环传热夹套，釜体中设有传热盘管，其管道呈螺旋状层叠排布。
相比现有技术而言，本发明解决了反应釜放大后热传递纯滞后、时间长，以及剪切力减弱导致前驱体颗粒易团聚等不足。具有结构设计巧妙，热传递效率高以及搅拌剪切力强等优点。
附图说明
附图1为本发明实施例的结构示意图。
以上附图中：1．密闭釜体；2．反应腔室；3．进料口；3a．第一进料口；3b．第二进料口；4．出料口；5．第一转动轴；6．第一搅拌桨叶；7．第二转动轴；8．第二搅拌桨叶；9．进料管路；10．导流筒；11．循环传热夹套；12．传热盘管；13．热媒入口；14．热媒出口；15．挡板结构；16．中空腔室。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。
关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案之描述上额外的引导。
参见附图1所示，一种大容积三元正极材料前驱体反应釜；包括一密闭釜体1，该密闭釜体1中具有一反应腔室2。
所述密闭釜体1上开设有多个进料口3以及一出料口4；各所述进料口3以及所述出料口4均连通所述反应腔室2。优选的，第一进料口3a开设于密闭釜体1的上方，用于投入镍钴锰混合盐溶液；第二进料口3b开设于釜体1上方，用于投入碱液；还包括第三进料口（图中未绘出），用于投入络合剂。
所述镍钴锰混合盐溶液、所述碱液以及所述络合剂在反应腔室2中混合形成混合液，该混合液经化学反应之后成为三元正极材料前驱体浆料。其中，除了镍钴锰混合盐溶液而外，还可选用镍钴铝混合盐溶液，或在上述盐溶液基础上掺杂其它金属组分的盐溶液。
所述出料口4开设于密闭釜体1的下方，用于对制备完成的三元正极材料前驱体浆料进行出料，该浆料中包含大量三元正极材料前驱体的颗粒。
其中，还包括一主搅拌装置以及至少一副搅拌装置。
所述主搅拌装置包括一竖直的第一转动轴5，该第一转动轴5位于所述反应腔室2横截面的几何中心，并由设于所述密闭釜体1外部的一第一驱动装置（图中未绘出）驱动旋转，该第一驱动装置可包括电机和减速机，为现有技术；且所述第一转动轴5上自上而下间隔设置有多组第一搅拌桨叶6。
所述副主搅拌装置位于所述主搅拌装置的侧部，包括一竖直的第二转动轴7，该第二转动轴7与所述主搅拌装置的第一转动轴5平行设置，并由设于所述密闭釜体1外部的一第二驱动装置（图中未绘出）驱动旋转，该第二驱动装置包括电机和减速机，为现有技术；且所述第二转动轴7上自上而下间隔设置有多组第二搅拌桨叶8。
优选的，所述第一搅拌桨叶6包括在上下方向平行且间隔设置的上层桨叶、中层桨叶和下层桨叶；各所述第二搅拌桨叶8均位于所述第一搅拌桨叶6的中层桨叶和下层桨叶之间。借此设计，有助于进一步提升前驱体颗粒的分散效果，第二搅拌桨叶8可选用涡轮式、桨式等。
优选的，所述第一进料口3a通过一进料管路9伸入至所述副搅拌装置的第二搅拌桨叶8上方。通过将混合盐溶液直接投入第二搅拌桨叶8的上方，有助于提升前驱体颗粒的分散性。
优选的，所述副搅拌装置设有多组，且各副搅拌装置的第二转动轴7在所述主搅拌装置的第一转动轴5的圆周方向均布。以此提升混合液的混合效果，促进化学反应的进行，同时有助于提升前驱体颗粒的分散性，避免出现非正常团聚。
所述反应腔室2中同轴定位有一导流筒10，该导流筒10为圆筒结构，上下均为敞口；所述主搅拌装置的第一转动轴5和副搅拌装置的第二转动轴7均设于导流筒10中，并通过旋转在导流筒10中形成下行的混合液流道，下行的混合液经由下方的敞口向侧部流出，在导流筒10外侧形成上行的混合液流道，上行的混合液再经由上方的敞口流回至导流筒10中，以此形成混合液的循环流道。
通过导流筒10与主、副搅拌装置的配合设计，能够带来以下效果：一、提高了对混合液的搅拌程度，加强了搅拌装置对混合液的直接机械剪切作用；二、限定了混合液的循环路径，确立了充分循环的流型，使反应腔室2内所有物料均能通过导流筒10内的强烈混合区；三、有效地控制了反应釜中混合液回流的速度和方向，获得一个特定的流型。
综上，上述设计既有利于镍钴锰混合盐溶液和碱液、络合剂的充分混合，使前驱体成形效果更好，同时也能保证前驱体颗粒的分散性较好。
其中，所述密闭釜体1的外壁上绕制有循环传热夹套11，该循环传热夹套11可采用现有技术，具有热媒入口和热媒出口，夹套11中流通热媒（如水、水蒸气、导热油、液氮等）。优选的，循环传热夹套11可设为半管式，并以宽面贴合釜体1外壁，进而增加与釜体1外壁的接触面积，提升与所述密闭釜体1的热传递效果。
密闭釜体1中设有至少一组传热盘管12，该传热盘管12定位于密闭釜体1的内壁上，其热媒入口13和热媒出口14均位于密闭釜体1的外侧；所述传热盘管12的管道呈螺旋状层叠排布。
通过传热盘管12的设置，可提升反应腔室2内部的热传递效率，配合所述循环传热夹套11实现在内、外同时对密闭釜体1进行加热，进而达到较佳的热传递效率。
盘管12的具体结构设计为现有技术，为本领域技术人员能够掌握，并可根据具体要求灵活调整盘管的实施形式。
优选的，所述传热盘管12的热媒入口13和热媒出口14也可直接串入所述循环传热夹套11的热媒循环通路中。
优选的，所述导流筒10的筒壁可为中空结构，用于流通热媒，其热媒入口和热媒出口可与循环传热夹套11或/和传热盘管12的热媒入口和热媒出口串联。
其中，所述密闭釜体1的内壁上设有挡板结构15，该挡板结构15具有一中空腔室16，所述传热盘管12固设于所述中空腔室16中。通过档板结构15与混合液进行间接的热传递。
挡板结构15在反应釜中的应用为现有技术，其作用在于改变反应腔室2中混合液的流体力，提高前驱体的分散性。中空腔室16的设计为本案为因应大容积釜体1而进行的改进优化。
优选的，所述传热盘管12设有多组，且各组传热盘管12在圆周方向均布于所述密闭釜体1的内壁上。以此提升对混合液的热传递效率，在短时间内充分加热混合液，促进化学反应的进行，有利于前驱体颗粒的形成。
优选的，所述导流筒10中设有所述传热盘管12，从而进一步在导流筒10内对所述混合液进行热传递。
本实施例中所述反应腔室2的容积为30~60立方米，为大容积反应釜。
相比现有技术而言，本发明解决了反应釜放大后热传递纯滞后、时间长，以及剪切力减弱导致前驱体颗粒易团聚等不足。具有结构设计巧妙，热传递效率高以及搅拌剪切力强等优点。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大容积三元正极材料前驱体反应釜；其特征在于：
包括一密闭釜体，该密闭釜体中具有一反应腔室；
所述密闭釜体上开设有至少两进料口以及一出料口；各所述进料口以及所述出料口均连通所述反应腔室；
其中，还包括一主搅拌装置以及至少一副搅拌装置；
所述主搅拌装置包括一竖直的第一转动轴，该第一转动轴位于所述反应腔室横截面的几何中心，并由一第一驱动装置驱动旋转；且所述第一转动轴上自上而下间隔设置有多组第一搅拌桨叶；
所述副主搅拌装置位于所述主搅拌装置的侧部，包括一竖直的第二转动轴，该第二转动轴与所述主搅拌装置的第一转动轴平行设置，并由一第二驱动装置驱动旋转；且所述第二转动轴上自上而下间隔设置有多组第二搅拌桨叶；
其中，所述密闭釜体的外壁上绕制有循环传热夹套，密闭釜体中设有至少一组传热盘管，该传热盘管定位于密闭釜体的内壁上，其热媒入口和热媒出口均位于密闭釜体的外侧；所述传热盘管的管道呈螺旋状层叠排布。
2.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述第一搅拌桨叶包括在上下方向平行且间隔设置的上层桨叶、中层桨叶和下层桨叶；
各所述第二搅拌桨叶均位于所述第一搅拌桨叶的中层桨叶和下层桨叶之间。
3.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述第一进料口通过一进料管路伸入至所述副搅拌装置的第二搅拌桨叶上方。
4.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述副搅拌装置设有多组，且各副搅拌装置的第二转动轴在所述主搅拌装置的第一转动轴的圆周方向均布。
5.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述反应腔室中同轴定位有一导流筒，该导流筒为圆筒结构，上下均为敞口；所述主搅拌装置的第一转动轴设于导流筒中，并通过旋转在导流筒中形成下行的混合液流道，下行的混合液经由下方的敞口向侧部流出，在导流筒外侧形成上行的混合液流道，上行的混合液再经由上方的敞口流回至导流筒中，以此形成混合液的循环流道。
6.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述副搅拌装置的第二转动轴位于所述导流筒中。
7.根据权利要求5所述的反应釜，其特征在于：所述导流筒的筒壁为中空结构。
8.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述密闭釜体的内壁上设有挡板结构，该挡板结构具有一中空腔室，所述传热盘管固设于所述中空腔室中。
9.根据权利要求1所述的反应釜，其特征在于：所述传热盘管设有多组，且各组传热盘管在圆周方向均布于所述密闭釜体的内壁上。
10.根据权利要求5所述的反应釜，其特征在于：所述导流筒中设有所述传热盘管。
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