CN110394114A - 锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统及生产方法，自动化配料输送系统包括供料组件、计量组件、螺旋喂料机、第一混合机、第二混合机、装钵机及控制中心，所述供料组件包括锂源原料卸载站、锂源原料暂存仓、前驱体原料卸载站和前驱体原料暂存仓，所述计量组件包括锂源原料配料桶、设置在锂源原料配料桶内的第一称重传感装置、前驱体原料配料桶、设置在前驱体原料配料桶内的第二称重传感装置；生产方法包括原料预处理、计量处理、一次烧结、二次烧结、混合、过筛、除铁、包装、入库。本发明实现高精度配料，自动化输送，高效混合、自动化生产的目的，保证了三元正极材料的稳定性，高利用率，高品质的目的。

Description

锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统及生产方法

技术领域

本发明涉及锂电池的三元正极材料技术领域，尤其涉及一种锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统及生产方法。

背景技术

三元材料是最近几年发展起来的新型锂电正极材料，具有容量高、成本低、安全性好等优异特性。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点，具有价格优势，成为最具潜力的替代钴酸锂的正极材料。目前，三元材料的生产方式中，成品的稳定性与电容量及高循环性不能得到非常好的保证，原料转化为成品的效率值不高，究其原因：主要是目前的三元材料生产设备质量与工艺的摸索不够透彻，旧的生产模式使用人工投料，因为前驱体的流动性非常好，而锂源材料的流动性非常差，两者的输送与计量方式是有非常大的区别的，常规的输送方式输送速度过快也会导致物料粒子的破坏，直接影响了品质；产品的工艺复杂，环节较多，很多时候没有保证到金属磁性物质量的控制，这些原因直接导致了生产产品质量参差不齐，同时添加的小料要求精度非常高，通常是10g以内的精度，甚至更高，所以不同的原料没有根据原料特性而来选择不同的输送系统，导致目前的生产的产品转化率就较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统，实现到高精度配料，准确输送，高效混合、自动化生产的目的。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统，包括供料组件、计量组件、螺旋喂料机、第一混合机、第二混合机、装钵机及控制中心，所述供料组件包括锂源原料卸载站、锂源原料暂存仓、前驱体原料卸载站和前驱体原料暂存仓，所述计量组件包括锂源原料配料桶、设置在锂源原料配料桶内的第一称重传感装置、前驱体原料配料桶、设置在前驱体原料配料桶内的第二称重传感装置；

在所述控制中心的控制下，所述锂源原料卸载站通过管道输送装置将站内的锂源原料输送至所述锂源原料暂存仓，所述锂源原料暂存仓通过螺旋喂料机将仓内的锂源原料输送至锂源原料配料桶，所述第一称重传感装置用于称量定量的锂源原料，称量好的锂源原料通过管道输送至第一混合机内；所述前驱体原料卸载站通过管道输送装置将站内的前驱体原料输送至所述前驱体原料暂存仓，所述前驱体原料暂存仓通过螺旋喂料机将仓内的前驱体原料输送至前驱体原料配料桶，所述第二称重传感装置用于称量定量的前驱体原料，称量好的前驱体原料通过管道输送至第一混合机内，第一混合机用于对锂源原料和前驱体原料混合均匀形成生料，所述生料通过管道输送至第二混合机暂存并通过管道输送至装钵机内。

进一步地，所述第一称重传感装置和第二称重传感器均为剪切梁式称重传感器或波纹管式称重传感器。

进一步地，所述锂源原料卸载站和前驱体原料卸载站均包括小袋解包投料站及卸载装置；所述卸载装置适于将所述小袋解包投料站内的物料投至所述锂源原料暂存仓或前驱体原料暂存仓，所述锂源原料暂存仓以及前驱体原料暂存仓均设置有除尘装置。

进一步地，第一混合机为犁刀混合机，所述第二混合机为螺带混合机。

本发明的目的之二在于提供一种锂电池三元正极材料的生产方法。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

锂电池三元正极材料的生产方法，包括以下步骤：

步骤S1：原料预处理；将前驱体与锂源进行清除异味处理，然后将前驱体与锂源分别投放到对应的暂存仓中暂存；

步骤S2：计量处理；将暂存仓的前驱体与锂源分别投放到对应配料桶内进行计量，达到预定配比计量后投放到混合机内进行混合，混合均匀后得生料；

步骤S3：烧结；一次烧结，将所得生料通过装钵机构送入窑炉内进行一次烧结，一次烧结完毕后，将一次烧结后的半成品进行研磨后倒钵，研磨后的物料进入水洗反应釜进行水洗，水洗后的物料进行真空干燥和包覆；包覆之后装入装钵机构内，之后进行二次烧结，形成成品，控制成品含水量小于等于0.03％；

步骤S4：混合、过筛、除铁、包装、入库；烧结后物料后倒钵，然后混合输送到螺带混合机内混合过筛，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于等于50ppb，除铁后的物料包装，入库。

进一步地，所述暂存仓内设置有下料破拱机构。

进一步地，研磨后成品的粉料粒度D50＝7-12um。

进一步地，所述除铁的方法为电磁除铁。

进一步地，一次烧结后的半成品通过正压密相输送方式输送到气流粉碎机进行气流磨。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

锂源原料卸载站和前驱体原料卸载站均通过管道输送装置输送至对应的暂存仓中暂存，之后通过螺旋喂料机将原料喂料至配料桶中，整个输送过程在控制中心的控制下，实现自动化输送，自动化程度较高；通过第一称重传感器和第二称重传感器分别对相应的配料桶的原料进行称量，在配料过程中保证各个原料的配比精度，且自动化程度高，提高了效率，减少了人力。本发明的电池三元正极材料的自动化配料输送系统能确保了物料的精准计量，自动化运输，加上控制中心控制各个装置的动作，实现了流程有监控，工艺有保障，错误有反馈，生产有记录的功能，实现了物料的全自动配料混合，达到生产出高品质的三元正极材料的标准，向着规模化，自动化，智能化的方向发展。

附图说明

图1为本发明提供的锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统的框架图；

图2为本发明提供的锂电池三元正极材料的生产方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”、“顶”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“一个”、“另一个”等用于区分相似的元件，这些术语以及其它类似术语不旨在限制本发明的范围。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在各附图中，相同或相应的元件采用相应的附图标记(例如，以“1XX”和“2XX”标识的元件结构相同、功能类似)。

如图1所示，本发明提供的一种锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统，包括供料组件、计量组件、螺旋喂料机、第一混合机、第二混合机、装钵机及控制中心。其中，所述供料组件包括锂源原料卸载站、锂源原料暂存仓、前驱体原料卸载站和前驱体原料暂存仓，所述计量组件包括锂源原料配料桶、设置在锂源原料配料桶内的第一称重传感装置、前驱体原料配料桶、设置在前驱体原料配料桶内的第二称重传感装置。

在所述控制中心的控制下，所述锂源原料卸载站通过管道输送装置将站内的锂源原料输送至所述锂源原料暂存仓，所述锂源原料暂存仓通过螺旋喂料机将仓内的锂源原料输送至锂源原料配料桶，所述第一称重传感装置用于称量定量的锂源原料，称量好的锂源原料通过管道输送至第一混合机内；所述前驱体原料卸载站通过管道输送装置将站内的前驱体原料输送至所述前驱体原料暂存仓，所述前驱体原料暂存仓通过螺旋喂料机将仓内的前驱体原料输送至前驱体原料配料桶，所述第二称重传感装置用于称量定量的前驱体原料，称量好的前驱体原料通过管道输送至第一混合机内，第一混合机用于对锂源原料和前驱体原料混合均匀形成生料，所述生料通过管道输送至第二混合机暂存并通过管道输送至装钵机内。

本实施例采用管道输送装置进行输送原料，主要用正压输送，利用高压空气加入输送槽内，搅动内部粉位体使其流动化(Fluidizing Effect)，并增加压力至可以克服管线输送压降(Pressure Drops)时，再将粉粒体输送至终点，因粉粒体于槽内已均云流动化，故于开始输送时，本身就具备动能(Kimetic Energy)，加上出口之空气断料器(Air Knife)将输送粉粒体切割成柱状(Plug)即在管线中呈一段粉粒柱一段空气柱的交替输送现象，如此不仅可以增加输送时浓度而且因其输送速度即慢以致其管线压降很小故此系统所须之动力小。另外，设备占地面积小，输送能力大，效率高，输送速度低，且能够保证物料粒子的不被破坏。

在本实施例中，由螺旋喂料机对称重传感器上的配料桶进行喂料，称重传感器完成称重配料。需要说明的是，第一称重传感装置能称取定量的锂源原料，第二称重传感器能称取定量的前驱体原料，并将称取的锂源原料和前驱体原料通过管道输送至混第一合机进行混合，是因为锂源原料暂存仓的出料口和前驱体原料暂存仓的出料口均设置有电磁阀，控制中心可以控制电磁阀的开启或者关闭，这样一来当第一称重传感装置称取到定量的锂源原料后或者第二称重传感器称取到定量的前驱体原料后，控制中心便会控制电磁阀关闭，保证第一称重传感装置称取到定量的锂源原料或第二称重传感器称取到定量的前驱体原料，从而实现高精度配料，准确输送，高效混合、自动化生产的目的，保证了三元正极材料的稳定性，高利用率，高品质的目的。另外，在卸载站与配料桶之间设置暂存仓可以起到缓冲作用，即通过暂存仓进行缓冲，从而避免卸载站对配料桶内的称重传感器的称取产生较大影响，使得称取结果不准确。

在上述结构基础中，锂源原料卸载站和前驱体原料卸载站均通过管道输送装置输送至对应的暂存仓中暂存，之后通过螺旋喂料机将原料喂料至配料桶中，整个输送过程在控制中心的控制下，实现自动化输送，自动化程度较高；通过第一称重传感器和第二称重传感器分别对相应的配料桶的原料进行称量，在配料过程中保证各个原料的配比精度，且自动化程度高，提高了效率，减少了人力。本发明的电池三元正极材料的自动化配料输送系统能确保了物料的精准计量，自动化运输，加上控制中心控制各个装置的动作，实现了流程有监控，工艺有保障，错误有反馈，生产有记录的功能，实现了物料的全自动配料混合，达到生产出高品质的三元正极材料的标准，向着规模化，自动化，智能化的方向发展。

作为优选的实施方式，所述第一称重传感装置和第二称重传感器均为剪切梁式称重传感器。剪切梁式称重传感器的输出信号不受测力点方位改动的影响。当一般弹性应变梁接受载荷时，发生弯曲，正应力正比于梁的弯矩，而弯矩又正比于力作用点的距离，因此力作用点方位的改动会引起测量过失。而剪切梁式称重传感器切应变与切力成正比，切力在梁上为一常数与弯矩无关，所以力作用点方位的改动不影响传感器的输出；线性好、精度高。由于应变计是贴在工字梁腹板上，并与基地轴线成45°的方位上，它只测量与切应力对应的主应力，不受弯曲应力的影响，所以线性好、精度高；高度低，体积小，重量轻，易于设备和修补；结构简单，易于密封，长期安稳性好，经久耐用。当然，第一称重传感装置和第二称重传感器还可以是其他类型的传感器，比如波纹管式称重传感器。

作为优选的实施方式，所述锂源原料卸载站和前驱体原料卸载站均包括小袋解包投料站及卸载装置；所述卸载装置适于将所述小袋解包投料站内的物料投至所述锂源原料暂存仓或前驱体原料暂存仓，所述锂源原料暂存仓以及前驱体原料暂存仓均设置有除尘装置。其中，小袋解包投料站可以采用如中国专利 CN201410854990.5中公开的一种小袋解包上料站。除尘装置可以避免在卸料的过程中粉尘外杨，并且还能将粉尘反吹回投料站，避免原料浪费。其中，除尘装置可以采用中国专利CN201510017337.8中公开的一种除尘装置。

作为优选的实施方式，第一混合机为犁刀混合机，所述第二混合机为螺带混合机。犁刀混合机内的犁刀随主轴旋转使物料沿筒臂作径向圆周湍动，同时径向物料沿线流经飞刀组，被高速旋转的飞刀抛散，不断更迭、复合，从而使物料在较短时间内达到混合均匀，提高混合效率。螺带混合机由U形容器、螺带搅拌叶片和传动部件组成；U形的长体筒体结构，保证了被混合物料(粉体、半流体)在筒体内的小阻力运动。正反旋转螺条安装于同一水平轴上，形成一个低动力高效的混合环境，螺带状叶片一般做成双层或三层，外层螺旋将物料从两侧向中央汇集，内层螺旋将物料从中央向两侧输送，可使物料在流动中形成更多的涡流。加快了混合速度，提高混合均匀度；具有卸料快、无残余等优点。

如图2所示，本发明还提供了一种锂电池三元正极材料的生产方法，包括以下步骤：

步骤S1：原料预处理；将前驱体与锂源进行清除异味处理，然后将前驱体与锂源分别投放到对应的暂存仓中暂存；

步骤S2：计量处理；将暂存仓的前驱体与锂源分别投放到对应配料桶内进行计量，达到预定配比计量后投放到混合机内进行混合，混合均匀后得生料；

步骤S3：烧结；一次烧结，将所得生料通过装钵机构送入窑炉内进行一次烧结，一次烧结完毕后，将一次烧结后的半成品进行研磨后倒钵，研磨后的物料进入水洗反应釜进行水洗，水洗后的物料进行真空干燥和包覆；包覆之后装入装钵机构内，之后进行二次烧结，形成成品，控制成品含水量小于等于0.03％；

步骤S4：混合、过筛、除铁、包装、入库；烧结后物料后倒钵，然后混合输送到螺带混合机内混合过筛，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于等于50ppb，除铁后的物料包装，入库。

在步骤1中，投料方式有吨包投料与小袋投料，经过人工卸料至暂存仓中；因为锂源有强吸水性，易受潮，刺激性气味强，所以投料区为恒温恒湿，在水雾洗涤塔进行清除异味处理。在上述步骤2中，在混合机内掺杂特殊小料，这样平衡前驱体材料与氢氧化锂的配比。在步骤3中，生料在装钵机构内经过震平，切块后，再送进入窑炉内，这样可以提高产品的松散性。在步骤3中，将一烧后的物料研磨细碎后，进入高速混合机，加入定量的包覆剂，进行高速混合搅拌，这一过程叫做包覆，目的为：把包覆剂充分均匀的包覆在母体材料的表面，再进行下一步的烧结，包覆这一过程主要是提升了三元材料的容量保持率，循环性，耐高温，热稳定性能，改善三元材料的性能，使材料性能更稳定，更安全.

具体地，所述暂存仓内设置有下料破拱机构。如此能够防止粘壁以及架桥与包轴的情况发生。

具体地，研磨后成品的粉料粒度D50＝7-12um。

具体地，所述除铁的方法为电磁除铁。

具体地，一次烧结后的半成品通过正压密相输送方式输送到气流粉碎机进行气流磨。正压密相输送发送到气流磨或机械磨，正压密相的输送速度低，效率高，节省能源，耗气量小，低速度的输送可以减少产品的粒子的破坏，很好的保护产品。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统，其特征在于，包括供料组件、计量组件、螺旋喂料机、第一混合机、第二混合机、装钵机及控制中心，所述供料组件包括锂源原料卸载站、锂源原料暂存仓、前驱体原料卸载站和前驱体原料暂存仓，所述计量组件包括锂源原料配料桶、设置在锂源原料配料桶内的第一称重传感装置、前驱体原料配料桶、设置在前驱体原料配料桶内的第二称重传感装置；

在所述控制中心的控制下，所述锂源原料卸载站通过管道输送装置将站内的锂源原料输送至所述锂源原料暂存仓，所述锂源原料暂存仓通过螺旋喂料机将仓内的锂源原料输送至锂源原料配料桶，所述第一称重传感装置用于称量定量的锂源原料，称量好的锂源原料通过管道输送至第一混合机内；所述前驱体原料卸载站通过管道输送装置将站内的前驱体原料输送至所述前驱体原料暂存仓，所述前驱体原料暂存仓通过螺旋喂料机将仓内的前驱体原料输送至前驱体原料配料桶，所述第二称重传感装置用于称量定量的前驱体原料，称量好的前驱体原料通过管道输送至第一混合机内，第一混合机用于对锂源原料和前驱体原料混合均匀形成生料，所述生料通过管道输送至第二混合机暂存并通过管道输送至装钵机内。

2.如权利要求1所述的锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统，其特征在于，所述第一称重传感装置和第二称重传感器均为剪切梁式称重传感器或波纹管式称重传感器。

3.如权利要求1所述的锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统，其特征在于，所述锂源原料卸载站和前驱体原料卸载站均包括小袋解包投料站及卸载装置；所述卸载装置适于将所述小袋解包投料站内的物料投至所述锂源原料暂存仓或前驱体原料暂存仓，所述锂源原料暂存仓以及前驱体原料暂存仓均设置有除尘装置。

4.如权利要求1所述的锂电池三元正极材料的自动化配料输送系统，其特征在于，第一混合机为犁刀混合机，所述第二混合机为螺带混合机。

5.锂电池三元正极材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：原料预处理；将前驱体与锂源进行清除异味处理，然后将前驱体与锂源分别投放到对应的暂存仓中暂存；

步骤S2：计量处理；将暂存仓的前驱体与锂源分别投放到对应配料桶内进行计量，达到预定配比计量后投放到混合机内进行混合，混合均匀后得生料；

步骤S3：烧结；一次烧结，将所得生料通过装钵机构送入窑炉内进行一次烧结，一次烧结完毕后，将一次烧结后的半成品进行研磨后倒钵，研磨后的物料进入水洗反应釜进行水洗，水洗后的物料进行真空干燥和包覆；包覆之后装入装钵机构内，之后进行二次烧结，形成成品，控制成品含水量小于等于0.03％；

步骤S4：混合、过筛、除铁、包装、入库；烧结后物料后倒钵，然后混合输送到螺带混合机内混合过筛，过筛后的物料进行除铁，控制除铁后物料中的磁性物质含量小于等于50ppb，除铁后的物料包装，入库。

6.如权利要求5所述的锂电池三元正极材料的生产方法，其特征在于，所述暂存仓内设置有下料破拱机构。

7.如权利要求5所述的锂电池三元正极材料的生产方法，其特征在于，研磨后成品的粉料粒度D50＝7-12um。

8.如权利要求5所述的锂电池三元正极材料的生产方法，其特征在于，所述除铁的方法为电磁除铁。

9.如权利要求5所述的锂电池三元正极材料的生产方法，其特征在于，一次烧结后的半成品通过正压密相输送方式输送到气流粉碎机进行气流磨。