CN112382750A - 一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺 - Google Patents

一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺，包括顺序相接的缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组；所述缓存料仓中存放有粉体物料；所述缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组中与物料接触的部位均作不锈钢抛光处理。本发明所述的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺，通过计量仓向搅拌釜内定量加料，有效控制配料精度，同时缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组中与物料接触的部位由传统的非金属涂层改为不锈钢抛光处理，有效避免醇类溶剂在设备内部产生静电火花引起爆炸的问题，从而可以使本系统应用于醇类溶剂的湿法包覆。

Description

一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺
技术领域
本发明涉及锂电三元材料的湿法包覆工艺技术领域，尤其涉及一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺。
背景技术
随着新能源产业的飞速发展，对锂离子正极材料技术性能的要求越来越高。高镍三元锂离子电池正极材料由于具有循环稳定性、可逆比容量高、能量密度高、电压平台高、振实密度高、电化学稳定、低温性能好，可适应全天候气温、价格相对便宜等优点，是目前商业化正极材料研究中最热门的材料之一。
正极材料处理后需要经过表面包覆再打包保存，经表面包覆后的正极材料与外界隔离，表面形态稳定，通常使用的表面包覆方法分为湿法包覆和干法包覆，其中湿法包覆能够以膜状形貌均匀分布在基体表面，包覆效果更好。
湿法包覆使用的添加剂可以为水溶剂也可以为醇类溶剂，试验研究表明，当使用水溶剂时，添加剂以点状形貌分布于基体表面，呈区域性包覆，当使用醇类溶剂时，添加剂以膜状形貌均匀分布于基体表面，基本完全包覆。因此醇类溶剂的包覆效果更好，但是由于醇类溶剂易产生静电引起爆炸，因此醇类溶剂的湿法包覆工艺还没有得到广泛应用，采用水溶剂无法实现完全包覆。
发明内容
为了解决现有技术中的湿法包覆系统仅能应用于水溶剂湿法包覆，无法实现全区域包覆的技术问题，本发明提供了一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺来解决上述问题。
本发明提供一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统，包括顺序相接的缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组；所述缓存料仓中存放有粉体物料；所述缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组中与物料接触的部位均作不锈钢抛光处理。
进一步的，所述计量仓为增重式计量仓。
进一步的，所述搅拌釜包括罐体、位于罐体顶部的驱动电机、与所述驱动电机连接且伸入所述罐体内部的转动轴、以及连接在转动轴上的锚式桨叶和斜直桨叶；所述罐体上还设置有进料口、卸料口和防爆口；所述锚式桨叶靠近所述罐体的底部设置，且锚式桨叶的截面形状与罐体的底面形状相同，所述斜直桨叶设置有两个，且依次布置于所述锚式桨叶的上方。
优选的，所述干燥机组包括一个或者多个并排设置的干燥机。
优选的，所述干燥机组的输出端还连接有冷却机。
进一步的，所述罐体的底部设有向上凸起的支撑座，所述转动轴转动连接在所述支撑座上。
进一步的，所述锚式桨叶包括与转动轴连接的水平杆、位于水平杆两端的连接杆、以及连接两个所述连接杆的上钩杆；所述连接杆沿所述支撑座的侧壁延伸，所述上钩杆的上端面高度小于所述斜直桨叶所在高度。
进一步的，所述罐体的内侧壁还固定有扰流板，所述扰流板沿所述转动轴的轴向延伸。
本发明还提供一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆加工工艺，该工艺采用以上所述的醇类溶剂湿法包覆系统，包括以下几个步骤：
S1：粉料缓存，粉体物料从缓存物料定量排入计量仓，计量仓按一定计量向搅拌釜排放粉体物料。
S2：湿法包覆，物料在搅拌釜内搅拌25～35min，形成粉饼，搅拌釜内水温为70～85℃，包覆后的固含量为50％-70％。
S3：精细干燥，将S2中的浆料排入干燥机组中干燥2～3h，干燥后的物料含水量小于1000ppm。
优选的，S1中计量仓向搅拌釜定量输送物料的时间小于5min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述的锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统及加工工艺，通过计量仓向搅拌釜内定量加料，有效控制搅拌精度，同时缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组中与物料接触的部位由传统的非金属涂层改为不锈钢抛光处理，有效避免醇类溶剂在设备内部产生静电火花引起爆炸的问题，从而可以使本系统应用于醇类溶剂的湿法包覆。
(2)本发明中，所述搅拌釜的罐体内部设置有斜直桨叶和与罐体的底部靠近的锚式桨叶，组合式桨叶可以有效避免因粉体物料沉降后堆积在搅拌釜底部，导致物料性质改变应，影响产品品质。
(3)本发明中，计量仓采用增重式计量方式，当计量仓中存满单次加工量时，一次性倒入搅拌釜中，尽量减少加料时间，减少物料与溶剂接触时间，避免过度洗涤，导致物料性能产生变化。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述的锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统的结构示意图；
图2是本发明中所述搅拌釜的具体实施方式的主视图；
图3是图2的A-A向剖视图；
图4是本发明所述锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆加工工艺的流程图。
图中，1、缓存料仓，2、计量仓，3、搅拌釜，31、罐体，32、驱动电机，33、转动轴，34、锚式桨叶，3401、水平杆，3402、连接杆，3403、上钩杆，35、斜直桨叶，36、进料口，37、卸料口，38、防爆口，39、支撑座，310、卸料阀，311、扰流板，312、冷却水套，313、冷却腔，314、进水口，315、出水口，7、干燥机组，9、隔膜泵，11、冷却机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统，包括顺序相接的缓存料仓1、计量仓2、搅拌釜3和干燥机组7；缓存料仓1中存放有粉体物料；缓存料仓1、计量仓2、搅拌釜3和干燥机组7中与物料接触的部位均作不锈钢抛光处理。
不锈钢抛光后的设备可以有效避免物料与设备表面摩擦后产生静电火花，进而引发爆炸事故。
待水洗物料在缓存料仓1内备料，螺旋输送机将物料从缓存料仓1输送至计量仓2，计量仓2按配方对物料进行称量，称量好的物料排放至搅拌釜3内，物料进入搅拌釜3进行湿法包覆，包覆后的浆料通过隔膜泵9泵入干燥机组7，在干燥机组7中进行精细干燥。干燥机组7可以由一个或者多个并排设置的干燥机组成，有利于迅速干燥。干燥机优选用精细干燥机。
作为优选的，计量仓2为增重式计量仓，例如可以使用本申请人在先申请的专利“一种高精度称重加料机构”，专利号为CN201921437893.0中的称重料仓组件，当称重料斗中集满一次投放量时，连杆组件控制所述称重料斗的底板打开，一次性向缓存料仓1投放物料，物料投放速度快，通过控制物料由计量仓2进入缓存料仓1的时间使物料在搅拌釜3内与溶剂接触的时间得到精确控制。
物料从干燥机组7排出后温度可达到120-150℃，无法直接装袋，需要冷却较长时间，在本发明中的进一步设计中，干燥机组7的输出端还连接有冷却机11，可以将物料快速冷却，且避免物料与空气接触。冷却机11优选用卧式螺带冷却机。
由于本发明应用于醇类溶剂，为避免安全事故发生，设备需要得到很好的维护，其中物料在搅拌釜内剧烈搅动，并且由于搅拌釜内存在醇类溶剂，物料进入搅拌釜后湿度增大，与搅拌釜的内壁接触后容易贴附在内壁上，长时间积攒物料容易导致搅拌釜内壁的抛光结构改变，安全性降低，同时也会引起物料浪费，为此本发明对搅拌釜进行改进设计，下面通过具体实施例对搅拌釜的结构作具体描述：
实施例1：搅拌釜包括罐体31、位于罐体31顶部的驱动电机32、与驱动电机32连接且伸入罐体31内部的转动轴33、以及连接在转动轴33上的锚式桨叶34和斜直桨叶35；罐体31上还设置有进料口36、卸料口37和防爆口38；锚式桨叶34靠近罐体31的底部设置，且锚式桨叶34的截面形状与罐体31的底面形状相同，斜直桨叶35设置有两个，且依次布置于锚式桨叶34的上方。
如图2所示，进料口36和防爆口38位于罐体31的顶部，卸料口37位于罐体31的底部，卸料口37处设置有卸料阀310，转动轴33位于罐体31的中心轴，锚式桨叶34和斜直桨叶35由驱动电机32驱动旋转，斜直桨叶35为现有技术，即桨叶沿横向螺旋延伸，锚式桨叶34与罐体31的底面形状相同，使锚式桨叶34与罐体31的底面之间距离近似相等，可以搅动沉积在罐体31底部的所有物料，有效避免罐体31的底部积料。
罐体31的底部设有向上凸起的支撑座39，转动轴33转动连接在支撑座39上。如图1所示，卸料口37位于支撑座39的正下方，支撑座39为框架形结构，锚式桨叶34和两个斜直桨叶35沿轴向阵列布置。当搅拌完成后，驱动电机32关闭，打开卸料阀310，料浆可以通过支撑座39从卸料口37排出。
具体的，锚式桨叶34包括与转动轴33连接的水平杆3401、位于水平杆3401两端的连接杆3402、以及连接两个连接杆3402的上钩杆3403；连接杆3402沿支撑座39的侧壁延伸，上钩杆3403的上端面高度小于斜直桨叶35所在高度。如图2所示，连接杆3402用于连接水平杆3401和上钩杆3403，锚式桨叶34在连接杆3402和上钩杆3403的连接处形成凹陷，当锚式桨叶34旋转时罐体31的底部区域形成漩涡，使物料紊流程度更高，避免物料速度降低而沉降。锚式桨叶34的端面优选呈十字形结构。另外，锚式桨叶34的水平杆3401可以设置一个，也可以设置多个。
实施例2：
在实施例1的基础上，罐体31的内侧壁还固定有扰流板311，扰流板311沿转动轴33的轴向延伸。如图2和图3所示，扰流板311为竖直板，扰流板311通过固定螺钉固定在罐体31的内侧壁，扰流板311可以沿罐体31的内侧壁阵列布置多个。当物料向罐体31的内侧壁运动时，物料首先碰撞扰流板311，并在扰流板311的作用下运动方向发生改变，引起物料紊流，从而避免物料附着在罐体31的内侧壁。
作为优选的，扰流板311上朝向罐体31中心的表面为波浪形表面，所述波浪形表面沿罐体31的周向起伏弯曲。波浪形表面的扰流板311使物料到达扰流板311表面的不同部位速度不同，提高紊流效果。
实施例3：
在实施例1或者实施例2的基础上，罐体31的外周还包覆有冷却水套312，冷却水套312于罐体31之间形成冷却腔313，冷却水套312上具有与冷却腔313连通的进水口314和出水口315。冷却水套312采用保温材质制成。进水口314优选设置在罐体31的下方，出水口315设置在罐体31的上方。冷却液通过输送泵输入冷却腔313内，最后从出水口315排出。将进水口314设置下罐体31的下方可以降低冷却液在冷却腔313内的流速，增加换热时间。
如图4所示，本发明还提出锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆加工工艺，该工艺采用上述锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统，主要包括以下几个步骤：
S1：粉料缓存，粉体物料从缓存物料定量排入计量仓2，计量仓2按一定计量向搅拌釜3排放粉体物料。计量仓2向搅拌釜3定量输送物料的时间优选控制在小于5min，从而间接控制物料在搅拌釜3内与水接触的时间。
S2：湿法包覆，物料在搅拌釜3内搅拌25～35min，形成粉饼，搅拌釜内水温为70～85℃，包覆后的固含量为50％-70％。
S3：精细干燥，将S3中的浆料排入干燥机组7中干燥2～3h，干燥后的物料含水量小于1000ppm。
在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：包括顺序相接的缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组；所述缓存料仓中存放有粉体物料；
所述缓存料仓、计量仓、搅拌釜和干燥机组中与物料接触的部位均作不锈钢抛光处理。
2.根据权利要求1所述的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：所述计量仓为增重式计量仓。
3.根据权利要求1所述的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：所述搅拌釜包括罐体、位于罐体顶部的驱动电机、与所述驱动电机连接且伸入所述罐体内部的转动轴、以及连接在转动轴上的锚式桨叶和斜直桨叶；所述罐体上还设置有进料口、卸料口和防爆口；所述锚式桨叶靠近所述罐体的底部设置，且锚式桨叶的截面形状与罐体的底面形状相同，所述斜直桨叶设置有两个，且依次布置于所述锚式桨叶的上方。
4.根据权利要求1所述的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：所述干燥机组包括一个或者多个并排设置的干燥机。
5.根据权利要求1所述的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：所述干燥机组的输出端还连接有冷却机。
6.根据权利要求3所述的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：所述罐体的底部设有向上凸起的支撑座，所述转动轴转动连接在所述支撑座上。
7.根据权利要求6所述的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：所述锚式桨叶包括与转动轴连接的水平杆、位于水平杆两端的连接杆、以及连接两个所述连接杆的上钩杆；所述连接杆沿所述支撑座的侧壁延伸，所述上钩杆的上端面高度小于所述斜直桨叶所在高度。
8.根据权利要求3所述的醇类溶剂湿法包覆系统，其特征在于：所述罐体的内侧壁还固定有扰流板，所述扰流板沿所述转动轴的轴向延伸。
9.一种锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆加工工艺，其特征在于，该工艺采用权利要求1-8任一项所述的醇类溶剂湿法包覆系统，包括以下几个步骤：
S1：粉料缓存，粉体物料从缓存物料定量排入计量仓，计量仓按一定计量向搅拌釜排放粉体物料；
S2：湿法包覆，物料在搅拌釜内搅拌25～35min，形成粉饼，搅拌釜内水温为70～85℃，包覆后的固含量为50％-70％；
S3：精细干燥，将S2中的浆料排入干燥机组中干燥2～3h，干燥后的物料含水量小于1000ppm。
10.根据权利要求9所述的锂电三元材料的醇类溶剂湿法包覆加工工艺，其特征在于：S1中计量仓向搅拌釜定量输送物料的时间小于5min。
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