CN113816416B - 一种电池级稀土电解质的制备方法和制备系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种电池级稀土电解质的制备方法，通过将碳酸镧铈、氟化锂和氟化钾等与氟化氢进行氟化反应制得成品。本发明还提供一种电池级稀土电解质的制备系统，它包括主氟化炉和原料氟化炉，所述原料氟化炉的出料口通过连接管与主氟化炉的进料端连通；原料氟化炉包括炉体，所述炉体内由上至下间隔设置有反应温度依次上升的反应室，相邻两个反应室之间通过隔热挡板隔开并通过隔热挡板上的物料孔连通，所述物料孔处设置有物料开关，炉体上于最上层的反应室处设置有进料管；所述反应室内设置有绕炉体轴线旋转的搅拌部。本发明的目的是提高制备的电解质品质。

Description

一种电池级稀土电解质的制备方法和制备系统

技术领域

本发明涉及电解质领域，具体为一种电池级稀土电解质的制备方法和制备系统。

背景技术

用于电池等制品的电解质常见制备工艺为将稀土+氟化锂等投入到氟化炉内，氟化炉内的电热棒等加热装置对炉内进行加温，通过补入氟化氢气体等与稀土、氟化锂等进行反应，从而制得成品。但现有的制备工艺中物料各成分的反应分解温度不同，导致部分物料氟化不彻底，从而影响成品的品质。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种电池级稀土电解质的制备方法，能够提高制备的电解质品质。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种电池级稀土电解质的制备方法，其制备的过程包括以下步骤：

1)将碳酸镧铈加入氟化系统中与氟化氢气体通过分段提温的方式进行氟化，碳酸镧铈氟化后得到氟化稀土，氟化温度为100-500摄氏度，时间为4-8小时，通过分段提温的方式，解决因为各原素的反应分解温度不同，导致氟化不彻底的问题；碳酸镧铈的REO大于45％；

2)将步骤1中的氟化稀土以及氟化锂和氟化钾的混合物加入氟化系统中进行氟化得到成品，氟化稀土以重量份数计为85-95份，氟化锂和氟化钾的混合物以重量份数计为5-10份，氟化温度为400-600摄氏度，氟化时间为7-10小时；

3)步骤2中制得的成品在出炉后禁止用金属器械接触产品，需使用非金属器械装入包装袋。

进一步的，步骤2中氟化锂和氟化钾的混合物各组分以重量份数计分别为：氟化锂60-80份，氟化钾20-30份，这样在保证产品导电效果的同时降低生产成本，这是因为钾与锂于元素周期表内为相同族，加入氟化钾后，钾的原子半径大，金属性较强，熔点较低，价格相较于氟化锂，便宜很多，所以降了成本；也同时因降低了炉内熔点，增强了导电性，提高了电解效率。

进一步的，氟化锂和氟化钾的混合物加入步骤2前先进行氟化提纯，氟化提纯的工艺为将氟化锂、氟化钾、氟化氢和水加入氟化炉中进行氟化提纯，氟化提纯经过100-400摄氏度的提温，氟化时间为0.5-1.5小时。

进一步的，因氟化氢气体是无水的，产生氢氟酸有限，氟化不彻底，所以根据需要加入质量占固态物料质量1-8％的水。

采用上述步骤制备成品时，由于分段提温的前后段温度较大，从而会出现第二炉原料制备时需等待设备冷却，整个过程等待较长；且整个氟化过程需完整的完成从低温到高温的过程，耗能较大，为减少等待时间，提高生产效率，同时减少耗能，降低企业生产成本，本申请还提供一种电池级稀土电解质的制备系统，它包括主氟化炉和原料氟化炉，所述原料氟化炉的出料口通过连接管与主氟化炉的进料端连通，步骤1以及氟化锂和氟化钾的氟化提纯在原料氟化炉中进行氟化，由于氟化锂和氟化钾的氟化提纯时间较长且所需物料与步骤1也不相同，故在实际工作过程中，原料氟化炉可设置两个，分别用于步骤1的反应以及氟化锂和氟化钾的氟化提纯，用于氟化锂和氟化钾氟化提纯的原料氟化炉可通过多通管与不同的主氟化炉连接；所述原料氟化炉包括炉体，所述炉体内由上至下间隔设置有反应温度依次上升的反应室，相邻两个反应室之间通过隔热挡板隔开并通过隔热挡板上的物料孔连通，所述物料孔处设置有物料开关，炉体上设置有与最上层的反应室连通的进料管；所述反应室内设置有绕炉体轴线旋转的搅拌部。

进一步的，为控制反应室内的温度，所述反应室内设置有管道，所述管道的进水端和出水端伸出炉体，通过管道内流动的液体带走反应室内的热量或提高反应室内的温度。

进一步的，为充分搅动反应室内的物料，确保氟化彻底，同时尽量减少各个反应室之间的温度干扰，所述搅拌部设置于旋转环上，所述旋转环外壁与炉体内壁转动配合，所述旋转环与原料搅拌电机传动连接。

进一步的，为提高主氟化炉的生产效率，避免主氟化炉内下层物料没有氟化彻底，所述主氟化炉包括壳体，所述壳体两端转动设置于支撑部上，所述壳体侧壁上设置有出料口，所述壳体内设置有与其同向的搅拌轴，所述搅拌轴上沿其径向设置有搅拌叶，所述搅拌轴与氟化搅拌电机的输出轴传动连接。

进一步的，为对主氟化炉内的物料进行取样检测，以灵活调整主氟化炉的反应温度、水和氟化氢等的加入量，所述搅拌轴一端与送样管一端转动配合，所述搅拌轴和送样管内部中空，所述送样管另一端伸出壳体且设置有取样口，所述取样口处设置有取样开关，所述送样管上设置有取样抽气管；所述搅拌叶迎向物料侧设置有获料口，所述获料口与搅拌叶内的物料通道一端连通，所述物料通道另一端与搅拌轴内部连通，所述搅拌轴内设置有沿其轴向滑动的取料部，所述取料部上部开放，取样完成后，取料部沿搅拌轴的轴向滑动至送样管内。

进一步的，为推动取料部移动，同时避免氟化氢气体外溢，所述取料部下部设置有滑动座，所述滑动座与沿搅拌轴的轴向设置的螺杆螺纹连接，螺杆在送样电机的驱动下旋转，所述螺杆于上密封板和下密封板配合处设置为光滑部，所述上密封板和下密封板分别与支撑部内设置的直线驱动装置连接。

本发明的有益效果：本发明提供了一种电池级稀土电解质的制备方法，通过分段提温的方式，以解决氟化不彻底等问题，提高电解质的品质；同时通过加入适量的水，以避免出现因氢氟酸有限而导致的氟化不彻底等问题；通过对反应步骤以及氟化设备的改进使得氟化设备的寿命增加1.5倍，镧铈金属中镧、铈的波动可以有效的控制在±1.5％之间，用电功耗下降百分之二十以上，合格品率提高百分之二十，对企业的节能降耗及产品竞争力提高了很大的发展。

1、本发明还公开的一种电池级稀土电解质的制备系统，通过设置个反应室，且每个反应室的温度不同，以降低物料于单个反应室进行氟化时的温度差，以减少二次生产时需等待氟化设备冷却而占用的时间，提高生产效率，且氟化设备不需要较长的温度爬升时间，从而减少耗能，降低企业生产成本。

2、为根据实际反应情况，灵活调整参数，需在氟化反应过程中进行取样，所以本申请中的搅拌叶上设置有取样口，在搅拌叶对物料进行搅动的过程中即可完成取样，并自动送出主氟化炉。

附图说明

图1为本发明中制备系统的结构示意图。

图2为本发明中原料氟化炉侧视结构示意图。

图3为本发明中主氟化炉侧视结构示意图。

图4为壳体径向截面状态下的搅拌轴与搅拌叶结构示意图。

图中所述文字标注表示为：1、主氟化炉；2、原料氟化炉；3、连接管；4、炉体；5、反应室；6、隔热挡板；7、物料孔；8、进料管；9、搅拌部；10、管道；11、旋转环；12、原料搅拌电机；13、壳体；14、支撑部；15、出料口；16、搅拌轴；17、搅拌叶；18、氟化搅拌电机；19、送样管；20、取样口；21、取样抽气管；22、获料口；23、物料通道；24、取料部；25、滑动座；26、螺杆；27、上密封板；28、下密封板；29、光滑部；30、传动齿轮；31、主动齿轮。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1，如图1-2所示，本发明的具体结构为一种电池级稀土电解质的制备系统，它包括主氟化炉1和原料氟化炉2，所述原料氟化炉2的出料口通过连接管3与主氟化炉1的进料端连通，本实施中原料氟化炉2设置有两个，分别用于碳酸镧铈的氟化以及氟化锂和氟化钾的氟化提纯，为了方便介绍本申请的技术方案，本实施中的两个原料氟化炉2为方便描述分别命名为一号原料氟化炉和二号原料氟化炉，根据实际生产情况，灵活调整两个原料氟化炉2的大小，主氟化炉1和原料氟化炉2内均设置有进气管、抽气管，进气管的进气端与氟化氢气源连接，以将氟化氢导入到主氟化炉1和原料氟化炉2中，抽气管负责将氟化氢等气体导出；所述原料氟化炉包括炉体4，所述炉体4内由上至下间隔设置有反应温度依次上升的反应室5，每个反应室5内均设置有进气管、抽气管和水管，水管于原料氟化炉2内设置有喷头，以将水雾化喷出，水需进行过滤，确保无杂质；相邻两个反应室5之间通过隔热挡板6隔开并通过隔热挡板6上的物料孔7连通，物料孔7设置于隔热挡板6的最低处，最下方的物料孔7作为原料氟化炉2的出料口，所述物料孔7处设置有物料开关，炉体4上设置有与最上层的反应室5连通的进料管8；所述反应室5内设置有绕炉体4轴线旋转的搅拌部9。

具体工作过程：每层反应室5侧壁内的电热管通电加温，然后将物料加入到最上层的反应室5内，氟化反应完成后，其所在的物料孔7打开，使得物料进入到其下层的反应室5内，然后新的物料加入到最上层的反应室5内，如此依次进行，实现连续化生产，氟化反应过程中，搅拌部9搅动反应室5内的物料。

实施例2，如图2所示，本实施例的其它结构与实施例1相同，但为灵活调整反应室5内的温度，所述反应室5内设置有管道10，所述管道10的进水端和出水端伸出炉体与油温机或水温机等连接，通过调整管道10内液体的温度，从而调整反应室5内的温度。

实施例3，如图2所示，本实施例的其它结构与实施例1相同，但实施例中为方便带动于炉体4中部反应室5的搅拌部9旋转，同时减少相邻两个反应室5的热交换，所述搅拌部9设置于旋转环11上，所述旋转环11外壁与炉体4内壁转动配合，所述旋转环11外壁上设置有一圈与其同心的传动齿轮30，所述传动齿轮30与原料搅拌电机12输出轴上的主动齿轮31啮合，所述原料搅拌电机12设置于炉体4外侧，且输出轴穿过轴封伸入炉体4内；旋转环11和原料搅拌电机12也可通过皮带、链条等进行传动。

实施例4，如图1、3、4所示，其中图4中的箭头所示为搅拌轴16的旋转方向，本实施例的其它结构与实施例1相同，但实施例中所述主氟化炉1包括壳体13，壳体13轴线水平设置，所述壳体13两端转动设置于支撑部14上，壳体13和支撑部14连接处设置有轴承和轴封，壳体13通过主电机驱动旋转，所述壳体13侧壁上设置有出料口15，出料口15可开合，氟化反应时为关闭状态，氟化完成且需要取出物料时出料口15打开，所述壳体13内设置有与其同向的搅拌轴16，搅拌轴16位于壳体13下部，所述搅拌轴16上沿其径向设置有搅拌叶17，所述搅拌轴16一端与支撑部14内的轴承连接，所述搅拌轴16另一端伸出壳体13和支撑部14通过齿轮、皮带等与氟化搅拌电机18的输出轴传动连接；所述搅拌轴16一端与送样管19一端转动配合，两者连接处设置有连接轴承且两者同轴设置，所述搅拌轴16和送样管19内部中空，所述送样管19另一端穿过支撑部14伸出壳体13且伸出端设置有取样口20，所述取样口20处设置有取样开关，所述送样管19上设置有取样抽气管21，还可设置取样进气管，在取样抽气管21将送样管19内的氟化氢等气体抽除后通过取样进气管补入其它保护气体；所述搅拌叶17迎向物料侧设置有获料口22，所述获料口22与搅拌叶17内的物料通道23一端连通，所述物料通道23另一端与搅拌轴16内部连通，所述搅拌轴16内设置有沿其轴向滑动的取料部24，所述取料部24上部开放，取样完成后，取料部24沿搅拌轴16的轴向滑动至送样管19内。

取样工作时：物料进入到主氟化炉1内进行氟化反应时，如需要取样检测时，在搅拌轴16连同搅拌叶17旋转过程中，搅拌叶17上的获料口22打开，当搅拌叶17与物料接触时，随着搅拌叶17的移动，使得物料从获料口22进入到物料通道23内，当搅拌叶17旋转到搅拌轴16的轴线上方时，在重量作用下，物料滑入搅拌轴16内的取料部24内，取料部24可采用箱型结构，其内径大于物料通道23与搅拌轴16连通处的口；然后取料部24在气缸等推动下从搅拌轴移动到送样管19，由于在获料口22等打开过程中，壳体13内的氟化氢气体会沿搅拌轴16进入到送样管19内，此时为了保护作业人员，在打开取样口20时，先利用与抽气设备连接的取样抽气管21，将送样管19内的腐蚀气体抽出，然后在将取料部24内的物料或将物料连同取料部24取出。

实施例5，如图1、3、4所示，为方便维护，本实施例的其它结构与实施例4相同，但实施例中所述取料部24下部设置有滑动座25，取料部24与滑动座25可为一个整体，或取料部24通过磁选、螺栓连接等方式与滑动座25可拆卸连接，所述滑动座25与沿搅拌轴16的轴向设置的螺杆26螺纹连接，螺杆26一端与支撑部14内的轴承连接，所述螺杆26另一端送样电机的输出轴连接，所述送样电机的输出轴穿过送样管19内的密封轴承伸入送样管19内，所述螺杆26于上密封板27和下密封板28配合处设置为光滑部29，光滑部29的长度小于滑动座25的长度，实际应用过程中，光滑部29的长度为滑动座25长度的一半或更小，以确保滑动座25沿螺杆26运动，所述上密封板27和下密封板28分别与支撑部14内设置的直线驱动装置连接，上密封板27和下密封板28能够将送样管19于搅拌轴16一端封闭。

具体工作过程与实施例4相同，但本申请中，取料部24进入到送样管19内后，上密封板27和下密封板28相向运动，以将送样管19封闭，此时只需要将送样管19内的气体抽除即可，而不需要将搅拌轴16内的气体一同抽除，从而提高抽气效率。

实施例6：利用上述系统进行一种电池级稀土电解质的制备方法，制备过程包括以下步骤：

1)将碳酸镧铈加入一号原料氟化炉中与氟化氢气体通过分段提温的方式进行氟化，碳酸镧铈氟化后得到氟化稀土，氟化温度为100-500摄氏度，时间为4-8小时，分段提温的过程为在100摄氏度中反应0.5-1小时，在200摄氏度中反应0.5-1小时，在300摄氏度中反应1-2小时，在500摄氏度中反应1.5-3小时；氟化氢气体与固态物质以重量份数比，每投入100份固体物料，加入50-70份氟化氢气体，分段提温的前两个阶段加入所需加入气体的50-70％，中间阶段投入所需加入气体的15-25％，剩余的在最后阶段加入；

2)将步骤1中的氟化稀土以及氟化锂和氟化钾的混合物加入主氟化炉1中进行氟化得到成品，氟化稀土以重量份数计为85-95份，氟化锂和氟化钾的混合物以重量份数计为5-10份，氟化温度为400-600摄氏度，氟化时间为7-10小时，氟化锂和氟化钾的混合物各组分以重量份数计分别为：氟化锂60份，氟化钾20份，氟化过程中，根据需要补充氟化氢气体和雾化水；

3)氟化完成后，氟化炉继续旋转但停止加温，直至成品冷却，步骤2中制得的成品冷却出炉后禁止用金属器械接触产品，需使用非金属器械装入包装袋；氟化过程中进行取样。

实施例7：利用上述系统进行一种电池级稀土电解质的制备方法，制备过程包括以下步骤：

1)将碳酸镧铈加入一号原料氟化炉中与氟化氢气体通过分段提温的方式进行氟化，碳酸镧铈氟化后得到氟化稀土，分段提温的过程为在100摄氏度中反应0.5小时，在200摄氏度中反应0.8小时，在300摄氏度中反应1小时，在500摄氏度中反应2小时，不同的反应温度分别在不同的反应室5进行，氟化氢气体加入的量、方式与实施例6相同；

2)将步骤1中的氟化稀土以及氟化锂和氟化钾的混合物加入主氟化炉1中进行氟化得到成品，氟化稀土以重量份数计为85份，氟化锂和氟化钾的混合物以重量份数计为5份，氟化温度为400摄氏度，氟化时间为7小时；氟化锂和氟化钾的混合物各组分以重量份数计分别为：氟化锂80份，氟化钾30份，氟化2-3小时后进行取样，根据取样检测结果补充氟化氢气体和雾化水；

3)氟化完成后，氟化炉继续旋转但停止加温，直至成品冷却，步骤2中制得的成品冷却出炉后禁止用金属器械接触产品，需使用非金属器械装入包装袋。

实施例8：利用上述系统进行一种电池级稀土电解质的制备方法，制备过程包括以下步骤：

1)将碳酸镧铈加入一号原料氟化炉中与氟化氢气体通过分段提温的方式进行氟化，碳酸镧铈氟化后得到氟化稀土，分段提温的过程为在100摄氏度中反应0.5小时，在200摄氏度中反应1小时，在300摄氏度中反应1小时，在500摄氏度中反应2小时，不同的反应温度分别在不同的反应室5进行；氟化氢气体加入的量、方式与实施例6相同；

2)将步骤1中的氟化稀土以及氟化锂和氟化钾的混合物加入主氟化炉1中进行氟化得到成品，氟化稀土以重量份数计为95份，氟化锂和氟化钾的混合物以重量份数计为10份，氟化温度为600摄氏度，氟化时间为10小时；氟化锂和氟化钾的混合物各组分以重量份数计分别为：氟化锂70份，氟化钾22份；氟化过程中根据取样检测结果补充氟化氢气体和雾化水；

3)氟化完成后，氟化炉继续旋转但停止加温，直至成品冷却，步骤2中制得的成品冷却出炉后禁止用金属器械接触产品，需使用非金属器械装入包装袋。

实施例8：利用上述系统进行一种电池级稀土电解质的制备方法，制备过程与实施6-8相同，但氟化锂和氟化钾的混合物加入步骤2前先在二号原料氟化炉中进行氟化提纯，其工艺为将氟化锂、氟化钾的混合物加入到二号原料氟化炉，根据氟化锂和氟化钾的比例，每层反应室5内的温度有上至下依次上升，跨度为100-400摄氏度，总时间控制在0.5-1.2小时，向每层的反应室5加入雾化后的纯水，水的质量为固态物料总质量的1-8％。

实施例9：利用上述系统进行一种电池级稀土电解质的制备方法，制备过程与实施6-8相同，原料氟化炉和主氟化炉1工作过程中，物料投入时加入雾化后的纯水，水的加入质量占固态物料质量的1-8％。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电池级稀土电解质的制备系统，其特征在于，它包括主氟化炉（1）和原料氟化炉（2），所述原料氟化炉（2）的出料口通过连接管（3）与主氟化炉（1）的进料端连通；所述原料氟化炉包括炉体（4），所述炉体（4）内由上至下间隔设置有反应温度依次上升的反应室（5），相邻两个反应室（5）之间通过隔热挡板（6）隔开并通过隔热挡板（6）上的物料孔（7）连通，所述物料孔（7）处设置有物料开关，炉体（4）上设置有与最上层的反应室（5）连通的进料管（8）；所述反应室（5）内设置有绕炉体（4）轴线旋转的搅拌部（9）。

2.根据权利要求1所述的一种电池级稀土电解质的制备系统，其特征在于，所述反应室（5）内设置有管道（10），所述管道（10）的进水端和出水端伸出炉体。

3.根据权利要求1所述的一种电池级稀土电解质的制备系统，其特征在于，所述搅拌部（9）设置于旋转环（11）上，所述旋转环（11）外壁与炉体（4）内壁转动配合，所述旋转环（11）与原料搅拌电机（12）传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种电池级稀土电解质的制备系统，其特征在于，所述主氟化炉（1）包括壳体（13），所述壳体（13）两端转动设置于支撑部（14）上，所述壳体（13）侧壁上设置有出料口（15），所述壳体（13）内设置有与其同向的搅拌轴（16），所述搅拌轴（16）上沿其径向设置有搅拌叶（17），所述搅拌轴（16）与氟化搅拌电机（18）的输出轴传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种电池级稀土电解质的制备系统，其特征在于，所述搅拌轴（16）一端与送样管（19）一端转动配合，所述搅拌轴（16）和送样管（19）内部中空，所述送样管（19）另一端伸出壳体（13）且设置有取样口（20），所述取样口（20）处设置有取样开关，所述送样管（19）上设置有取样抽气管（21）；所述搅拌叶（17）迎向物料侧设置有获料口（22），所述获料口（22）与搅拌叶（17）内的物料通道（23）一端连通，所述物料通道（23）另一端与搅拌轴（16）内部连通，所述搅拌轴（16）内设置有沿其轴向滑动的取料部（24），所述取料部（24）上部开放，取样完成后，取料部（24）沿搅拌轴（16）的轴向滑动至送样管（19）内。

6.根据权利要求5所述的一种电池级稀土电解质的制备系统，其特征在于，所述取料部（24）下部设置有滑动座（25），所述滑动座（25）与沿搅拌轴（16）的轴向设置的螺杆（26）螺纹连接，所述螺杆（26）于上密封板（27）和下密封板（28）配合处设置为光滑部（29），所述上密封板（27）和下密封板（28）分别与支撑部（14）内设置的直线驱动装置连接。

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