CN202797144U - 电极材料的制备系统 - Google Patents

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张天任
范美强
吴飞
舒康颖
施利勇
何英
陈达
李福林
宋文龙
田光磊
刘文法
郭鑫
施寅
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Abstract

本实用新型提供了一种包括混合反应器的电极材料的制备系统，混合反应器包括：反应容器；第一喷头和第二喷头，分别与反应容器的第一进料口和第二进料口连通，并且第一喷头和第二喷头的喷出口相对设置；搅拌器，设置在反应容器中的底部；以及多个金属板，从上到下按照之字形顺序设置在反应容器的顶部和底部之间的溶液下落路径上，并且多个金属板中的每一个都具有均匀分布的通孔。该制备系统制备的电极材料粉料细小，成分分布均匀，从而避免长时间的高温处理，节约能源，大幅降低了电极材料的制造成本。

Description

电极材料的制备系统
技术领域
本实用新型一般地涉及粉料制备装置，更具体的来说，涉及材料的制备系统。 
背景技术
镍钴锰酸锂作为正极材料具有价格便宜、能量密度高、振实密度高等优点。该正极材料的制造成本、制造工艺、以及制造设备成为人们关注的焦点。 
现有技术中提供了一种镍钴锰酸锂正极材料的制备方法，包括三元共沉淀物的制备、离子热合成、高温处理以及分离、洗涤各单元过程，其特征在于：所述的离子热合成是将三元共沉淀物和锂源按1∶1-1.5的摩尔比加入环胺类离子液体中于140-220℃下搅拌反应4-36小时，经分离、洗涤得到镍钴锰酸锂前驱体；所述的高温处理是将镍钴锰酸锂前驱体于800-1000℃条件下处理1-8小时。该制备方法在一定程度上能够满足需求。 
然而，这种制备方法需要进行长时间高温处理，需要消耗大量能源，从而提高了正极材料的制造成本。 
实用新型内容
为了解决现有技术中所存在的需要进行长时间高温处理而消耗大量能源的缺陷，提供了解决上述缺陷的电极材料的制备系统。 
本实用新型提供了一种电极材料的制备系统，其特征在于，包括混合反应器，混合反应器包括：反应容器；第一喷头和第二喷头，分别与反应容器的第一进料口和第二进料口连通，并且第一喷头和第二喷头的喷出口相对设置；搅拌器，设置在反应容器中的底部；以及多个金属板，从上到下按照之字形顺序设置在反应容器的顶部和底部之间的溶液下落路径上， 并且多个金属板中的每一个都具有均匀分布的通孔。 
优选地，在多个金属板中上下相邻的每两个金属板中，其中一个金属板的通孔与另一金属板的通孔之间错位分布。 
优选地，每个金属板与水平方向的夹角在10°至45°范围内。 
优选地，反应容器为圆筒形，金属板沿其纵向方向(L)的最大长度为反应容器的内直径的1至1.414倍；以及金属板的沿其横向方向的宽度与反应容器的内直径相同。 
优选地，在反应容器的底部设有第一出料口，第一出料口与位于反应容器外侧的喷雾干燥器连通。 
优选地，制备系统进一步包括一一对应地设置在第一进料口和第二进料口处、为反应容器提供溶液的两个进料系统。 
优选地，两个进料系统中的每一个都包括储液罐和与储液罐连接的计量泵，其中，计量泵的出口分别与第一进料口和第二进料口连通。 
优选地，喷雾干燥器设置有：与第一出料口连通的第三进料口；第一废气出口；以及与储料罐连通的第二出料口。 
优选地，制备系统进一步包括废液罐，废液罐设置有：与第一废气出口连通的废气进口；以及与冷凝器连通的第二废气出口。 
优选地，废液罐还设置有废液出口，废液出口与两个进料系统中的任一个的计量泵连通。 
优选地，电极材料为镍钴锰酸锂。 
相比于现有技术，本实用新型的有益技术效果在于： 
该电极材料的制备系统在整个制造过程中不需要长时间高温处理，就可以实现粉料细小，成分分布均匀，从而节约了大量能源。整个生产过程在生产人员的监控下自动完成，工艺简化，步骤少，实现了连续化规模生产，从而大幅降低了成本。此外，废液集中处理，可循环使用。 
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 
附图说明
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。在附图中： 
图1为根据本实用新型的实施例的混合反应器的结构示图；以及 
图2为根据本实用新型的实施例的电极材料的制备系统结构示图。 
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 
图1为根据本实用新型的实施例的混合反应器的结构示图。 
电极材料的制备系统包括混合反应器100，混合反应器100包括：反应容器102；第一喷头104和第二喷头106，分别与反应容器102的第一进料口和第二进料口连通，并且第一喷头104和第二喷头106的喷出口相对设置；搅拌器108，设置在反应容器102中的底部；以及多个金属板110，从上到下按照之字形顺序设置在反应容器102的顶部和底部之间的溶液下落路径上，并且多个金属板110中的每一个都具有均匀分布的通孔112。其中，多个金属板110中的相邻的两个金属板成一定角度，例如20度至90度，而每隔一个金属板的两个金属板平行。因此，相邻的三个金属板呈之字形设置。 
利用该混合反应器，通过第一喷头104和第二喷头106喷射要进行反应的两种原料，并且第一喷头104和第二喷头106的喷出口相对喷射，保证两种溶液混合均匀，在溶液反应期间的下落路径上还设置有呈之字形布置的多个金属板，进一步保证两种原料混合均匀、充分反应。 
在根据本实用新型的实施例中，在多个金属板110中上下相邻的每两个金属板110中，其中一个金属板110的通孔与另一金属板的通孔之间错位分布。其中，图1示出了三个金属板110，三个金属板上的每一个上都 设置有均匀分布的1mm×1mm正方形通孔，在其他实施中，通孔可以为圆孔或多边形孔。上面的金属板与中间的金属板的具有分布均匀的多列通孔112，并且上部金属板的左侧第一列通孔在纵向方向上(在多列通孔延伸的方向上)位于中间金属板的左侧第一列通孔和左侧第二列通孔之间。具体地，小液滴从孔滴到下面一块金属板，散开再汇合，依次滴到下面的金属板，再分散再汇合，促进了混合液均匀分布，然后再经底部搅拌器108 搅拌混合，溶液成分完全均匀分布。 
相邻金属板的通孔的这种错位分布结构不仅能够促进混合液均匀分布，而且延长了两种液体下落时间和下落路径，从而为两种液体发生化学反应提供充足的时间，并且可以根据实际需要设置不同数量的金属板，以保证两种溶液混合均匀并且发生充分化学反应，从而能够确保电极材料成分分布均匀。 
此外，再次参考图1，每个金属板110与水平方向的夹角在10°至45°范围内。在该实施例中，反应容器102为圆筒形，金属板110沿其纵向方向的最大长度为L，而反应容器的最大内直径为R时，金属板110沿其纵向方向L的最大长度为反应容器的内直径R的1至1.414倍；而将金属板沿着与纵向方向垂直的横向方向的宽度定义为金属板的宽度，以及金属板的沿其横向方向的宽度与反应容器的内直径相同。 
图2为根据本实用新型的实施例的电极材料的制备系统结构示图。电极材料的制备系统包括混合反应器100，在该混合反应容器的反应容器102的底部设有第一出料口，第一出料口与位于反应容器102外侧的喷雾干燥器122连通，其中，该第一出料口被设置为与搅拌器108相邻。制备系统进一步包括一一对应地设置在第一进料口和第二进料口处、为反应容器提供溶液的两个进料系统。两个进料系统中的每一个都包括储液罐和与储液罐连接的计量泵，其中，计量泵的出口分别与第一进料口和第二进料口连通。其中，计量泵的出口分别与第一进料口和第二进料口连通。具体地，其中一个进料系统包括储液罐114和与储液罐114连接的计量泵118，计量泵118的出口与第一进料口104连通；以及另一个进料系统包括储液罐116和与储液罐116连接的计量泵120，计量泵120的出口与第二进料口 106连通。此外，根据化学计量比配置储液罐114中的1M/L氢氧化锂溶液和储液罐116中的1M/L硝酸镍、1M/L硝酸钴和1M/L硝酸锰溶液，基于化学计量比Li∶(Ni+Co+Mn)的摩尔比1.05∶1，确定计量泵118和120输送到混合反应器100进料口的进料量和进料速率为1.05∶1。氢氧化锂溶液与储硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰溶液在混合反应器100中进行反应，生成镍钴锰酸锂溶液。 
在本实施例中，可以根据实际需要，通过计量泵的转速来控制泵入反应容器的液体速度，从而保证两种液体按照最佳配比泵入反应容器。 
喷雾干燥器122设置有：与第一出料口连通的第三进料口；第一废气出口；以及与储料罐124连通的第二出料口。具体地，来自混合反应器100的镍钴锰酸锂溶液通过该喷雾干燥器干燥以进行固液分离，从而生成粉料细小、成分分布均匀的镍钴锰酸锂电极材料并且将生成的镍钴锰酸锂电极材料存储在储料罐124中。 
制备系统进一步包括废液罐126，废液罐126设置有：与第一废气出口连通的废气进口；以及与冷凝器130连通的第二废气出口。废液罐126还设置有废液出口，废液出口与两个进料系统中的任一个的计量泵连通。 
具体地，废液罐126通过废气进口收集来自喷雾干燥器122的废气出口的废气，并且收集到的废气在该废液罐126中进行冷凝形成废液以进行回收利用。剩余废气经由第二废气出口进入冷凝器128，该冷凝器包括蛇形冷凝管130和包覆该冷凝管130的循环水管132，以充分回收利用废气。冷凝后的废液经由废液出口与计量泵118或120连通。通过废液回收利用，不但可以节约成本，而且可以减少废液排放所造成的环境污染。 
该电极材料的制备系统不仅适用于可溶性的锂化合物-硝酸盐、锂化合物-有机酸盐和锂化合物-(硝酸盐+有机酸盐)体系；而且适用于可溶性的(锂化合物+硝酸盐)-(碳酸铵+氨水)、(锂化合物+氯盐)-(碳酸铵+氨水)体系。 
利用该制备系统，不但可以获得粉料细小，成分分布均匀的电极材料，而且工艺简单、步骤少、能够进行连续化大规模的批量生产，而且整个生产过程中不需要长时间高温处理，从而节约了大量能量，大幅降低了生产成本。此外，可以将废液进行集中处理，进行回收利用，不但能够节约原 材料而且可以减少废液排放所造成的环境污染。 
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (11)

1.一种电极材料的制备系统，其特征在于，包括混合反应器，所述混合反应器包括：
反应容器；
第一喷头和第二喷头，分别与所述反应容器的第一进料口和第二进料口连通，并且所述第一喷头和所述第二喷头的喷出口相对设置；
搅拌器，设置在所述反应容器中的底部；以及
多个金属板，从上到下按照之字形顺序设置在所述反应容器的顶部和底部之间的溶液下落路径上，并且所述多个金属板中的每一个都具有均匀分布的通孔。
2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，在所述多个金属板中上下相邻的每两个金属板中，其中一个金属板的通孔与另一金属板的通孔之间错位分布。
3.根据权利要求2所述的制备系统，其特征在于，每个所述金属板与水平方向的夹角在10°至45°范围内。
4.根据权利要求2所述的制备系统，其特征在于，
所述反应容器为圆筒形，所述金属板沿其纵向方向(L)的最大长度为所述反应容器的内直径的1至1.414倍；以及
所述金属板的沿其横向方向的宽度与所述反应容器的内直径相同。
5.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，在所述反应容器的底部设有第一出料口，所述第一出料口与位于所述反应容器外侧的喷雾干燥器连通。
6.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统进一步包括一一对应地设置在所述第一进料口和所述第二进料口处、为所述反应容器提供溶液的两个进料系统。
7.根据权利要求6所述的制备系统，其特征在于，所述两个进料系统中的每一个都包括储液罐和与所述储液罐连接的计量泵，其中，所述计量泵的出口分别与所述第一进料口和所述第二进料口连通。
8.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，所述喷雾干燥器设置有：与所述第一出料口连通的第三进料口；第一废气出口；以及与储料罐连通的第二出料口。
9.根据权利要求8所述的制备系统，其特征在于，所述制备系统进一步包括废液罐，所述废液罐设置有：与所述第一废气出口连通的废气进口；以及与冷凝器连通的第二废气出口。
10.根据权利要求9所述的制备系统，其特征在于，所述废液罐还设置有废液出口，所述废液出口与所述两个进料系统中的任一个的所述计量泵连通。
11.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，所述电极材料为镍钴锰酸锂。
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