CN204429248U - 用于合成梯度三元材料的加料系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于合成梯度三元材料的加料系统，包括补液室和混液室，补液室所处高度位于混液室上方，补液室出料口阀门通过管道与混液室内的进料管相连，混液室出料口阀门通过计量泵与喷射器连接，计量泵和喷射器之间设有缓冲室，喷射器与空气压缩机连接，喷射器与空气压缩机之间设有脉冲电磁阀。本实用新型加料装置能自动产生指数规律变化的梯度溶液，节省了人工配制梯度溶液的繁琐，并可使梯度溶液按一定频率以喷雾形态加料，具有加料均匀，自动化高，喷雾频率可控的优点，可专用于新型梯度三元正极材料的生产，提高产品质量。
Description
技术领域
本实用新型属于化工设备技术领域，特别涉及一种用于合成梯度三元材料的加料系统。
背景技术
镍钴锰三元正极材料，又简称三元材料，在锂离子电池领域具有广阔的应用市场。其中，梯度三元材料是一种颗粒组分渐变的新型三元材料，其特征为颗粒组分由内而外呈梯度渐变。由于特殊的梯度组分结构，这种材料结合了高容量和高循环的优点，具有良好的市场应用前景。为了进行梯度三元材料的生产，需要一种能连续生成梯度浓度溶液的自动加料装置，以使加料溶液中镍锰元素的浓度可随加料量呈连续的梯度渐变。
人工配制不同浓度的梯度溶液，当所需要的不同浓度较多时，过程繁琐，影响生产效率。且人工方式配制的梯度溶液中梯度不连续，难以配制浓度连续渐变的梯度溶液。设计一种能自动化、连续化的产生梯度溶液的加料设备成为必要。
共沉淀法是合成三元材料的基本工艺，为了达到产品质量要求，共沉淀反应中对反应的均一性有较高要求。喷雾式加料，相比其它加料方式，优点在于物料能以细小的雾化颗粒喷洒在一定面积上，加料均匀，有利于改善进料后的传质过程，提高物料混合效率，从而避免了物料局部浓度过高，改善共沉淀反应的均匀性和三元材料的产品质量。
在联用梯度溶液生成装置与喷雾装置时，需要解决两装置间的协调性问题。如何使梯度溶液生成系统的输出溶液速率和喷雾装置的喷射速率协调一致，成为解决重点。这不但要求梯度溶液生成系统的流出液速率可控，也要求喷射器的喷射速率可控，使喷射器能按所设定时间间隔将梯度溶液转化成喷雾。
为了满足指数型梯度三元材料的生产需求，需要一种能连续产生指数式梯度溶液的自动喷雾进料装置，以优化生产工艺。进一步，如果梯度溶液的喷雾加料装置具有设定喷雾频率的功能，即喷雾时间间隔灵活可调，将大大提高梯度三元材料生产中的自动化可控化程度。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本实用新型提供一种专用于合成梯度三元材料的加料系统，使其能自动生成浓度渐变的喷雾，且浓度以指数规律渐变，梯度溶液的喷雾频率可灵活设定，加料均匀并适用于中试生产和大批量生产。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种用于合成梯度三元材料的加料系统，其特殊之处在于：包括补液室和混液室，补液室和混液室通过管道上下相连，补液室所处高度位于混液室上方，补液室分别在顶端和底端设有补液室进料口和补液室出料口，进料口和出料口处都设有阀门，补液室出料口阀门通过管道与混液室内的进料管相连。
本实用新型的用于合成梯度三元材料的加料系统，混液室分别在顶端和底端设有混液室进料口和混液室出料口，进料口和出料口处都设有阀门，混液室出料口阀门通过一计量泵与喷射器连接，计量泵和喷射器之间设有缓冲室，喷射器与空气压缩机连接，喷射器与空气压缩机之间设有脉冲电磁阀。
进一步，所述混液室顶盖中央安装有电动机械搅拌器，该电动机械搅拌器的搅拌桨伸出混液罐内，桨叶可采用推进式、涡轮式、锯齿圆盘式和折叶桨式。
进一步，所述缓冲室位于喷射器上方，两部分通过管道上下垂直连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的一种用于合成梯度三元材料的加料系统，不但能自动生成指数式梯度溶液，自动雾化，还能具有控制喷雾频率的功能，按所设定时间间隔对梯度溶液进行喷雾。适用于指数型梯度三元材料的合成，且具有连续化、自动化、可控度高和均匀进料的优点，也适用于大批量和规模化生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
附图1是本实用新型的结构示意图。
附图2是实施例加料系统输出的M金属离子浓度的指数式升高曲线示意图。
附图3是实施例加料系统输出的M金属离子浓度的指数式降低曲线示意图。
图中，1补液室，2混液室，3补液室进料口，4补液室出料口，5进料管，6混液室进料口，7混液室出料口，8阀门，9电动机械搅拌器，10计量泵，11缓冲室，12喷射器，13脉冲电磁阀，14空气压缩机。
具体实施方式
附图是本实用新型的一种具体实施方式。该实施例包括补液室1和混液室2，补液室1和混液室2通过管道上下相连，补液室1所处高度位于混液室2上方，补液室1分别在顶端和底端设有补液室进料口3和补液室出料口4，进料口和出料口处都设有阀门8，补液室出料口阀门通过管道与混液室2内的进料管5相连。由于补液室1位于混液室2上方，两室之间存在压力差，当混液室2流出一定体积溶液时，补液室1自动补充等量溶液至混液室2，因此，无需在补液室1和混液室2之间加流量计控制，也能实现补液室1向混液室2自动流入等体积溶液。
混液室2分别在顶端和底端设有混液室进料口6和混液室出料口7，进料口和出料口处都设有阀门8，混液室2顶盖中央安装有电动机械搅拌器9，该电动机械搅拌器9的搅拌桨伸出混液罐内，桨叶可采用推进式、涡轮式、锯齿圆盘式和折叶桨式，通过机械搅拌，补液室1内液体在流出前可得到充分混合。混液室出料口7阀门和计量泵10相连，计量泵10从混液室2输出溶液。由于补液室1和混液室2压力差的存在，混液室2输出的溶液体积等于补液室1流入混液室2的溶液体积，在混液室2搅拌充分下，导致混液室2流出指数型浓度渐变的溶液。
混液室出料口阀门通过计量泵10与喷射器12连接，计量泵10和喷射器12之间设有缓冲室11，缓冲室11位于喷射器12上方，两部分通过管道上下垂直连接，混液室2流出液经计量泵10输送至缓冲室11，流经缓冲室11后溶液再进入喷射器11。缓冲室10的存在，作用是暂时储存计量泵10输送的过量溶液，当过量溶液来不及进入喷射器12喷雾时，储存于缓冲室11。喷射器12和空气压缩机14之间由管道连接脉冲电磁阀13。脉冲电磁阀13由输入的脉冲信号来控制开启关闭的时间间隔，从而实现控制喷射器12的喷雾时间间隔，即喷雾频率。
本加料装置专用于生成梯度浓度溶液的喷雾，使用时先预装溶液，关闭补液室出料口4阀门和混液室出料口7阀门，并开启补液室进料口3阀门和混液室进料口6阀门，对两室预装不同浓度的溶液。补液室1可盛储某一种浓度的M金属离子溶液，浓度定为c 1 ；混液室2盛储另一种浓度的M金属离子溶液，浓度定为c 2 。
开启补液室出料口4阀门，再依次开启混液室2电动机械搅拌器9、混液室出料口7阀门和计量泵10。计量泵10可设定输液速率。当混液室2流出一定体积的溶液，由于压力差的存在，补液室1自动补充等体积溶液到混液室2，并在混液室2机械搅拌下混合均匀后再从混液室2出料口输出。
开启脉冲电磁阀13和空气压缩机14，混液室2输出溶液流经缓冲室11进入喷射器12实现雾化，喷射输出指数式浓度渐变的梯度溶液，喷雾中M金属离子浓度可随喷雾量渐变。
脉冲电磁阀13由一定频率的脉冲信号控制开启和关闭，由于脉冲电磁阀13位于空气压缩机14和喷射器12之间的管道上，因此，脉冲电磁阀13的开启和关闭频率控制着喷射器12的喷雾频率。
根据本实施案例条件，t时刻时，混液室2输出的M金属离子浓度 ,其中为补液室1中M金属离子浓度，为混液室2最初始的M金属离子浓度，为混液罐t时刻流出的M金属离子浓度，e为自然常数约等于2.71818，v为混液室2最初始时的液体体积，φ为t时刻混液室2所流出的液体体积，混液室2流出的M金属离子浓度与流出液体积呈指数关系，因此本加料装置所生成的喷雾中M金属离子浓度与喷雾量也是指数关系，渐变曲线如附图2所示。
根据本实施案例条件，当c 1 >c 2 时，即预装溶液时，补液室1装入高浓度M金属离子溶液，混液室2装入低浓度M金属离子溶液，此种条件下加料系统输出的喷雾中M金属离子浓度随流出液体积逐渐升高，其变化规律为指数式，如附图2所示。
根据本实施案例条件，当c 1 <c 2 时，即预装溶液时，补液室1装入低浓度M金属离子溶液，混液室2装入高浓度M金属离子溶液，此种条件下加料系统输出的喷雾中M金属离子浓度随流出液体积逐渐降低，其变化规律为指数式，如附图3所示。
Claims (5)
1.一种用于合成梯度三元材料的加料系统，其特征在于：包括补液室（1）和混液室（2），补液室（1）和混液室（2）通过管道上下相连，补液室（1）所处高度位于混液室（2）上方，补液室（1）分别在顶端和底端设有补液室进料口（3）和补液室出料口（4），进料口和出料口处都设有阀门（8），补液室出料口阀门通过管道与混液室（2）内的进料管（5）相连。
2.根据权利要求1所述的用于合成梯度三元材料的加料系统，其特征在于：混液室（2）分别在顶端和底端设有混液室进料口（6）和混液室出料口（7），进料口和出料口处都设有阀门（8），混液室出料口阀门通过一计量泵（10）与喷射器（12）连接，计量泵（10）和喷射器（12）之间设有缓冲室（11）。
3.根据权利要求2所述的用于合成梯度三元材料的加料系统，其特征在于：所述喷射器（12）与空气压缩机（14）连接，喷射器（12）与空气压缩机（14）之间设有脉冲电磁阀（13）。
4.根据权利要求1所述的用于合成梯度三元材料的加料系统，其特征在于：所述混液室（2）顶盖中央安装有电动机械搅拌器（9），该电动机械搅拌器（9）的搅拌桨伸入混液罐内。
5.根据权利要求 2所述的用于合成梯度三元材料的加料系统，其特征在于：所述缓冲室（11）位于喷射器（12）上方，两部分通过管道上下垂直连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN107246378A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-10-13 | 江苏大学 | 一种液体物料梯度进料装置 |
| CN111683743A (zh) * | 2017-12-26 | 2020-09-18 | 株式会社Posco | 浓度梯度前体的制备装置及其进料排程方法 |
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