CN204429249U - 能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，包括指数型梯度浓度溶液生成系统和自动喷雾系统，且双系统联用，整个加料装置主要包括混液罐、补液罐、机械搅拌器、计量泵、喷射器、空气压缩机、阀门和管线等。补液罐专用于盛储高镍低锰浓度的溶液，混液罐专用于盛储低镍高锰浓度的溶液，补液罐以恒定流速向混液罐中自动加液，混液罐所流出的镍锰离子浓度可随累积流量呈现指数型梯度浓度变化，流出液再通过管线进入自动喷射器生成喷雾。喷雾中的镍、锰离子浓度，可随总喷雾量呈现指数型梯度变化，故本实用新型加料装置可专用于合成指数型梯度结构的新型三元正极材料及其连续化生产。
Description
技术领域
本实用新型属于化工设备技术领域，特别涉及一种能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置。
背景技术
全梯度型三元正极材料是一种新型的锂电正极材料，具有高容量、高循环寿命的优势，具有良好的产业化前景。这种材料颗粒具有全梯度结构，颗粒中镍组分和锰组分从颗粒核心到颗粒外表呈现梯度浓度渐变。为了合成全梯度型三元正极材料，进行连续化的产业化生产，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梯度渐变。
共沉淀法是合成三元正极材料的常用工艺，工艺难点在于如何控制加料中的金属离子均匀沉淀。传统工艺通过共沉淀法制备三元材料前驱体时，采用液滴滴加方式在进料口加料。这种滴加进料缺点在于加料不均或局部浓度过高。尤其在三元材料规模化生产中，大型反应釜内传质距离长，机械搅拌难以充分混合，因此传统滴加进料方式导致传质过程缓慢，影响共沉淀反应的均一度，最终不利于三元材料的产品质量。
在共沉淀反应制备三元材料的工艺中，若采用自动喷雾式加料系统，雾化的原料溶液均匀喷洒在反应釜液面，有利于缩短传质距离，提高传质速率，从而保证共沉淀反应的均匀性和三元材料产品质量。目前常规的喷雾加料装置，喷雾浓度恒定，不能使喷雾生成梯度式浓度渐变，所以常规喷雾加料装置无法满足梯度三元材料的生产。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本实用新型提供一种能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，通过梯度浓度溶液生成系统和喷雾系统联用，生成的喷雾浓度按指数方式渐变。该加料装置可专用于指数型梯度三元材料的生产工艺中，且加料系统具有自动化、连续化的优点，能连续生成梯度浓度渐变的喷雾，节省了人工方式配制梯度溶液的麻烦。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，其特殊之处在于：包括指数型梯度浓度溶液生成系统和自动喷雾系统，且双系统联用。
本实用新型的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，所述指数型梯度浓度溶液生成系统包括补液罐和混液罐，该补液罐和混液罐分别在顶部和底部设有进料口和出料口，进料口和出料口处都设有阀门，补液罐的出料口通过第一计量泵与混液罐的进料口连通；所述自动喷雾系统包括喷射器和空气压缩机，喷射器的进气口通过管线与空气压缩机连通，混液罐的出料口通过第二计量泵与喷射器连接。
本实用新型的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，混液罐顶盖上设有电动机械搅拌器，该电动机械搅拌器的搅拌桨伸入混液罐内，搅拌桨距离混液罐罐底约为1-10㎝。搅拌杆和桨叶采用304不锈钢或316L不锈钢，进一步优选在其表面喷涂防腐涂料。桨叶可采用推进式、涡轮式、锯齿圆盘式和折叶桨式等，进一步优选推进式和涡轮式。
进一步，补液罐和混液罐截面积相等，两液罐底部固定在同一高度的支架上。
本实用新型的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，喷射器所置高度不低于混液罐出料口阀门所在高度。喷射器可采用螺旋喷嘴、锥形喷嘴或扇形喷嘴，进一步优选为螺旋喷嘴。
进一步，喷嘴材质采用316L不锈钢、喷漆处理的316L不锈钢、陶瓷或塑料，进一步优选为陶瓷或塑料材质，再进一步优选为陶瓷材质。
本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，省去了人工配制梯度浓度溶液的繁琐，能自动连续地生成指数梯度浓度溶液，且由联用的喷雾系统转换成喷雾形态的加料，避免了合成三元材料时加料不均和局部浓度过高。本实用新型加料装置专用于指数型梯度三元材料的连续化、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。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是实施例喷雾中镍离子浓度的指数式渐变曲线示意图。
图3是实施例喷雾中锰离子浓度的指数式渐变曲线示意图。
图中，1补液罐，2补液罐进料口阀门，3补液罐出料口阀门，4第一计量泵，5混液罐，6电动机械搅拌器，7混液罐进料口阀门，8混液罐出料口阀门，9第二计量泵，10喷射器，11空气压缩机，12指数型梯度浓度溶液生成系统，13自动喷雾系统。
具体实施方式
附图是本实用新型的一种具体实施方式。该实施例包括指数型梯度浓度溶液生成系统12和自动喷雾系统13，且双系统联用。所述指数型梯度浓度溶液生成系统12包括补液罐1和混液罐5，所述补液罐1没有搅拌装置，而混液罐5具有搅拌装置，电动机械搅拌器6位于混液罐5顶盖，搅拌杆和桨叶采用304不锈钢，表面喷涂有防腐涂料，以避免本系统向加料溶液中引入铁杂质。搅拌杆和桨叶伸入混液罐5底部，桨叶离罐底约1-10cm，桨叶采用推进式。补液罐1和混液罐5分别在顶部和底部设有进料口和出料口，进料口和出料口处都设有阀门，补液罐1和混液罐5截面积相等，液罐底部固定在同一高度的支架，补液罐1的出料口阀门3通过第一计量泵4与混液罐5的进料口阀门7连通。
所述自动喷雾系统13包括喷射器10和空气压缩机11，喷射器10的进气口通过管线与空气压缩机11连通，混液罐5的出料口阀门8通过第二计量泵9与喷射器10连接，喷射器10的位置高于第二计量泵9，喷射器10采用螺旋喷嘴，喷嘴采用陶瓷制成，以提高喷雾系统耐腐蚀性能，避免向加料中引入铁杂质。
本加料装置专用于梯度三元材料合成。使用时补液罐1用于盛储低镍高锰浓度的原料溶液，通过硫酸镍和硫酸锰配制低镍高锰浓度的溶液，由补液罐1顶部进料口装入罐内，灌液时开启进料口阀门2关闭出料口阀门3，所述溶液镍离子浓度为c 1 (Ni)，锰离子浓度为c 1 (Mn)。混液罐5用于盛储高镍低锰浓度的原料溶液，同理，通过硫酸镍和硫酸锰配制高镍低锰浓度的溶液装入混液罐5，所述溶液镍离子浓度为c 2 (Ni)，锰离子浓度为c 2 (Mn)。
本实施例中，为生成指数梯度浓度溶液，并使加料系统输出的镍离子浓度逐渐降低而锰离子浓度逐渐升高，在给补液罐1和混液罐5装液时，镍离子浓度c 1 (Ni) <c 2 (Ni) ，锰离子浓度为c 1 (Mn)> c 2 (Mn)。
本实施例中，为生成指数梯度浓度溶液，并自动化连续化生成所述溶液，开启补液罐1的进料口阀门2、出料口阀门3和第一计量泵4，开启混液罐5的进料口阀门7、出料口阀门8、第二计量泵9和电动机械搅拌器6。因此实现补液罐1自动向混液罐5中加液，所加液体与混液罐5原有溶液在电动机械搅拌下混合均匀。为使混液管准确输出指数梯度浓度的溶液，调节第一计量泵4和第二计量泵9，使两泵输出液体时流量相等。
根据本实施例条件，t时刻时，混液罐5输出镍离子浓度 ，其中c 1 (Ni)为补液罐1中镍离子浓度，c 2 (Ni)为混液罐5最初始的镍离子浓度，c t (Ni)为混液罐5在t时刻的镍离子浓度，e为自然常数约等于2.71818，v为混液罐5最初始时的液体体积，w为t时刻混液罐5所流出的液体体积，镍离子浓度的指数式渐变曲线如附图2所示。
根据本实施例条件，t时刻时，混液罐5输出锰离子浓度，其中c 1 (Mn)为补液罐1中锰离子浓度， c 2 (Mn)为混液罐5最初始的锰离子浓度， c t (Mn)为混液罐5在t时刻的锰离子浓度，e为自然常数约等于2.71818，v为混液罐5最初始时的液体体积，w为t时刻混液罐5所流出的液体体积，锰离子浓度的指数式渐变曲线如附图3所示。
本实施例中，开启空气压缩机11，第二计量泵9输出的指数梯度浓度溶液进入喷射器10并实现雾化，提高了加料的均匀性，能避免三元材料共沉淀制备工艺中加料不均，提高沉淀反应一致性和产品质量。
Claims (6)
1.一种能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，其特征在于：包括指数型梯度浓度溶液生成系统（12）和自动喷雾系统（13），且双系统联用；所述指数型梯度浓度溶液生成系统（12）包括补液罐（1）和混液罐（5）；所述自动喷雾系统（13）包括喷射器（10）和空气压缩机（11）。
2.根据权利要求1所述的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，其特征在于：补液罐（1）和混液罐（5）分别在顶部和底部设有进料口和出料口，进料口和出料口处都设有阀门，补液罐（1）的出料口阀门（3）通过第一计量泵（4）与混液罐（5）的进料口阀门（7）连通；喷射器（10）的进气口通过管线与空气压缩机（11）连通，混液罐（5）的出料口阀门（8）通过第二计量泵（9）与喷射器（10）连接。
3.根据权利要求1或2所述的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，其特征在于：混液罐（5）顶盖上设有电动机械搅拌器（6），该电动机械搅拌器（6）的搅拌桨（8）伸入混液罐（5）内。
4.根据权利要求1或2所述的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，其特征在于：补液罐（1）和混液罐（5）截面积相等，两液罐底部固定在同一高度的支架上。
5.根据权利要求3所述的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，其特征在于：电动机械搅拌器（6）的搅拌桨距离混液罐（5）罐底约为1-10㎝。
6.根据权利要求1或2所述的能生成指数型梯度浓度溶液的喷雾加料装置，其特征在于：喷射器（10）所置高度不低于混液罐（5）出料口阀门（8）所在高度。
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