CN207894142U - 锂离子电池粉料高温真空干燥设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池粉料高温真空干燥设备，包括干燥罐，干燥罐包括上料装置、主罐体以及卸料装置，主罐体上部与真空装置管道相连，主罐体内设有向主罐体内输入气体的粉料换热装置，粉料换热装置包括进气管道、出气管道以及与进气管道、出气管道相连通的换热机构；进气管道及出气管道外接气体循环系统，换热机构包括换热主管以及换热支管。本实用新型采用高温与真空的方式进行干燥，以去除粉料中的游离水、结合水。本实用新型适用于锂电池生产工艺中，用于对正极、负极粉料的干燥。

Description

锂离子电池粉料高温真空干燥设备

技术领域

本实用新型属于粉料干燥技术领域，涉及锂离子电池粉料干燥,具体地说是一种锂离子电池粉料高温真空干燥设备。

背景技术

在锂电池生产工艺中，正极、负极材料作为电芯原材料中所占成本比重最大的原材料，其制备是锂电池行业中最核心的环节。正负极粉料在混料工艺过程中需使用粘结剂PVDF，由于粉料中所含的游离水、结合水会使粘结剂PVDF发生团聚现象，不能溶解于有机溶剂，降低其粘结性能。因此，锂离子电池制造工艺中正极、负极粉料干燥极为重要。

目前，行业中应用的物料搅拌型干燥设备，在干燥过程中往往会产生大量扬尘使得小颗粒粉料的回收困难，造成原料浪费。而采用在干燥器内置电加热装置的方式，需引线至干燥器腔体外部，增加了泄压点，难以保证干燥器内的高真空度。传统干燥设备由于加热温度的局限，手段单一，难以除去粉料中的结合水，经处理后粉料的含水率在百分之几。此外，在抽真空的过程中，往往会将干燥器内的粉料带入真空装置，降低真空装置的使用寿命。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型旨在提供一种锂离子电池粉料高温真空干燥设备，采用高温与真空的方式进行干燥，以实现去除粉料中的游离水、结合水的目的。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种锂离子电池粉料高温真空干燥设备，包括干燥罐，干燥罐包括上料装置、与上料装置相连的主罐体以及与主罐体底端相连的卸料装置，所述主罐体上部与真空装置管道相连，主罐体内设有向主罐体内输入气体的粉料换热装置，粉料换热装置包括进气管道、出气管道以及与进气管道、出气管道相连通的换热机构；进气管道及出气管道外接气体循环系统，换热机构包括两端与进气管道、出气管道相连通的换热主管以及与换热主管相连通的多个向主罐体下部延伸的、具有不同长度的换热支管。

作为本实用新型的改进，所述主罐体上部与真空装置之间设有过滤装置，过滤装置内设有过滤精度为0.1微米的可拆卸过滤滤芯。

作为本实用新型的另一种改进，所述气体循环系统包括鼓风机以及第一循环加热器；出气管道与鼓风机进气口管道连接，鼓风机出气口与第一循环加热器进气口管道连接，第一循环加热器出气口与进气管道通过管道连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述气体循环系统还包括冷却器，冷却器进气口与鼓风机出气口管道相连，冷却器出气口与进气管道通过管道相连。

作为本实用新型的第三种改进，所述主罐体上部管道连接有充气装置，主罐体与充气装置之间设有第二循环加热器。

作为本实用新型的进一步改进，所述上料装置为在真空负压下将物料吸入上料装置内的真空上料机，卸料装置为内充氮气的密闭罐体。

作为本实用新型的更进一步改进，所述主罐体上设有压力感应装置以及温度感应装置。

作为本实用新型的再进一步改进，所述主罐体上设有空气振动器或取样器。

作为本实用新型的其它改进：所述鼓风机与出气管道之间、冷却器与进气管道之间、第一循环加热器与进气管道之间、主罐体与过滤装置之间、过滤装置与真空装置之间、主罐体与第二循环加热器之间皆设有控制气体单向通断的管道连接件。

所述上料装置与主罐体之间、卸料装置与主罐体之间皆设有密封门，卸料装置与粉料干燥完成后进行后续处理的装置之间设有密封门。

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的有益效果是：

本实用新型采用高温与真空相结合的干燥方式，通过降低干燥罐内的压力，降低水的沸点，实现在较低的温度条件下使粉料中的水分脱离，处理后的粉料含水率达到万分之一的量级；

本实用新型在主罐体内设粉料换热装置，在粉料的烘干过程中无扬尘产生；并且主罐体有较好的密闭性，能够确保罐体内有较高的真空度，利于真空条件下去除粉料中难以去除的游离水、结合水；通过设置多个不同长度的换热支管，可有效增大换热机构与罐体内粉料传热的接触面积，利于粉料受热均匀；

本实用新型通过设置过滤装置，不仅能够防止抽真空过程中将少量粉料带入真空装置内，降低真空装置使用寿命；还可有效回收0.1微米以上的固体颗粒，避免造成原材料的浪费，节约成本；

本实用新型的气体循环系统中，在鼓风机及第一循环加热器的作用下，可持续向主罐体内的换热机构持续提供高温气体；在冷却器的作用下，可在完成粉料干燥后，对主罐体内加热粉料进行降温；

本实用新型通过设置充气装置，可使主罐体内压力由负压到常压、常压到正压，再结合真空装置抽真空，使主罐体内由正压到负压，不仅增加了主罐体内参与换热的气体分子总量，同时增强了气体分子间的撞击，提高了粉料干燥效率；

本实用新型通过设置真空上料机，能够消除粉料静电以及分层现象的发生，上料过程无扬尘，减少了对原材料的浪费；

本实用新型中的上料装置、主罐体以及卸料装置内皆为密闭结构，卸料装置内充氮气，避免干燥完成后的粉料与空气的接触；

本实用新型取样便捷，在干燥过程中即可判断粉料干燥是否合格，避免了干燥后取样不合格，还需回炉重新干燥的情况出现；本实用新型通过设置空气振动器，不仅能够使主罐体内各处粉料高度保持一致，还可起到辅助卸料的作用。

本实用新型适用于锂电池生产工艺中，用于对正极、负极粉料的干燥。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1的干燥罐1内部结构示意图。

图中：1、干燥罐；2、真空上料机；3、主罐体；4、卸料装置；5、进气管道；6、出气管道；7、换热主管；8、换热支管；9、过滤装置；10、真空装置；11、充气装置；12、鼓风机；13、第一循环加热器；14、冷却器；15、压力感应装置；16、温度感应装置；17、空气振动器；18、取样器；19、管道连接件；20、第二循环加热器。

具体实施方式

实施例1 一种锂离子电池粉料高温真空干燥设备

如图1-2所示，本实施例包括干燥罐1、与干燥罐1管道相连的气体循环系统、与干燥罐1上部管道相连的过滤装置9以及与过滤装置9管道相连的真空装置10。

干燥罐1包括上料装置、主罐体3以及卸料装置4。

上料装置置于主罐体3上方，上料装置下端与主罐体3上端相连接，上料装置与主罐体3相接处设有可使主罐体3处于密封状态的密封门。上料装置采用现有技术中的真空上料机2，利用真空泵产生真空，在负压作用下，粉料由进料口吸入真空上料机2内。

主罐体3外壁采用双层壁，两层壁中间设有保温层。主罐体3上部设有压力感应装置15以及粉料换热装置。压力感应装置15可监测主罐体3内的压力值。粉料换热装置包括进气管道5、出气管道6以及换热机构。其中，进气管道5及出气管道6与气体循环系统相连。换热机构包括水平设置的换热主管7以及多个不同长度、向主罐体下部延伸的换热支管8，换热主管7的两端与进气管道5、出气管道6相连通，换热支管8与换热主管7垂直连通。经气体循环系统加热后的气体输送换热主管7、换热支管8内，通过换热主管7、换热支管8外表面与粉料接触进行热传导，从而对粉料进行加热。

主罐体3上部开有抽真空用的输气口，输气口与过滤装置管道9相连，过滤装置9与真空装置10管道相连。过滤装置9内设有过滤精度为0.1微米的可拆卸过滤滤芯，阻挡粒径0.1微米以上的颗粒进入真空装置10内，并将粒径0.1微米以上的固体颗粒进行收集。

主罐体3下部为圆锥形结构，主罐体3下部设有温度感应装置16、取样器18以及空气振动器17。温度感应装置16、取样器18以及空气振动器17均采用现有技术。温度感应装置16可监测罐内不同位置粉料的温度值。空气振动器17所产生的振动力使进入主罐体3内的粉料处于同一高度，并且，还可在卸料时利于粉料进入卸料装置4内。取样器18可抽取罐内不同位置的粉料作为样本，以便在干燥过程中实时监测粉料的干燥情况。取样器18采用能够在取样时使主罐体3内部与外部环境相隔绝的伸缩式粉料取样器，通过将取样器18插入一定深度的粉料内，旋转置于外取样管内的内取样管，使粉料样本落入位于内取样管下端的取样室内，旋出内取样管可取出样本。

卸料装置4置于主罐体3下部、与主罐体3底端相连，可将主罐体3内干燥后的粉料收集。卸料装置4与主罐体3之间连接处设有密封门，卸料装置4与粉料干燥完成后进行后续处理的装置之间设有密封门，卸料装置4为内充氮气的罐体，这样，使卸料装置4始终与外部空气相隔离，避免干燥后的粉料进入卸料装置4内与空气接触，有效解决了粉料干燥完成后回潮的问题。

与粉料换热装置相连的气体循环系统包括鼓风机12以及第一循环加热器13。出气管道6与鼓风机12进气口通过管道连接，鼓风机12出气口与第一循环加热器13进气口管道连接，第一循环加热器13出气口与进气管道5通过管道连接。鼓风机12进气口处也可通过管道连接为粉料换热装置内供气的空气罐。这样，在鼓风机12作用下，使气体循环系统及粉料换热装置管道内的气体循环流动。气体经第一循环加热器13加热后，持续由进气管道5向换热机构内提供高温气体，再经出气管道6将换热机构内的气体输送至鼓风机12进气口处，以此实现气体在管道内的加热循环。通过调节第一循环加热器13中所设置的加热温度，可控制由换热机构对主罐体3内粉料的传热。

气体循环系统还包括冷却器14，冷却器14进气口与鼓风机12出气口管道相连，冷却器14出气口与进气管道5通过管道相连。冷却器14采用现有技术中管壳式水冷换热器。粉料干燥过程完成后，关闭第一循环加热器13，开启冷却器14，可降低主罐体3内的粉料温度。

主罐体3上部与过滤装置9相连的管道上还通过管道连接有充气装置11，充气装置11为承装有惰性气体的罐体，如氮气。主罐体3与充气装置11之间管道连接有第二循环加热器20。在第二循环加热器20的作用下，可对由充气装置11输入主罐体3内的气体进行加热。第一循环加热器13、第二循环加热器20可采用现有技术中对管道内气体进行循环加热、并且能够实现对管道内气体温度进行自动控制的循环加热器。通过控制充气装置11向主罐体3内输入压力的大小，可使主罐体3内压力由负压到常压、常压到正压，再结合真空装置10对主罐体内3抽真空，使主罐体3内由正压到负压，如此反复，能够提高粉料的干燥效率。

鼓风机12与出气管道6之间、冷却器14与进气管道5之间、第一循环加热器13与进气管道5之间、主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间、主罐体3与第二循环加热器20之间皆设有控制气体单向通断的管道连接件19。管道连接件19采用现有技术中的气动单向阀、密闭阀。

使用本实施例进行粉料干燥时，按照如下步骤进行：

（一）真空上料

启动真空上料机2，在真空上料机2所产生的真空负压作用下，将标定体积的待干燥粉料由外部吸入至真空上料机2内；打开真空上料机2与主罐体3之间的密封门，使粉料落入主罐体3。

（二）粗抽真空

关闭真空上料机2与主罐体3之间的密封门，关闭主罐体3与第二循环加热器20之间的管道连接件19，此时气体循环系统与进气管道5、出气管道6上的管道连接件19也处于关闭状态。开启主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，对主罐体3内部粗抽真空，使主罐体内绝对压力达到1～2KPa，以除去主罐体3内的潮湿空气。带出主罐体3内的少量粉料，在粒径0.1微米以上的可被过滤装置9收集。

（三）加热粉料

关闭主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，开启鼓风机12、第一循环加热器13以及鼓风机12与出气管道6之间、第一循环加热器13与进气管道5之间的管道连接件19。鼓风机12采用离心鼓风机，风压为1300Pa。将加热后温度在80～180℃的高温空气经进气管道5输送至换热机构，再由出气管道6将换热机构内的高温气体输送至鼓风机进气口处。经持续向换热机构输送高温气体，可通过换热机构将热量传导给主罐体3内待干燥的粉料，换热支管8可对主罐体3内不同高度的粉料进行加热。

在粉料加热过程中，通过压力感应装置15监测罐内的压力变化。开启第二循环加热器20、充气装置11以及主罐体3与第二循环加热器20之间的管道连接件19，调控由充气装置向主罐体3内输入气体的压力，使主罐体3内的压力由负压到常压，再由常压到正压。为使主罐体3内的压力达到常压状态，充气装置11供气压力设置在比1个大气压高500～1000Pa；为使主罐体3内的压力达到正压状态，充气装置11供气压力设置在1～4个大气压。

通过温度感应装置16实时监测罐内粉料的温度变化，达到设定温度时，关闭第一循环加热器13，气体循环系统不再对管道内气体进行加热。

（四）真空除水

关闭主罐体3与第二循环加热器20之间的管道连接件19，此时气体循环系统与进气管道5、出气管道6上的管道连接件19也处于关闭状态。开启主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，对主罐体3内部抽真空，使主罐体3内的绝对压力达到0.001～1000Pa，以除去主罐体3内粉料中的游离水、结合水。带出主罐体3内的少量粉料，在粒径0.1微米以上的可被过滤装置9收集。

（五）多次除水

重复步骤（三）和（四），使主罐体3内压力由负压到常压、常压到正压、正压到负压，以此反复进行，增加干燥罐1内粉料的干燥效率，从而增加去除粉料中游离水、结合水的效果。在干燥过程中，可通过取样器18抽取主罐体3内不同位置的粉料样本，检测粉料含水率是否达标。粉料含水率不到百万分之三百时，继续重复步骤（三）和（四）；粉料含水率达到百万分之三百时，进入第（六）步。

（六）冷却粉料

关闭主罐体3与过滤装置9之间、过滤装置9与真空装置10之间的管道连接件19，开启鼓风机12、冷却器14以及鼓风机12与出气管道6之间、冷却器14与进气管道5之间的管道连接件19，通过降低换热机构管道内的温度，使主罐体3内粉料温度降低至20～55℃。

（七）卸料

开启卸料装置4与主罐体3之间的密封门，启动空气振动器17辅助卸料，最终由卸料装置4将干燥合格的粉料进行收集。

Claims (10)

1.一种锂离子电池粉料高温真空干燥设备，包括干燥罐，干燥罐包括上料装置、与上料装置相连的主罐体以及与主罐体底端相连的卸料装置，其特征在于：所述主罐体上部与真空装置管道相连，主罐体内设有向主罐体内输入气体的粉料换热装置，粉料换热装置包括进气管道、出气管道以及与进气管道、出气管道相连通的换热机构；进气管道及出气管道外接气体循环系统，换热机构包括两端与进气管道、出气管道相连通的换热主管以及与换热主管相连通的多个向主罐体下部延伸的、具有不同长度的换热支管。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述主罐体上部与真空装置之间设有过滤装置，过滤装置内设有过滤精度为0.1微米的可拆卸过滤滤芯。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述气体循环系统包括鼓风机以及第一循环加热器；出气管道与鼓风机进气口管道连接，鼓风机出气口与第一循环加热器进气口管道连接，第一循环加热器出气口与进气管道通过管道连接。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述气体循环系统还包括冷却器，冷却器进气口与鼓风机出气口管道相连，冷却器出气口与进气管道通过管道相连。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述主罐体上部管道连接有充气装置，主罐体与充气装置之间设有第二循环加热器。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述上料装置为在真空负压下将物料吸入上料装置内的真空上料机；卸料装置为内充氮气的密闭罐体。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述主罐体上设有压力感应装置以及温度感应装置。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述主罐体上设有空气振动器或取样器。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述鼓风机与出气管道之间、冷却器与进气管道之间、第一循环加热器与进气管道之间、主罐体与过滤装置之间、过滤装置与真空装置之间、主罐体与第二循环加热器之间皆设有控制气体单向通断的管道连接件。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池粉料高温真空干燥设备，其特征在于：所述上料装置与主罐体之间、卸料装置与主罐体之间皆设有密封门，卸料装置与粉料干燥完成后进行后续处理的装置之间设有密封门。