CN214681564U - 一种正极材料包覆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及材料加工设备领域，公开了一种正极材料包覆装置，包括流化床腔体，及用于对流化床腔体进行抽气的抽气组件，流化床腔体上设有第一进料口，第一进料口连接有与载气源连通的载气管道，载气管道上设有干燥组件，用于对将要送入流化床腔体内的载气进行干燥；干燥组件包括沿载气管道内载气流动方向依次设置的冷凝器、冻干机、吸附干燥器和加热器。本实用新型依次通过冷凝器、冻干机、吸附干燥器和加热器对载气管道内的载气进行干燥，解决了因抽气组件使流化床腔体内为负压环境，以致外界的水分容易通过各个部件之间的连接缝隙进入流化床腔体内而影响三元材料性能的问题，方式简单，成本低，降低了对流化床腔体的密封要求。

Description

一种正极材料包覆装置

技术领域

本实用新型涉及材料加工设备领域，尤其涉及一种正极材料包覆装置。

背景技术

相较于磷酸铁锂正极材料，三元正极材料因较高的容量而受到关注，但高镍的三元正极材料普遍存在安全性问题，为此现有技术通过流化床对三元材料的表面进行包覆，以提高安全性。

传统包覆效果有限，旋转流化床是一种新型的包覆装置，其主要包括流化床腔体，及设于流化床腔体内的搅拌轴和隔板，隔板上设有通孔，搅拌轴的顶部穿过通孔并连接有搅拌圆盘，搅拌圆盘和隔板沿竖直方向间隔设置，搅拌圆盘的外周壁和流化床腔体的内周壁之间形成第一环形通道，载气通过第一环形通道进入流化床腔体。

包覆过程中，向流化床腔体内通入载气和包覆液，随着搅拌圆盘的转动，包覆液沿切向喷射到流化床腔体的内周壁上，从流化床腔体底部通入的载气将其部分动能传递给固体颗粒状的三元材料以使三元材料保持旋转运动，如果载气所传递的能量足够大，将会使三元材料在离心力的作用下保持流化状态，并在三元材料的表面形成包覆面，以形成流化的固体颗粒。采用上述方式使三元材料的包覆面均匀，获取了较好的包覆效果。

但由于三元材料对于水分较为敏感，为此通常为旋转流化床配设负压装置，以对流化床腔体内部进行抽真空。但负压装置会使流化床腔体内形成负压环境，以致外界的水分容易通过旋转流化床的各个部件之间的连接缝隙进入流化床腔体内，进入流化床腔体内的水分会影响三元材料的性能。而如果将管道设计成全密封结构对设备要求过高，且不利于维护，因此，如何通过简易的方式保证旋转流化床内部的水分含量十分必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种正极材料包覆装置，能够降低送入流化床腔体内的载气中的水分含量。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种正极材料包覆装置，包括流化床腔体，及用于对所述流化床腔体进行抽的抽气组件，所述流化床腔体上设有第一进料口，所述第一进料口连接有与载气源连通的载气管道，所述载气管道上设有干燥组件，用于对将要送入所述流化床腔体内的载气进行干燥；

所述干燥组件包括沿所述载气管道内载气流动方向依次设置的冷凝器、冻干机、吸附干燥器和加热器。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，还包括：

鼓风机，所述吸附干燥器的出口通过所述鼓风机与所述加热器连通。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，所述流化床腔体的顶部设有出风口，所述出风口设有气压检测单元，用于检测所述出风口的气压。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，还包括位于所述抽气组件上游的过滤器，用于对将要由所述抽气组件排出的气体进行过滤。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，所述流化床腔体内转动设有与所述流化床腔体的内周壁间隔设置的搅拌桨。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，还包括：

位于所述搅拌桨下方的床层隔板，所述流化床腔体被所述床层隔板分为位于所床层隔板下方的进气腔室，及位于所述床层隔板上方的流化床腔室，所述床层隔板上设有连通所述进气腔室和所述流化床腔室的连通孔；

所述第一进料口与所述进气腔室连通，所述流化床腔体上设有用于将包覆液喷射入所述流化床腔室内的第二进料口。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，所述搅拌桨上设有降压孔，所述降压孔贯穿所述搅拌桨的两个轴向端面。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，所述降压孔设有至少一圈，每圈包括多个周向均匀分布的所述降压孔，每圈所述降压孔的中心轴线围成的圆孔与所述搅拌桨同轴。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，所述搅拌桨的外周壁和所述流化床腔体的内周壁围成第一环形通道，所述第一环形通道的径向宽度小于2mm。

作为上述正极材料包覆装置的一种优选技术方案，所述搅拌桨的上表面凸设有扰流结构，所述扰流结构的截面沿由上至下的方向具有减小的趋势。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的干燥组件包括沿所述载气管道内载气流动方向依次设置的冷凝器、冻干机、吸附干燥器和加热器，依次通过冷凝器、冻干机、吸附干燥器和加热器对载气管道内的载气进行干燥，解决了因抽气组件使流化床腔体内为负压环境，以致外界的水分容易通过各个部件之间的连接缝隙进入流化床腔体内而影响三元材料性能的问题，方式简单，成本低，降低了对流化床腔体的密封要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的搅拌桨的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的正极材料包覆装置的结构简图；

图3是本实用新型实施例一提供的干燥组件和鼓风机在载气管道上的位置关系图。

图中：

1、流化床腔体；11、流化床腔室；12、进气腔室；13、第一进料口；14、第二进料口；15、出风口；

2、搅拌桨；21、降压孔；22、搅拌轴；23、第二环形通道；24、扰流结构；

3、第一环形通道；

4、过滤器；

61、冷凝器；62、冻干机；63、吸附干燥器；64、加热器；

7、鼓风机。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

如图1至图3所示，本实施例提供了一种正极材料包覆装置，主要用于采用三元材料对正极材料进行包覆，以在正极材料的表面形成固态电解质包覆层。三元材料为固体颗粒，本实施例简称三元颗粒。

上述正极材料包覆装置包括流化床腔体1，及转动设于流化床腔体1内的搅拌桨2，搅拌桨2的外周壁和流化床腔体1的内周壁围成第一环形通道3；搅拌桨2上设有降压孔21，降压孔21贯穿搅拌桨2的两个轴向端面。搅拌桨2上设有降压孔21，降压孔21贯穿搅拌桨2的两个轴向端面。

本实施例通过在搅拌桨2上设置降压孔21，利用降压孔21使搅拌桨2上下空间连通，搅拌桨2下方空间内的气流不仅可以通过第一环形通道3流动到搅拌桨2上方的空间，还可以通过降压孔21流动至搅拌桨2上方的空间，实现在不破坏流化床腔体1内三元颗粒流动形态的基础上，减小搅拌桨2上下空间之间的压降，以避免三元颗粒流化的动力不足。

进一步地，降压孔21设有至少一圈，每圈包括多个周向均匀分布的降压孔21，每圈降压孔21的中心轴线围成的圆孔与搅拌桨2同轴。本实施例以设置一圈降压孔21为例。于其他实施例中，上述降压孔21可以设置两圈、三圈或者更多，此时位于同一径向的相邻两个降压孔21的半径和小于该两个降压孔21的中心距。

通过多次重复试验发现，采用上述设置有利于在不破坏流化床腔体1内三元颗粒流动形态的基础上，减小搅拌桨2上下空间之间的压降。

进一步地，气流通过降压孔21的流速V1：气流通过第一环形通道3的流速V2＝1.05：1.1。优选地，V1：V2＝1:(1.05～1.1)。通过对降压孔21的孔径进行限制，使气流通过降压孔21的流速和气流通过第一环形通道3的流速满足要求，有利于降低搅拌桨2上下空间之间的压降，从而使搅拌桨2上下空间之间的压降达到20％-70％。

进一步地，第一环形通道3的径向宽度小于2mm。第一环形通道3的径向宽度过大会影响流化床腔体1内三元颗粒的流动形态，在第一环形通道3的径向宽度小于2mm时，有利于在不破坏流化床腔体1内三元颗粒流动形态的基础上，减小搅拌桨2上下空间之间的压降。

进一步地，搅拌桨2的上表面凸设有扰流结构24，扰流结构24的截面沿由下至上的方向具有减小的趋势。搅拌桨2在转动的过程中三元颗粒在气流的作用下处于上下翻动的循环流化状态，通过上述扰流结构24对三元颗粒的流动进行扰流，以使搅拌桨2上方的三元颗粒沉积在扰流结构24外侧的搅拌桨2上表面，并在搅拌桨2转动产生的离心力作用下脱离搅拌桨2，使三元颗粒沿着流化床腔体1的内壁表面移动。优选地，上述扰流结构24为锥形结构。

进一步地，上述正极材料包覆装置还包括位于搅拌桨2下方的床层隔板，及对流化床腔体1进行抽气的抽气组件；流化床腔体1被床层隔板分为位于所床层隔板下方的进气腔室12，及位于床层隔板上方的流化床腔室11，床层隔板上设有连通进气腔室12和流化床腔室11的连通孔；流化床腔体1上设有用于将载气送入进气腔室12内的第一进料口13，及用于将包覆液喷射入流化床腔室11内的第二进料口14。上述抽气组件可以选用真空泵。

本实施例中，由于三元颗粒对水分较为敏感，在对三元颗粒进行包覆的过程中，通过抽气组件抽取流化床腔体1内的气体，以排出流化床腔体1内的空气。在进气腔室12内存放三元颗粒，通过第一进料口13将载气送入进气腔室12内，使三元颗粒在进气腔室12内流动，并通过连通孔进入床层隔板和搅拌桨2之间的流化床腔室11内，再通过降压孔21和第一环形通道3进入搅拌桨2上方的流化床腔室11，使三元颗粒在载气的作用下以流化的形式悬浮在流化床腔室11内，并在搅拌桨2的转动作用下促进形成旋转的气流；第二进料口14用于向流化床腔室11内通入包覆液，第二进料口14连接有喷嘴，用于将包覆液以喷雾的形式喷射至流化床腔室11内，喷雾将会包覆在三元颗粒的表面以形成固态电解质包覆层。

本实施例中，上述载气为氮气，于其他实施例中，上述载气还可以为惰性气体，如氦气等，在此不再具体限定。

上述搅拌桨2的下方连接有搅拌轴22，搅拌轴22的下端穿过连通孔伸入进气腔室12内以连接驱动单元，如电机等，搅拌轴22的外周壁和连通孔的内周壁之间围成第二环形通道23，用于流通含有三元颗粒的载气。

本实施例中，上述第一进料口13位于流化床腔体1的下部侧壁，第二进料口14位于搅拌桨2的上方。优选地，上述第二进料口14设有多个，多个第二进料口14沿流化床腔室11的周向均匀分布，以提高对三元颗粒进行包覆时的均匀性。本实施例中，多个第二进料口14位于同一高度。

进一步地，上述正极材料包覆装置还包括过滤器4，用于对将要通过抽气组件排出的气体进行过滤。为了避免流化床腔室11内的三元颗粒在抽气组件的作用下被抽出流化床腔室11，通过过滤器4对将要排出流化床腔室11内的气流进行过滤。优选地，上述过滤器4为布袋过滤器，布袋过虑器设于流化床腔室11的顶部。

进一步地，第一进料口13连接有载气管道，上述载气管道上设有鼓风机7。本实施例中，载气管道远离第一进料口13的一端连接有载气源，载气源用于提供载气，载气在鼓风机7的作用下通过载气管道进入进气腔室12内。流化床腔室11的顶部侧壁设有出风口15，出风口15位于过滤器4的上方，抽气组件使流化床腔室11内的气体经过过滤器4过滤后通过出风口15排出。

本实施例提供的正极材料包覆装置通过鼓风机7将载气通过第一进料口13送入进气腔室12内，使进气腔室12呈正压状态，气流通过搅拌桨2后气压降低，气流再通过过滤器4后气压进一步降低，抽气组件将经过过滤器4过滤后的气体通过出风口15排出，使出风口15的气压下降至0Pa，通过对鼓风机7和抽气组件的转速控制，实现流化床腔体1内基本为正压环境，相比于流化床腔体1内为负压环境而言，空气通过流化床腔体1的各个部件之间的缝隙进入流化床腔体1内的情况被杜绝，降低了对正极材料包覆装置密闭性能的要求，降低了正极材料包覆装置的成本；同时减少了被吸附在过滤器4上的三元颗粒。

进一步地，上述正极材料包覆装置还包括干燥组件，用于对载气管道内的载气进行干燥。通过干燥组件对载气管道内的载气进行干燥，防止载气中的水汽对三元材料的性能产生影响。

具体地，本实施例中，干燥组件包括加热器64、冷凝器61、冻干机62和吸附干燥器63，其中，鼓风机7的出口通过加热器64与第一进料口13连通，冷凝器61、冻干机62和吸附干燥器63位于鼓风机7的上游且依次连通，吸附干燥器63的出口与鼓风机7的进口连通。

通过冷凝器61对载气中的水汽进行冷凝，以使载气的露点降低至10℃；通过冻干机62对载气进一步的干燥，以使载气的露点降低至-6℃；通过吸附干燥器63对载气再进一步干燥，以使载气的露点降低至-15℃；鼓风机7将经过吸附干燥器63干燥的载气送至加热器64加热，以使载气的温度满足使用需求，经过加热器64加热后的载气露点温度降低至-40℃至-50℃，大大地降低了载气中的水汽含量。

本实施例提供的正极材料包覆装置依次通过冷凝器61、冻干机62、吸附干燥器63和加热器64对载气管道内的载气进行干燥，解决了因抽气组件使流化床腔体1内为负压环境，以致外界的水分容易通过各个部件之间的连接缝隙进入流化床腔体1内而影响三元材料性能的问题，方式简单，成本低，降低了对流化床腔体1的密封要求。

采用本实施例提供的正极材料包覆装置可以使鼓风机7和加热器64之间的气压控制在5kPa至15kPa，搅拌桨2下方的气压控制在1kPa至4kPa，搅拌桨2上方的气压控制在100Pa至300Pa，经过过滤器4时的气压控制在30Pa至100Pa；利用抽气组件将流化床腔体1内的气体通过出风口15排出，使出风口15的气压控制在0Pa，从而实现整个流化床腔体1内为正压环境。

进一步地，出风口15处设有气压检测单元，用于检测出风口15的气压。通过气压检测小于0Pa，实现整个流化床腔体1内为正压环境。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (10)

1.一种正极材料包覆装置，包括流化床腔体(1)，及用于对所述流化床腔体(1)进行抽气的抽气组件，所述流化床腔体(1)上设有第一进料口(13)，其特征在于，所述第一进料口(13)连接有与载气源连通的载气管道，所述载气管道上设有干燥组件，用于对将要送入所述流化床腔体(1)内的载气进行干燥；

所述干燥组件包括沿所述载气管道内载气流动方向依次设置的冷凝器(61)、冻干机(62)、吸附干燥器(63)和加热器(64)。

2.根据权利要求1所述的正极材料包覆装置，其特征在于，还包括：

鼓风机(7)，所述吸附干燥器(63)的出口通过所述鼓风机(7)与所述加热器(64)连通。

3.根据权利要求1所述的正极材料包覆装置，其特征在于，所述流化床腔体(1)的顶部设有出风口(15)，所述出风口(15)处设有气压检测单元，用于检测所述出风口(15)的气压。

4.根据权利要求1所述的正极材料包覆装置，其特征在于，还包括位于所述抽气组件上游的过滤器(4)，用于对将要由所述抽气组件抽出的气体进行过滤。

5.根据权利要求1至4任一项所述的正极材料包覆装置，其特征在于，所述流化床腔体(1)内转动设有与所述流化床腔体(1)的内周壁间隔设置的搅拌桨(2)。

6.根据权利要求5所述的正极材料包覆装置，其特征在于，还包括：

位于所述搅拌桨(2)下方的床层隔板，所述流化床腔体(1)被所述床层隔板分为位于所床层隔板下方的进气腔室(12)，及位于所述床层隔板上方的流化床腔室(11)，所述床层隔板上设有连通所述进气腔室(12)和所述流化床腔室(11)的连通孔；

所述第一进料口(13)与所述进气腔室(12)连通，所述流化床腔体(1)上设有用于将包覆液喷射入所述流化床腔室(11)内的第二进料口(14)。

7.根据权利要求5所述的正极材料包覆装置，其特征在于，所述搅拌桨(2)上设有降压孔(21)，所述降压孔(21)贯穿所述搅拌桨(2)的两个轴向端面。

8.根据权利要求7所述的正极材料包覆装置，其特征在于，所述降压孔(21)设有至少一圈，每圈包括多个周向均匀分布的所述降压孔(21)，每圈所述降压孔(21)的中心轴线围成的圆孔与所述搅拌桨(2)同轴。

9.根据权利要求7所述的正极材料包覆装置，其特征在于，所述搅拌桨(2)的外周壁和所述流化床腔体(1)的内周壁围成第一环形通道(3)，所述第一环形通道(3)的径向宽度小于2mm。

10.根据权利要求5所述的正极材料包覆装置，其特征在于，所述搅拌桨(2)的上表面凸设有扰流结构(24)，所述扰流结构(24)的截面沿由上至下的方向具有减小的趋势。

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