CN216063259U - 一种三元前驱体的制备装置 - Google Patents

Abstract

一种三元前驱体的制备装置，包括釜体，其内置搅拌轴，搅拌轴竖直设置且间隔设有上中下三层搅拌桨叶；釜体内同轴悬设一导流筒，筒内形成一循环腔，搅拌轴穿设于导流筒，各搅拌桨叶均位于该循环腔中；釜体的底部开设有出料口。制备装置还包括络合剂进料管、金属液进料管、碱液进料管以及进气管道，四者均伸入循环腔中。络合剂进料管、金属液进料管以及碱液进料管的下端出口均靠近最下层的搅拌桨叶，三者的下端出口均为斜口，且各斜口均朝向最下层的搅拌桨叶设置。制备装置还包括导气盘管，导气盘管为中空结构，导气盘管呈螺旋状盘绕定位于导流筒的内壁上；导气盘管一端进气口与进气管道的下端出气口连通；导气盘管的管壁上均匀开设有多个出气孔。

Description

一种三元前驱体的制备装置

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池正极材料技术领域，特别涉及一种三元前驱体的制备装置。

背景技术

三元前驱体即镍钴锰氢氧化物，化学式为Ni_xCo_yMn_(1-x-y)(OH)₂，是生产三元正极材料的重要上游材料，通过与锂源（NCM333、NCM523、NCM622用碳酸锂，NCM811、NCA用氢氧化锂）混合后烧结制得三元正极成品。三元正极材料是制作锂电池的关键性材料之一，其终端下游包括新能源汽车、储能、电动工具以及3C电子产品等。

三元前驱体的制备方法有很多，一般采用共沉淀法，即将过滤除杂后的盐溶液、碱溶液、络合剂以一定的流量加入制备装置，在相应的反应条件下进行反应生成三元前驱体晶核并逐渐长大。

在共沉淀法制备三元前驱体的过程中，有时需要向制备装置中持续通入气体，如通入氧化性气体（氧气、空气、氯气等），以细化三元前驱体的一次粒子；如持续通入保护气体（氮气、氩气等），以赶走反应釜内的氧气，保持三元前驱体不被氧化。一般采用一根导气管直接插入制备装置进行鼓气。然而，由于制备装置体积较大，单根气管一个出气口，很难保证装置内各处气体分散的均匀性，导致制备出的三元前驱体的性能差异性较大。

有鉴于此，针对三元前驱体制备过程中需要通入气体的情况，如何设计一种提高气体扩散均匀性的制备装置是本实用新型研究的课题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种三元前驱体的制备装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种三元前驱体的制备装置，所述制备装置包括釜体，该釜体内置搅拌轴，所述搅拌轴竖直设置且间隔设有上中下三层搅拌桨叶；所述釜体内同轴悬设一导流筒，该导流筒呈中空圆筒状，进而于筒内形成一循环腔，所述搅拌轴穿设于导流筒，各所述搅拌桨叶均位于该循环腔中；所述釜体的底部开设有出料口。

所述制备装置还包括络合剂进料管、金属液进料管、碱液进料管以及进气管道，四者均伸入所述循环腔中。

所述络合剂进料管、金属液进料管以及碱液进料管的下端出口均靠近最下层的所述搅拌桨叶，三者的下端出口均为斜口，且各斜口均朝向最下层的所述搅拌桨叶设置。

所述制备装置还包括导气盘管，所述导气盘管为中空结构，所述导气盘管呈螺旋状盘绕定位于所述导流筒的内壁上；所述导气盘管一端进气口与所述进气管道的下端出气口连通；所述导气盘管的管壁上均匀开设有多个出气孔。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1.上述方案中，所述釜体内同轴悬设一导流筒，该导流筒呈中空圆筒状，进而于筒内形成一循环腔，所述搅拌轴穿设于导流筒，各所述搅拌桨叶均位于该循环腔中。即导流筒的上端和下端均与釜体的上下两端具有一距离，导流筒的筒体与釜体之间具有一距离，以便形成物料循环路径。通过搅拌轴带动搅拌桨叶旋转，在导流筒中形成下行的混合液流道，下行的混合液经由下方的敞口向侧部流出，在导流筒外侧形成上行的混合液流道，上行的混合液再经由上方的敞口流回至导流筒中，以此形成混合液的循环流道。导流筒的设置能够带来以下效果：一、提高了对混合液的搅拌程度，加强了搅拌装置对混合液的直接机械剪切作用，使气体进一步与混合液充分混合；二、限定了混合液的循环路径，确立了充分循环的流型，使釜体内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区；三、有效地控制了制备装置中混合液回流的速度和方向，获得一个特定的流型。既有利于镍钴锰混合盐溶液和碱液、络合剂的充分混合，使前驱体成形效果更好，同时也能保证前驱体颗粒的分散性较好。搅拌轴位于所述釜体横截面的几何中心。

2.上述方案中，所述制备装置还包括络合剂进料管、金属液进料管、碱液进料管以及进气管道，四者均伸入所述循环腔中，络合剂进料管、金属液进料管以及主碱液进料管的下端出口均靠近最下层的所述搅拌桨叶，且三者的下端出口均为斜口，各斜口且均朝向最下层的所述搅拌桨叶。三根进料管的下端斜口靠近最下层搅拌桨叶，且均朝向最下层搅拌桨叶，该处剪切力较强，在较强剪切力的作用下，有利于三元前驱体颗粒的分散，防止团聚，产生过大的团聚物，有利于降低三元前驱体颗粒的粒度分布宽度。

3.上述方案中，所述导气盘管的管壁上均匀开设有多个出气孔。气体经由进气管道的上端进口，进入进气管道，经过进气管道的出口，进入导气盘管，再通过导气盘管上的出气孔进入制备装置。导气盘管可让气体从多个区域进入制备装置中，增加气体与混合液的混合效果，导气盘管上的出气孔增大气体与混合液的接触面积，有利于气体在混合液中快速分散，进一步增强气体的扩散均匀性。

4.上述方案中，所述导气盘管的最上层低于中层的所述搅拌桨叶，所述导气盘管的最下层比所述导流筒底部高10~20cm，所述导气盘管的最下层比最下层的所述搅拌桨叶低10~20cm。有利于气体在导流筒内充分混合。

5.上述方案中，所述导气盘管上出气孔的出口方向为斜向下30~45°。进一步有利于气体在混合液中的扩散。

6.上述方案中，所述斜口的倾斜角度为20~40°。进一步有利于三元前驱体颗粒的分散，防止团聚，产生过大的团聚物。

7.上述方案中，所述釜体的外壁上绕制有循环传热夹套。循环传热夹套可采用现有技术，其中流通热媒（如水、水蒸气、导热油、液氮等）。

8.上述方案中，所述釜体中设有至少一组传热盘管，该传热盘管定位于釜体的内壁上，其热媒入口和热媒出口均位于釜体的外侧；所述传热盘管的管道呈螺旋状层叠排布。传热盘管可提升釜体内部的热传递效率。

9.上述方案中，所述釜体的内壁上设有挡板。挡板可采用现有技术，其作用在于改变釜体中混合液的流体力，提高前驱体的分散性。

10.上述方案中，所述络合剂进料管、金属液进料管、碱液进料管以及进气管道均穿过制备装置的顶部，竖向伸入所述循环腔中 。有利于三种进料管的固定。

本实用新型工作原理是：气体经由进气管道的上端进口，进入进气管道，经过进气管道的出口，进入导气盘管，再通过导气盘管上的出气孔进入制备装置与装置中的混合液混合，在搅拌桨叶的旋转作用下，气体进一步与混合液混合。导流筒中形成下行的混合液流道，在导流筒外侧形成上行的混合液流道，在循环过程中，气体继续与混合液混合。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、本实用新型在进气管道的出口处设置导气盘管，并在导气盘管上开设多个出气孔。导气盘管可让气体从多个区域进入制备装置中，增加气体与混合液的混合效果，导气盘管上的出气孔增大气体与混合液的接触面积，有利于气体在混合液中快速分散，进一步增强气体的扩散均匀性。

2、本实用新型在制备装置中设置一个导流筒，加强了搅拌装置对混合液的直接机械剪切作用，提高了对混合液与气体混合的搅拌程度，使气体进一步与混合液充分混合。且使釜体内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区，使前驱体成形效果更好，同时也能保证前驱体颗粒的分散性较好，提高单釜生产三元前驱体的可行性。

3、本实用新型三根进料管的下端斜口靠近最下层搅拌桨叶，且均朝向最下层搅拌桨叶，该处剪切力较强，在较强剪切力的作用下，有利于三元前驱体颗粒的分散，防止团聚，产生过大的团聚物，有利于降低三元前驱体颗粒的粒度分布宽度。

综上，本实用新型结构设计巧妙，通过把气体出口改为多孔盘管，确保了气体通过多孔盘管从多个方位进入导流筒内部，经过搅拌桨叶的混合与推进，以及导流筒延长气体与混合液的混合，使得气体在制备装置中均匀分散，制备出性能均一的三元前驱体。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一种三元前驱体的制备装置的结构示意图；

附图2为附图1中A处放大图；

附图3为附图1中B处放大图。

以上附图中：1、釜体；2、搅拌轴；3、搅拌桨叶；4、导流筒；5、循环腔；6、出料口；7、络合剂进料管；8、金属液进料管；9、碱液进料管；10、进气管道；11、导气盘管；12、循环传热夹套；13、传热盘管；14、热媒入口；15、热媒出口；16、挡板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：一种三元前驱体的制备装置

参见附图1所示，所述制备装置包括釜体1，该釜体1内置搅拌轴2，所述搅拌轴2竖直设置且间隔设有上中下三层搅拌桨叶3；所述釜体1内同轴悬设一导流筒4，该导流筒4呈中空圆筒状，进而于筒内形成一循环腔5，所述搅拌轴2穿设于导流筒4，各所述搅拌桨叶3均位于该循环腔5中；所述釜体1的底部开设有出料口6。

所述制备装置还包括络合剂进料管7、金属液进料管8、碱液进料管9以及进气管道10，四者均伸入所述循环腔5中。

参见附图2~3所示，所述络合剂进料管7、金属液进料管8以及碱液进料管9的下端出口均靠近最下层的所述搅拌桨叶3，三者的下端出口均为斜口，且各斜口均朝向最下层的所述搅拌桨叶3设置；所述斜口的倾斜角度为20~40°。所述络合剂进料管7、金属液进料管8、碱液进料管9以及进气管道10均穿过制备装置的顶部，竖向伸入所述循环腔5中。

所述制备装置还包括导气盘管11，所述导气盘管11为中空结构，所述导气盘管11呈螺旋状盘绕定位于所述导流筒4的内壁上；所述导气盘管11一端进气口与所述进气管道10的下端出气口连通；所述导气盘管11的管壁上均匀开设有多个出气孔。所述导气盘管11上出气孔的出口方向为斜向下30~45°。

所述导气盘管11的最上层低于中层的所述搅拌桨叶3，所述导气盘管11的最下层比所述导流筒4底部高10~20cm，所述导气盘管11的最下层比最下层的所述搅拌桨叶3低10~20cm。

所述釜体1的外壁上绕制有循环传热夹套12。所述釜体1中设有至少一组传热盘管13，该传热盘管13定位于釜体1的内壁上，其热媒入口14和热媒出口15均位于釜体1的外侧；所述传热盘管13的管道呈螺旋状层叠排布。所述釜体1的内壁上设有挡板16。

本实施例工作时，气体经由进气管道10的上端进口，进入进气管道10，经过进气管道10的出口，进入导气盘管11，再通过导气盘管11上的出气孔进入制备装置与装置中的混合液混合，在搅拌桨叶3的旋转作用下，气体进一步与混合液混合。导流筒4中形成下行的混合液流道，在导流筒4外侧形成上行的混合液流道，在循环过程中，气体继续与混合液混合。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种三元前驱体的制备装置，其特征在于：

所述制备装置包括釜体（1），该釜体（1）内置搅拌轴（2），所述搅拌轴（2）竖直设置且间隔设有上中下三层搅拌桨叶（3）；所述釜体（1）内同轴悬设一导流筒（4），该导流筒（4）呈中空圆筒状，进而于筒内形成一循环腔（5），所述搅拌轴（2）穿设于导流筒（4），各所述搅拌桨叶（3）均位于该循环腔（5）中；所述釜体（1）的底部开设有出料口（6）；

所述制备装置还包括络合剂进料管（7）、金属液进料管（8）、碱液进料管（9）以及进气管道（10），四者均伸入所述循环腔（5）中；

所述络合剂进料管（7）、金属液进料管（8）以及碱液进料管（9）的下端出口均靠近最下层的所述搅拌桨叶（3），三者的下端出口均为斜口，且各斜口均朝向最下层的所述搅拌桨叶（3）设置；

所述制备装置还包括导气盘管（11），所述导气盘管（11）为中空结构，所述导气盘管（11）呈螺旋状盘绕定位于所述导流筒（4）的内壁上；所述导气盘管（11）一端进气口与所述进气管道（10）的下端出气口连通；所述导气盘管（11）的管壁上均匀开设有多个出气孔。

2.根据权利要求1所述的三元前驱体的制备装置，其特征在于：所述导气盘管（11）的最上层低于中层的所述搅拌桨叶（3），所述导气盘管（11）的最下层比所述导流筒（4）底部高10~20cm，所述导气盘管（11）的最下层比最下层的所述搅拌桨叶（3）低10~20cm。

3.根据权利要求1所述的三元前驱体的制备装置，其特征在于：所述导气盘管（11）上出气孔的出口方向为斜向下30~45°。

4.根据权利要求1所述的三元前驱体的制备装置，其特征在于：所述斜口的倾斜角度为20~40°。

5.根据权利要求1所述的三元前驱体的制备装置，其特征在于：所述釜体（1）的外壁上绕制有循环传热夹套（12）。

6.根据权利要求1所述的三元前驱体的制备装置，其特征在于：所述釜体（1）中设有至少一组传热盘管（13），该传热盘管（13）定位于釜体（1）的内壁上，其热媒入口（14）和热媒出口（15）均位于釜体（1）的外侧；所述传热盘管（13）的管道呈螺旋状层叠排布。

7.根据权利要求1所述的三元前驱体的制备装置，其特征在于：所述釜体（1）的内壁上设有挡板（16）。

8.根据权利要求1所述的三元前驱体的制备装置，其特征在于：所述络合剂进料管（7）、金属液进料管（8）、碱液进料管（9）以及进气管道（10）均穿过制备装置的顶部，竖向伸入所述循环腔（5）中。

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