CN217452129U - 三元正极材料的高温包覆装置及二次包覆烧结系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂电材料制造装置领域，提供了三元正极材料的高温包覆装置及二次包覆烧结系统。高温包覆装置，包括卧式筒体和混料轴；卧式筒体的顶部设置有与外界连通的进料口，底部设置有出料口，筒体内的上部沿卧式筒体的长度方向设置有包覆剂喷洒机构；混料轴沿卧式筒体的长度方向设置于卧式筒体的中部，混料轴沿其长度方向上设置有物料混合机构。三元正极材料二次包覆烧结系统包括第一烧结装置、第二烧结装置以及上述高温包覆装置。本申请提供的高温包覆装置，可实现对三元正极材料的二次高温包覆，且实现连续动态包覆，包覆效率高；本申请提供的三元正极材料二次包覆烧结系统将原有三个工序整合为一套系统，可实现减少设备投资、节省能源浪费以及节省运营成本。

Description

三元正极材料的高温包覆装置及二次包覆烧结系统

技术领域

本实用新型涉及锂电材料制造装置领域，具体而言，涉及一种三元正极材料的高温包覆装置及二次包覆烧结系统。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，作为锂电池重要组成部分的三元锂电正极材料也在快速发展。随着锂电池容量水平不断提高，三元锂电正极材料的容量也要随之提高，因此高镍三元正极材料应用及其广泛。

高镍三元正极材料随着镍含量提高，其材料稳定性会逐步降低，为了提高其结构稳定性，需要在原料混合时进行掺杂以及一次烧结粉碎后进行包覆，通过添加金属氧化物进入物料，金属离子进入材料微观结构中，起到支撑材料晶体结构的作用，减缓锂离子在锂电池充放电过程中脱出和嵌入造成的结构破坏。具体工艺流程如下：

为了保证材料的稳定性能，高镍三元材料需要进行多种元素包覆，但是不同元素的包覆后与材料结合的温度不同，导致需要多次烧结才可达到最佳性能。

为了节省加工成本，目前正极材料厂商除了高端产品保留以下全流程外，往往是牺牲一定的性能指标，将如图上虚框缩减为一步二次烧结，减少了部分元素的包覆，达到控制成本的效果，也是成本和性能的无奈折中。

如图1所示，三元锂电正极材料二次烧结、二次包覆、三次烧结(虚框内流程)流程，在性能上可达到高镍产品的最佳，但是该流程有以下几个缺点：

设备投资多，项目建设配套难。因为需要增加一次包覆和烧结，需要配置响应的计量、混合、烧结、输送设备，与传统的产线配置需要更多的设备，也使得产线的兼容性非常差，可能造成设备的浪费；

流程长，成本高。二次烧结到三次烧结中，需要将物料从常温到高温，然后降至常温进行包覆后再高温烧结，最后降至常温进行后处理，整个流程长，且多次升降温，导致了能源的浪费，因而生产成本随之增加。

尽于此，特提出本申请。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三元正极材料的高温包覆装置及二次包覆烧结系统，旨在提供一种可实现连续高温包覆的二次高温包覆装置或改善背景技术提到的至少一种问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供一种高温包覆装置，包括卧式筒体和混料轴；

卧式筒体的顶部设置有与外界连通的进料口，底部设置有出料口，筒体内的上部沿卧式筒体的长度方向设置有包覆剂喷洒机构；

混料轴沿卧式筒体的长度方向设置于卧式筒体的中部，混料轴沿其长度方向上设置有物料混合机构。

在可选的实施方式中，物料混合机构包括沿混料轴长度方向分布的多个旋转飞刀，每个旋转飞刀的转轴与混料轴连接，且每个旋转飞刀的转轴与混料轴的长度方向垂直。

在可选的实施方式中，物料混合机构还包括沿混料轴长度方向设置的多个犁刀。

在可选的实施方式中，出料口位于卧式筒体的底部中间位置处；

位于混料轴两端的犁刀包括片状刀把和犁头，片状刀把的相对两端分别与混料轴及犁头连接，片状刀把与犁头连接的一端向靠近出料口的方向倾斜延伸，且片状刀把所在平面与混料轴的轴线相交后形成的夹角为锐角；片状刀把用于在混料轴转动时将装置内部两端的物料推至中部以顺利排出。

在可选的实施方式中，包覆剂喷洒机构包括送液管和沿送液管长度方向设置的多个喷雾器。

在可选的实施方式中，高温包覆装置还包括包覆液罐，包覆液罐位于卧式筒体之外，包覆液罐与送液管连通。

在可选的实施方式中，卧式筒体的顶部还设置有至少一个除尘器。

第二方面，本实用新型提供一种三元正极材料二次包覆烧结系统，包括第一烧结装置、第二烧结装置以及如前述实施方式任一项的高温包覆装置，第一烧结装置的出料口与第二烧结装置的进料口以及高温包覆装置的进料口连接，高温包覆装置的出料口与第二烧结装置的进料口连接。

在可选的实施方式中，第一烧结装置的出料口连接有三通阀，三通阀与第二烧结装置的进料口以及高温包覆装置的进料口连接。

本实用新型实施例的有益效果是：

本申请通过上述设计得到的高温包覆装置由于卧式筒体、混料轴、包覆剂喷洒机构以及物料混合机构的具体设置可实现三元正极材料的包覆，且整个包覆过程可实现连续动态包覆，包覆效率高。

本申请通过上述设计得到的三元正极材料二次包覆烧结系统，由于包括本申请提供的高温包覆装置，且第一烧结装置、第二烧结装置与高温包覆装置的配合设置将二次烧结、二次包覆和三次烧结结合将原有三个工序整合为一套系统，可实现减少设备投资、节省能源浪费以及节省运营成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有的高镍三元正极材料的生产工艺流程图；

图2为本申请第一实施例提供的高温包覆装置的结构示意图；

图3为本申请第一实施例提供的高温包覆装置卧式筒体剖开后可见内部结构的示意图；

图4为本申请第二实施例提供的高温包覆装置卧式筒体的混料轴和犁刀连接形成的结构的示意图；

图5为本申请第三实施例提供的三元正极材料二次包覆烧结系统的结构图。

图标:100-高温包覆装置；110-卧式筒体；111-进料口；112-出料口；113-除尘器；120-混料轴；130-物料混合机构；131-旋转飞刀；132-犁刀；133-端部犁刀；134-片状刀把；135-犁头；140-包覆剂喷洒机构；141-送液管；142-喷雾器；150-包覆液罐；200-第一烧结装置；300-第二烧结装置；21-三通阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

第一实施例

请参照图2和3所示，本实施例提供一种高温包覆装置100，包括卧式筒体110和混料轴120；

卧式筒体110的顶部设置有与外界连通的进料口111，底部设置有出料口112，筒体内的上部沿卧式筒体110的长度方向设置有包覆剂喷洒机构140；

混料轴120沿卧式筒体110的长度方向设置于卧式筒体110的中部，混料轴120沿其长度方向上设置有物料混合机构130。

本申请提供的高温包覆装置100用于对烧结后的高温三元正极材料物料进行包覆，工作时，三元正极材料物料从卧式筒体110的顶部进入卧式筒体110中，在进料的同时，包覆液从包覆剂喷洒机构140喷入卧式筒体内，此时混料轴120转动，物料混合机构130开始工作，在三元正极材料原料以及包覆液不断下落过程中物料混合机构130将各原料不断抛起搅拌，使包覆液中的包覆物均匀包覆在三元正极材料原料颗粒表面，包覆完成后从底部出料口112出料；本申请提供的包覆装置，可实现三元正极材料的包覆，且整个包覆过程可实现连续动态包覆，包覆效率高。

进一步地，包覆剂喷洒机构140包括送液管141和沿送液管141长度方向设置的多个喷雾器142。

包覆剂喷洒机构140将包覆剂输送至卧式筒体内，通过喷雾器142可将含有包覆剂的包覆液以小液滴的形式喷洒出与物料混合，保证包覆的均匀性。

优选地，为进一步提高包覆的均匀性，多个喷雾器142沿送液管141的长度方向均匀设置。

进一步地，高温包覆装置100还包括包覆液罐150，包覆液罐150位于卧式筒体110之外，包覆液罐150与送液管141连通。

包覆剂与水混合成悬浊液后储存在包覆液罐150内，通过液体泵经送液管141打到喷雾器142处，通过喷雾的形式喷洒在需要包覆的物料上。喷雾液体的量，通过计算上一工段(第一烧结装置200)的物料输送速度、包覆配比，PID进行控制液体泵，将适合比例的包覆液体打入送液管141。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，包覆剂不局限于喷雾形式，也可以如粉末喷射等形式；包覆剂喷雾不局限于喷洒包覆剂悬浮液，也可以是包覆剂溶液。

进一步度，卧式筒体110的顶部还设置有至少一个除尘器113。

设置除尘器113，其作用为过滤除尘，防止卧式筒体内的喷淋液或三元正极材料溢出而污染车间环境。

进一步地，物料混合机构130包括沿混料轴120长度方向分布的多个旋转飞刀131，每个旋转飞刀131的转轴与混料轴120连接，且每个旋转飞刀131的转轴与混料轴120的长度方向垂直。

旋转飞刀131不断旋转，将经过的物料抛起实现物料与包覆液的充分均匀混合。

进一步地，物料混合机构130还包括沿混料轴120长度方向设置的多个犁刀132。

犁刀132在混料轴120旋转过程中可将混料轴120下方的物料铲起然后再抛落，以进一步实现物料与包覆液的充分均匀混合。

需要说明的是，在本申请的其他实施方式中，物料混合机构130也可以如是螺带、振动等多种混合形式。

第二实施例

本实施例提供的高温包覆装置100，其实现原理与实施例1相同，未提及之处参考第一实施例中描述内容。

本实施例的高温包覆装置100出料口112位于卧式筒体110的底部中间位置处。

如图4所示，位于混料轴120两端的犁刀(为便于描述，称其为端部犁刀133)包括片状刀把134和犁头135，片状刀把134的相对两端分别与混料轴120及犁头135连接，片状刀把134与犁头135连接的一端向靠近出料口112的方向倾斜延伸，且片状刀把134所在平面与混料轴120相交后形成的夹角为锐角；片状刀把134用于在混料轴120转动时将装置内部两端的物料推至中部以顺利排出。

本实施例通过上述片状刀把134的具体设置，如图3所示，使得混料轴120在以上侧向垂直纸面向里，下侧向垂直纸面向外的方向转动时，能够实现两端的片状刀把134将两侧的物料在旋转过程中逐渐推至中部(其实现原理类似于螺杆出料)，从而使得混料包覆更均匀，位于端部包覆物料更易出料。

综上，本申请提供的高温包覆装置100由于卧式筒体110、混料轴120、包覆剂喷洒机构140以及物料混合机构130的具体设置可实现三元正极材料的包覆，且整个包覆过程可实现连续动态包覆，包覆效率高。

第三实施例

如图5所示，本实施例提供了一种三元正极材料二次包覆烧结系统，包括第一烧结装置200、第二烧结装置300以及第一实施例或第二实施例提供的高温包覆装置100，第一烧结装置200的出料口112与第二烧结装置300的进料口111以及高温包覆装置100的进料口111连接，高温包覆装置100的出料口112与第二烧结装置300的进料口111连接。

优选地，第一烧结装置200的出料口112连接有三通阀21，三通阀21与第二烧结装置300的进料口111以及高温包覆装置100的进料口111连接。

本实施例中，第一烧结装置200和第二烧结装置300均为常规的回转炉或辊道炉结构，内壁有导流环，可保证物料均匀进入回转炉内进行烧结。

本申请提供的三元正极材料二次包覆烧结系统用于安装在三元正极材料生产系统中，连接在一次包覆工段下游，一次包覆后的物料输送至第一烧结装置200中进行烧结，烧结物料在特定的温度气氛条件下进行烧结，若材料还需要进而二次包覆，则通过设定温区温度，达到包覆温度后直接进入高温包覆装置100进行二次包覆。包覆后的物料输送至第二烧结装置300中进行再次烧结，然后出料；若不需要进行二次包覆，烧结物料在第一烧结装置200中在特定的温度气氛下烧结后通过三通阀21直接排入后续加工工段。

本申请提供的三元正极材料二次包覆烧结系统将二次烧结、二次包覆和三次烧结结合将原有三个工序整合为一套系统，可实现：

二次烧结后的输送、计量、混合、加料等配套设备全部无需配置，整合为一个简单的高温包覆装置，每条线可节省非常可观的固定投资；同时相应的配套设备减少后，产线配置更简单合理，产线兼容性极高。

二次烧结降温进行包覆、包覆后升温等不必要的温度变化全部可取消，通过本设备可实现高温包覆，节省了无效的能源浪费，可节省非常可观的生产运营成本。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高温包覆装置，其特征在于，包括卧式筒体和混料轴；

所述卧式筒体的顶部设置有与外界连通的进料口，底部设置有出料口，所述筒体内的上部沿所述卧式筒体的长度方向设置有包覆剂喷洒机构；

所述混料轴沿所述卧式筒体的长度方向设置于所述卧式筒体的中部，所述混料轴沿其长度方向上设置有物料混合机构。

2.根据权利要求1所述的高温包覆装置，其特征在于，所述物料混合机构包括沿所述混料轴长度方向分布的多个旋转飞刀，每个所述旋转飞刀的转轴与所述混料轴连接，且每个所述旋转飞刀的转轴与所述混料轴的长度方向垂直。

3.根据权利要求1所述的高温包覆装置，其特征在于，所述物料混合机构还包括沿所述混料轴长度方向设置的多个犁刀。

4.根据权利要求3所述的高温包覆装置，其特征在于，所述出料口位于所述卧式筒体的底部中间位置处；

位于所述混料轴两端的犁刀包括片状刀把和犁头，所述片状刀把的相对两端分别与所述混料轴及所述犁头连接，所述片状刀把与所述犁头连接的一端向靠近所述出料口的方向倾斜延伸，且所述片状刀把所在平面与所述混料轴的轴线相交后形成的夹角为锐角；所述片状刀把用于在混料轴转动时将装置内部两端的物料推至中部以顺利排出。

5.根据权利要求2所述的高温包覆装置，其特征在于，所述包覆剂喷洒机构包括送液管和沿所述送液管长度方向设置的多个喷雾器。

6.根据权利要求5所述的高温包覆装置，其特征在于，所述高温包覆装置还包括包覆液罐，所述包覆液罐位于所述卧式筒体之外，所述包覆液罐与所述送液管连通。

7.根据权利要求3所述的高温包覆装置，其特征在于，所述卧式筒体的顶部还设置有至少一个除尘器。

8.一种三元正极材料二次包覆烧结系统，其特征在于，包括第一烧结装置、第二烧结装置以及如权利要求1～7任一项所述的高温包覆装置，所述第一烧结装置的出料口与第二烧结装置的进料口以及所述高温包覆装置的进料口连接，所述高温包覆装置的出料口与所述第二烧结装置的进料口连接。

9.根据权利要求8所述的三元正极材料二次包覆烧结系统，其特征在于，所述第一烧结装置的出料口连接有三通阀，所述三通阀与所述第二烧结装置的进料口以及所述高温包覆装置的进料口连接。

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