CN217520188U - 一种真空搅拌烘干系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种真空搅拌烘干系统，应用于高镍三元正极材料的烘干，包括：密封容器，以及均与密封容器连接的加热装置、抽气装置和搅拌装置；加热装置用于对密封容器进行升温加热；抽气装置用于将密封容器内的气体抽出；搅拌装置包括延伸入密封容器内的物料搅拌组件。本实用新型所提供的真空搅拌烘干系统通过抽气装置对密封容器进行抽真空，并通过加热装置对密封容器进行加热，并在加热过程中利用搅拌装置对密封容器内的高镍三元正极材料物料搅拌，从而实现针对于高镍三元正极材料物料在搅拌下的减压干燥，从而能够在真空下降低物料中水分的沸点，加速挥发，提高物料的干燥效率，有效去除正极材料中的水分和化学结合水。

Description

一种真空搅拌烘干系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种真空搅拌烘干系统。

背景技术

钴酸锂电池的正极材料是钴酸锂LiCoO₂，三元材料则是镍钴锰酸锂Li(NiCoMn)O₂，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，钴酸锂和三元材料都是良好的锂电池正极材料，但是其化学特性各有差异，因此，针对其不同的化学特性，应用领域也有所不同。

在三元材料中，由于合成中锂盐过量，多余的锂盐在高温煅烧后的产物主要是Li的氧化物，如果物料中空气中存在H₂O，则Li的氧化物会与空气中的H₂O和CO₂反应再次生成LiOH和Li₂CO₃，残留在材料表面。

此外，在高Ni体系中由于化合价平衡的限制，使材料中Ni有一部分以+3价的形式存在，而多余的Li在材料表面易形成LiOH和Li₂CO₃(LiOH和Li₂CO₃均为碱性物质)，Ni含量越高，就会有更多的Li以LiOH和Li₂CO₃形式存在，造成表面含碱量增大，进而材料就更容易吸水，更易形成化学结合水。并且此水(化学结合水)在一般常规干燥温度下无法从材料中直接排出，需加热到450-500℃时才能使大部分化学结合水排出。

现有的正极材料的烘干设备中，采用方法为常压烘干，其间无搅拌过程或搅拌不充分，另外在烘干过程中，也无法及时排出烘出的水分，不足以完全去除水分和化学结合水)，烘干效果较差。

实用新型内容

为解决上述缺陷，本实用新型提供一种真空搅拌烘干系统，应用于高镍三元正极材料的烘干，包括：

密封容器，以及均与所述密封容器连接的加热装置、抽气装置和搅拌装置；

所述加热装置用于对所述密封容器进行升温加热；

所述抽气装置用于将所述密封容器内的气体抽出；所述搅拌装置包括延伸入所述密封容器内的物料搅拌组件。

优选地，所述密封容器包括密封主体，以及设于所述密封主体上方的保温密封顶盖。

优选地，所述密封容器还包括套设于密封主体外围的隔热壳体；

所述隔热壳体与内部的所述密封主体之间设有一密封夹层；

所述加热装置设于所述密封夹层中与所述密封主体连接。

优选地，所述加热装置包括缠绕在所述密封主体外表面的螺旋加热电阻丝以及与所述螺旋加热电阻丝电性连接的温度控制仪。

优选地，所述保温密封顶盖上设有抽气口；

所述抽气装置包括通过抽气管连接的真空泵和气体冷凝机构；

所述气体冷凝机构通过所述抽气管与所述抽气口连接。

优选地，所述真空泵和所述气体冷凝机构之间还包括通过所述抽气管连接的第一干燥部。

优选地，所述保温密封顶盖上设有用于投料所述高镍三元正极材料的进料口。

优选地，所述保温密封顶盖上设有进气口；

所述真空搅拌烘干系统还包括进气装置；所述进气装置包括进气管路、第二干燥部、通气阀；

所述通气阀通过所述进气管路与所述进气口连接，在所述通气阀和所述进气口之间设有所述第二干燥部。

优选地，所述进气装置还包括与所述通气阀通过管路连接的惰性气体气瓶；

所述惰性气体气瓶包括氩气瓶和/或氮气瓶。

优选地，所述搅拌装置还包括搅拌电机；

所述物料搅拌组件包括延伸杆和与所述延伸杆连接的搅拌叶片；其中，所述延伸杆与所述搅拌电机连接，所述搅拌电机能通过所述延伸杆带动所述搅拌叶片旋转。

优选地，所述物料搅拌组件还包括与所述延伸杆连接的伸缩电机；

所述延伸杆包括多个嵌套在一起且能延长的延长单元；

所述延长单元能在所述伸缩电机动力输出下调整所述延伸杆的长度，以便于调整所述搅拌叶片在所述密封容器内的位置。

本实用新型提供一种真空搅拌烘干系统。应用于高镍三元正极材料的烘干，包括：密封容器，以及均与所述密封容器连接的加热装置、抽气装置和搅拌装置；所述加热装置用于对所述密封容器进行升温加热；所述抽气装置所述密封容器内的气体抽出；所述搅拌装置包括延伸入所述密封容器内的物料搅拌组件。本实用新型所提供的真空搅拌烘干系统通过抽气装置对密封容器进行抽真空，并通过加热装置对密封容器进行加热，并在加热过程中利用搅拌装置对密封容器内的高镍三元正极材料物料搅拌，从而实现针对于高镍三元正极材料物料在搅拌下的减压干燥，从而能够在真空下降低物料中水分的沸点，加速挥发，提高物料的干燥效率，有效去除正极材料中的水分和化学结合水。

附图说明

图1为本实用新型真空搅拌烘干系统的整体的结构示意图；

图2为本实用新型真空搅拌烘干系统的延伸杆(部分延长单元连接)的结构示意图；

图3为本实用新型真空搅拌烘干系统的加热装置的结构示意图。

附图标记：

100，真空搅拌烘干系统；110，密封容器；111，密封主体；112，保温密封顶盖；1121，抽气口；1122，进料口；1123，进气口；113，密封夹层；114，隔热壳体；120，加热装置；121，螺旋加热电阻丝；122，温度控制仪；130，抽气装置；131，抽气管；132，真空泵；133，气体冷凝机构；134，第一干燥部；140，搅拌装置；141，物料搅拌组件；1411，延伸杆；1411a，延长单元；1412，搅拌叶片；142，搅拌电机；143，伸缩电机；150，进气装置；151，进气管路；152，第二干燥部；153，通气阀；154，惰性气体气瓶。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

本实施例提供一种真空搅拌烘干系统100，应用于高镍三元正极材料的烘干，参考图1，系统中包括：

密封容器110，以及均与所述密封容器110连接的加热装置120、抽气装置130和搅拌装置140；

所述加热装置120用于对所述密封容器110进行升温加热；

所述抽气装置130用于将所述密封容器110内的气体抽出；所述搅拌装置140包括延伸入所述密封容器110内的物料搅拌组件141。

上述，密封容器110，用于放置高镍三元正极材料，其外形可以为圆形罐体，也可以为方形。

上述，其材质可以为耐高温、耐酸碱的不锈钢材质或相关材质。

上述，加热装置120与密封容器110连接，可以设于密封容器110的底部，为了保温，使温度均匀也可以包围于密封容器110的外侧壁上，形成套装结构，相当于在密封容器110外侧装设一加热套。

上述，抽气装置130用于与对所述密封容器110内的气体进行抽出，使密封容器110内部形成真空，或接近真空状态，从而在高温加热状态下，使物料内的水汽在低于原有沸点情况下挥发，并通过抽气装置130抽出。

上述，搅拌装置140一端延伸入所述密封容器110内，能够通过物料搅拌组件141将密封容器110内的物料在高温加热和真空状态下进行反复搅拌，从而进一步提高干燥效果。

本实施例中所提供的真空搅拌烘干系统100，通过抽气装置130对密封容器110进行抽真空，并通过加热装置120对密封容器110进行加热，并在加热过程中利用搅拌装置140对密封容器110内的高镍三元正极材料物料搅拌，从而实现针对于高镍三元正极材料物料在搅拌下的减压干燥，从而能够在真空下降低物料中水分的沸点，加速挥发，提高物料的干燥效率，有效去除正极材料中的水分和化学结合水。

此外，在系统中，还可以设置一与加热装置120连接的温控仪，用于控制加热装置120的加热温度。

进一步的，所述密封容器110包括密封主体111，以及设于所述密封主体111上方的保温密封顶盖112。

上述，密封容器110包括密封主体111和保温密封顶盖112两个部分，使用前可以打开保温密封顶盖112，装填物料或进行清洗。

进一步的，所述密封容器110还包括套设于密封主体111外围的隔热壳体114。

所述隔热壳体114与内部的所述密封主体111之间设有一密封夹层113。

所述加热装置120设于所述密封夹层113中与所述密封主体111连接。

上述，为了使密封容器110能够在更加保温的环境下达到物料所要求的温度，本实施例中所提供的密封容器110包括两个部分，第一部分为内部的密封主体111，第二部分为外部的隔热壳体114，隔热壳体114套设在密封主体111的外侧，两部分之间设有一圈的密封夹层113。其中可以设有保温材料，例如保温棉。

并且，加热装置120设置于密封夹层113内，直接接触密封主体111的外侧壁，对密封主体111进行加热，并通过外侧的隔热壳体114实现保温效果。

进一步的，参考图3，所述加热装置120包括缠绕在所述密封主体111外表面的螺旋加热电阻丝121。以及与所述螺旋加热电阻丝121电性连接的温度控制仪122。

上述，螺旋加热电阻丝121在密封夹层113内缠绕在密封主体111外侧表面。温度控制仪122，用于根据烘干过程需要调控螺旋加热电阻丝121的温度。

进一步的，所述保温密封顶盖112上设有抽气口1121；

所述抽气装置130包括通过抽气管131连接的真空泵132和气体冷凝机构133；

所述气体冷凝机构133通过所述抽气管131与所述抽气口1121连接。

上述，气体冷凝机构133，可以为冷凝管和收集瓶，并且连接自来水或者超低温冷凝装置，在密封主体111内的气体通过真空泵132抽出时经过冷凝管降温，水汽凝结在冷凝管上，并流入收集瓶内，实现烘干效果。

上述，真空泵132可以为真空油泵，也可以为真空水泵。

进一步的，所述真空泵132和所述气体冷凝机构133之间还包括通过所述抽气管131连接的第一干燥部134。

上述，在真空泵132工作时，部分水汽由于来不及与气体冷凝机构133接触而直接流向真空泵132，为了使水汽被隔绝而不进入真空泵132中，实现更好的干燥效果，在中部设置第一干燥部134，其内部设有干燥剂，例如碳酸钙、氢氧化钙等等，从而对水汽进行二次干燥，也避免了水汽直接进入真空泵132中。

进一步的，所述保温密封顶盖112上设有用于投料所述高镍三元正极材料的进料口1122。

并且，在密封主体111下方还设有出料口。

进料口1122用于投料高镍三元正极材料，出料口用于放出已经干燥完成的物料。

此外，在所述保温密封顶盖112上，还可以设置热电偶，用于实时或定时监测温度变化。

此外，在所述保温密封顶盖112上，还可以设置气压表，用于检测内部压力达到真空状态。

进一步的，所述保温密封顶盖112上设有进气口1123；

所述真空搅拌烘干系统100还包括进气装置150；所述进气装置150包括进气管路151、第二干燥部152、通气阀153；

所述通气阀153通过所述进气管路151与所述进气口1123连接，在所述通气阀153和所述进气口1123之间设有所述第二干燥部152。

上述，进气孔用于将干燥空气输入进入密封主体111内，打开通气阀153，通过第二干燥部152，将外部空气经过通气管路输入进入密封主体111内，使真空状态变成常压，交换密封主体111内的空气。

进一步的，所述系统中，所述进气装置150还包括与所述通气阀153通过管路连接的惰性气体气瓶154；所述惰性气体气瓶154包括氩气瓶和/或氮气瓶。

对于较为活泼的物料，例如锂，可通入干燥的惰性气体，在通气阀153处通过管路与惰性气体气瓶154连接，例如可以为氩气瓶和/或氮气瓶，实现对于物料的保护。

进一步的，所述搅拌装置140还包括搅拌电机142；

参考图2，所述物料搅拌组件141包括延伸杆1411和与所述延伸杆1411连接的搅拌叶片1412；其中，所述延伸杆1411与所述搅拌电机142连接，所述搅拌电机142能通过所述延伸杆1411带动所述搅拌叶片1412旋转。

上述，搅拌叶片1412在搅拌电机142带动下进行旋转，对密封主体111内的物料进行搅拌。

进一步的，所述物料搅拌组件141还包括与所述延伸杆1411连接的伸缩电机143；

所述延伸杆1411包括多个嵌套在一起且能延长的延长单元1411a；

所述延长单元1411a能在所述伸缩电机143动力输出下调整所述延伸杆1411的长度，以便于调整所述搅拌叶片1412在所述密封容器110内的位置。

上述，多个延长单元1411a嵌套在一起，能够根据伸缩电机143的控制调整整体的延伸长度，具体的，可以为延伸电机与传动装置连接，传动装置将延伸电机的动力传递至延长单元1411a上，致使延长单元1411a之间能够延长或缩短整体的延伸杆1411的长度，从而按照需求进行对于搅拌叶片1412在密封主体111内的高度进行调整。

此外，为了更清楚的说明本实施例中所提供的真空搅拌烘干系统100，提供一种真空搅拌烘干系统100的使用方法，包括如下步骤：

1、安装并清理系统：首先取下搅拌电机142，通过伸缩电机143升起搅拌叶片1412至内腔顶部，打开保温密封顶盖112，检查抽气口1121，气压表，进气口1123，进料口1122、热电偶是否正常，对密封主体111的内腔表面进行清洁后；

2、关闭保温密封顶盖112并密封，所有阀门均处于关闭状态，通过伸缩电机143将搅拌叶片1412调整至内腔中下部的合适位置，且不触碰内腔底面，安装并固定搅拌电机142；

3、打开进料口1122，将高镍三元正极材料倒入内腔，体积不超过内腔容积的3/4，保证烘干效果，关闭进料口1122，整个内腔处于密封状态；

4、打开温控仪，设置温度为105±5℃，温升速率约3℃/min，启动加热；

5、接通真空泵132(油泵)电源，打开真空泵132开关，依次打开抽气管131道的阀门，开始抽气，观察气压表，当真空表指示值达到-0.1Mpa时，先关闭抽气管131道的阀门，后关闭真空泵132电源，以防止真空泵132机油倒流到干燥瓶，此时内腔处于真空状态。

6、启动搅拌电机142，搅拌叶片1412开始搅拌，搅拌速度为10转/min；

7、待温度达到105℃时，开始真空搅拌烘干；

8、恒温105℃，烘干20min后，停止搅拌；

9、打开进气口1123，惰性气体气瓶154内的惰性气体经干燥加热进入内腔，气压表回到常压后关闭进气口1123；

10、接通真空泵132电源，打开真空泵132开关，依次打开抽气管131道的阀门，开始抽气，观察气压表，当真空表指示值达到-0.1Mpa时，依次关闭抽气管131道的阀门；

11、重复9、10步操作一次，关闭真空泵132电源，能将内腔由气体冷凝机构133烘干出的水分及时排出，抽出的气体先经过气体冷凝机构133冷凝，再经过干燥器，最后进入真空泵132；

12、再次启动搅拌电机142，搅拌叶片1412开始搅拌，搅拌速度为15转/min；

13、恒温105℃，再烘干30min后，停止搅拌；

14、重复9、10步操作三次，关闭真空泵132电源；

15、打开进气口1123，惰性气体气瓶154内的惰性气体经干燥加热进入内腔，气压表回到常压后关闭进气口1123；

16、关闭加热，待内腔温度降至室温后，搅拌叶片1412开始搅拌，搅拌速度为5转/min，依次打开进气口1123和出料口，将烘干的三元材料全部排出并封装备用；

17、对装置进行清洁和维护；

18、可根据待烘干正及材料的水分含量和吸水性，合理调节烘干温度、时间和工步，以达到烘干标准。

在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种真空搅拌烘干系统，应用于高镍三元正极材料的烘干，其特征在于，包括：

密封容器，以及均与所述密封容器连接的加热装置、抽气装置和搅拌装置；

所述加热装置用于对所述密封容器进行升温加热；

所述抽气装置用于将所述密封容器内的气体抽出；所述搅拌装置包括延伸入所述密封容器内的物料搅拌组件。

2.如权利要求1所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述密封容器包括密封主体，以及设于所述密封主体上方的保温密封顶盖。

3.如权利要求2所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述密封容器还包括套设于密封主体外围的隔热壳体；

所述隔热壳体与内部的所述密封主体之间设有一密封夹层；

所述加热装置设于所述密封夹层中与所述密封主体连接。

4.如权利要求3所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，

所述加热装置包括缠绕在所述密封主体外表面的螺旋加热电阻丝以及与所述螺旋加热电阻丝电性连接的温度控制仪。

5.如权利要求2所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述保温密封顶盖上设有抽气口；

所述抽气装置包括通过抽气管连接的真空泵和气体冷凝机构；

所述气体冷凝机构通过所述抽气管与所述抽气口连接。

6.如权利要求5所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述真空泵和所述气体冷凝机构之间还包括通过所述抽气管连接的第一干燥部。

7.如权利要求2所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述保温密封顶盖上设有用于投料所述高镍三元正极材料的进料口。

8.如权利要求2所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述保温密封顶盖上设有进气口；

所述真空搅拌烘干系统还包括进气装置；所述进气装置包括进气管路、第二干燥部、通气阀；

所述通气阀通过所述进气管路与所述进气口连接，在所述通气阀和所述进气口之间设有所述第二干燥部。

9.如权利要求8所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述进气装置还包括与所述通气阀通过管路连接的惰性气体气瓶；

所述惰性气体气瓶包括氩气瓶和/或氮气瓶。

10.如权利要求1所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，所述搅拌装置还包括搅拌电机；

所述物料搅拌组件包括延伸杆和与所述延伸杆连接的搅拌叶片；其中，所述延伸杆与所述搅拌电机连接，所述搅拌电机能通过所述延伸杆带动所述搅拌叶片旋转。

11.如权利要求10所述真空搅拌烘干系统，其特征在于，

所述物料搅拌组件还包括与所述延伸杆连接的伸缩电机；

所述延伸杆包括多个嵌套在一起且能延长的延长单元；

所述延长单元能在所述伸缩电机动力输出下调整所述延伸杆的长度，以便于调整所述搅拌叶片在所述密封容器内的位置。

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