CN217613324U - 六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，包括干燥机主体，所述的干燥机主体是由上部圆筒体和下部锥体上下连成一体所组成，其特征在于：所述上部圆筒体的外侧设置有第一加热夹套，所述的下部锥体的外侧也设置有第二加热夹套，所述的上部圆筒体和所述的下部锥体内设置有空心螺旋搅拌装置，所述的空心螺旋搅拌装置通过空心轴带动进行旋转，所述的上部圆筒体内固定有直段过滤器，所述的下部锥体内固定有分段式锥形过滤器，所述直段过滤器与分段式锥形过滤器上下连成一体并彼此相互连通。本实用新型通过直段过滤器和分段式锥形过滤器可以直接在进料过程中进行无水氟化氢溶剂初步分离，在初步分离后再进行高真空低温干燥，通过此方式大大提高了干燥效率。

Description

六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统

技术领域

本实用新型涉及过滤洗涤干燥设备技术领域，采用氮气压滤和脉冲真空低温干燥法脱除六氟磷酸锂粗产品中的HF和杂质时存在的主要问题，提供一种高效、安全、生产连续好的六氟磷酸锂纯化干燥专用装置。

背景技术

六氟磷酸锂是目前锂离子二次电池所应用的重要电解质，而锂离子二次电池是目前公认较为理想的绿色能源，其体积小、电容量大，已被广泛应用。由六氟磷酸锂与有机碳酸酯类溶剂类制备的电解液的性能优劣直接影响到锂离子二次电池的充放电容量、循环寿命以及电池的安全性；由于其吸湿性强，在空气中极易分解，其制备条件要求也就十分苛刻，同样包装及储存环境也有着严格的要求，遇水分解变成酸，对肌体组织有腐蚀作用，不能直接接触，必须储存于气密性容器内，使用时必须在绝对湿度<10ppm的干燥气氛下操作，防止分解。

六氟磷酸锂一直是商品化锂离子电池中使用的最主要的电解质锂盐，它能够在碳负极上形成适当的固体电解质相界面膜和对Al集流体实现有效钝化是其目前仍然主导着商品化锂离子电池电解质锂盐市场的主要原因。作为锂离子电池电解质锂盐的六氟磷酸锂，其最重要的质量参数除产品的纯度外，主要是要求产品中含有较少的水和自由酸(以HF计)。一般情况下，其至少具有以下质量指标：

(1)纯度大于99.9％；(2)H2O含量小于20ppm；(3)HF含量小于80ppm。

LiPF6通常以磷的卤化物和LiF或LiCl为原料，采用无水氟化氢作溶剂进行生产。采用该工艺产品的结晶分离较容易，易于实现工业化，是目前较成熟的LiPF6生产工艺路线。但如何脱除LiPF6粗产品中的水和氟化氢，使其符合锂离子电池工业的要求，是LiPF6生产中最关键的步骤之一。但LiPF6极易水解，而且热稳定性较差，这使LiPF6的纯化变得非常困难。

LiPF6最常用的纯化方法主要热真空干燥法和溶解重结晶法。溶解重结晶法就是将LiPF6在一定温度下溶于乙醚、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中，离心除去不溶物，然后降低温度，使LiPF6会从有机溶剂中重结晶出来，将过滤得到的 LiPF6晶体经过真空干燥后，获得最终的产品，如CN1884046中就披露这一纯化方法。但这一方法操作较为复杂，无法连续生产，且在使LiPF6得到纯化的同时，重结晶产品会夹带一定的有机溶剂，影响产品纯度，而且纯化中使用大量有机溶剂导致生产成本增高，因此很难应用于LiPF6规模化生产。此外，CN1462722中披露一种使用酸性气体脱除LiPF6中水分的方法，该法一方面无法脱除LiPF6粗产品中的氟化氢，而且引入酸性气体杂质。相比于上述方法，热真空干燥法也就是对LiPF6粗产品直接在真空状态下加热纯化，是一种适宜于 LiPF6规模化生产的纯化方式，可避免溶解重结晶法中存在的LiPF6二次污染的问题。热真空干燥法存在的主要问题是如何避免加热过程中LiPF6的分解和 LiPF6粗产品的每一个颗粒都能充分暴露在真空氛围中，使其最终获得的LiPF6 产品中不存在氟化氢的夹杂问题，从而使LiPF6产品中氟化氢的含量小于80ppm。

发明内容

本实用新型提供了一种六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，通过直段过滤器和分段式锥形过滤器可以直接在进料过程中进行无水氟化氢溶剂初步分离，在初步分离后再进行高真空低温干燥，通过此方式大大提高了干燥效率，而且还减少了能源的损耗，起到了节约资源和降低成本的作用。

为解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，包括干燥机主体，所述的干燥机主体是由上部圆筒体和下部锥体上下连成一体所组成，所述下部锥体上端的四周设置有支撑座，所述支撑座的底部竖直设置有撑杆，其特征在于：所述上部圆筒体的外侧设置有第一加热夹套，所述的下部锥体的外侧也设置有第二加热夹套，所述的上部圆筒体和所述的下部锥体内设置有空心螺旋搅拌装置，所述的空心螺旋搅拌装置通过空心轴带动进行旋转，所述的空心轴的上端伸出上部圆筒体并通过固定在上部圆筒体顶部的减速机与伺服电机相连，所述的上部圆筒体内固定有直段过滤器，所述的下部锥体内固定有分段式锥形过滤器，所述直段过滤器与分段式锥形过滤器上下连成一体并彼此相互连通，所述空心轴的下端穿过直段过滤器伸入至分段式锥形过滤器内，所述直段过滤器和分段式锥形过滤器内的空心轴上设置有空心加热螺带，所述上部圆筒体通过设置在其顶部的料液进口与料液储罐相连通，所述下部锥体的底部连接有料液出料管道，所述的料液出料管道通过回流管道与洗涤液待处理罐相连，所述上部圆筒体的顶部还设置有抽真空接头。

进一步：所述空心轴与空心加热螺带之间还设置有若干根内加热螺带主轴，所述内加热螺带主轴也呈空心状，所述的空心轴与内加热螺带主轴和空心加热螺带相互连通，所述第一加热夹套和所述第二加热夹套内都开设有空腔，所述的空腔内通过热油模温机填充有热介质，所述空心轴的上端还连接有机械密封结构旋转接头并且其通过机械密封结构旋转接头与热油模温机相连，所述的空心轴、空心加热螺带以及内加热螺带主轴内也通过热油模温机填充有热介质。

又进一步：所述下部锥体底部的出料口处还设置有气动出料球阀。

又进一步：所述上部圆筒体通过设置在顶部的氮气进口与压缩氮气储罐相连，所述压缩氮气储罐还与三项分流管道相连通，三向分流管道的第一项出口与洗涤液汇流管道相连，所述洗涤液汇流管道的一端连接在下部锥体的侧壁上，三向分流管道的第二项出口与洗涤液回流管道相连，所述洗涤液回流管道的一端连接在下部锥体的侧壁上，所述洗涤液回流管道与下部锥体的连接处位于洗涤液汇流管道与下部锥体连接处的下方，所述洗涤液回流管道的另一端与过滤器相连，所述洗涤液汇流管道的另一端与洗涤液回流管道相连，三向分流管道的第三项出口与料液出料管道相连通。

又进一步：所述的上部圆筒体通过设置在顶部的洗涤液进料口与洗涤液储罐相连通，所述的洗涤液进料口还与洗涤液回用管道相连，所述的第一加热夹套和第二加热夹套上相对于洗涤液回流管道和洗涤液汇流管道的位置都开设有缺口。

再进一步：所述上部圆筒体的顶部还设置有压力保护阀，所述的压力保护阀包括阀体、阀芯和弹簧，所述的阀体呈一端敞开一端密封状，所述阀体敞开的一端固定在上部圆筒体的顶部并与上部圆筒体的内部空间相连通，所述阀芯活塞式连接在阀体内并且其通过弹簧与阀体的密封的一端相连，所述阀体的侧壁上开设有泄流孔，所述的泄流孔通过阀芯进行密封。

采用上述结构后，本实用新型通过直段过滤器和分段式锥形过滤器可以直接在进料过程中进行无水氟化氢溶剂初步分离，在初步分离后再进行高真空低温干燥，通过此方式大大提高了干燥效率，而且还减少了能源的损耗，起到了节约资源和降低成本的作用；而且本实用新型利用空心螺旋搅拌装置可使物料在机内得到十分均匀的搅拌，并通过第一加热夹套、第二加热夹套及空心轴、内加热螺带主轴和空心加热螺带的同时进行加热或冷却，使物料在反应阶段能够在机内得到充分的反应。在过滤阶段，本机可使物料在机内通过加压或抽真空过滤滤干，并加入洗涤液，使物料在机内进行多次自动再浆洗涤，达到洗涤要求后再压干。在干燥阶段，第一加热夹套、第二加热夹套、空心轴、内加热螺带主轴和空心加热螺带同时对物料进行加热并在顶部抽真空，对物料进行真空密闭低温干燥，干燥后自动密闭出料。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为干燥机主体的结构图。

图3为压力保护阀的结构图。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，包括干燥机主体，所述的干燥机主体是由上部圆筒体1和下部锥体2上下连成一体所组成，所述下部锥体上端的四周设置有支撑座，所述支撑座的底部竖直设置有撑杆3，其特征在于：所述上部圆筒体的外侧设置有第一加热夹套4，所述的下部锥体的外侧也设置有第二加热夹套6，所述的上部圆筒体和所述的下部锥体内设置有空心螺旋搅拌装置，所述的空心螺旋搅拌装置通过空心轴7带动进行旋转，所述的空心轴的上端伸出上部圆筒体并通过固定在上部圆筒体顶部的减速机8与伺服电机9相连，所述的上部圆筒体内固定有直段过滤器29，所述的下部锥体内固定有分段式锥形过滤器30，所述直段过滤器与分段式锥形过滤器上下连成一体并彼此相互连通，所述空心轴的下端穿过直段过滤器伸入至分段式锥形过滤器内，所述直段过滤器和分段式锥形过滤器内的空心轴上设置有空心加热螺带27，所述上部圆筒体通过设置在其顶部的料液进口与料液储罐10相连通，所述下部锥体的底部连接有料液出料管道11，所述的料液出料管道通过回流管道12与洗涤液待处理罐13相连，所述上部圆筒体的顶部还设置有抽真空接头，所述下部锥体底部的出料口处还设置有气动出料球阀14。本实用新型通过直段过滤器和分段式锥形过滤器可以直接在进料过程中进行无水氟化氢溶剂初步分离，在初步分离后再进行高真空低温干燥，通过此方式大大提高了干燥效率，而且还减少了能源的损耗，起到了节约资源和降低成本的作用。

本实用新型利用空心螺旋搅拌装置可使物料在机内得到十分均匀的搅拌，并通过第一加热夹套、第二加热夹套及空心轴、内加热螺带主轴和空心加热螺带的同时进行加热或冷却，使物料在反应阶段能够在机内得到充分的反应。在过滤阶段，本机可使物料在机内通过加压或抽真空过滤滤干，并加入洗涤液，使物料在机内进行多次自动再浆洗涤，达到洗涤要求后再压干。在干燥阶段，第一加热夹套、第二加热夹套、空心轴、内加热螺带主轴和空心加热螺带同时对物料进行加热并在顶部抽真空，对物料进行真空密闭低温干燥。

如图1所示的空心轴与空心加热螺带之间还设置有若干根内加热螺带主轴 28，所述内加热螺带主轴也呈空心状，所述的空心轴与内加热螺带主轴和空心加热螺带相互连通，所述第一加热夹套和所述第二加热夹套内都开设有空腔，所述的空腔内通过热油模温机填充有热介质，所述空心轴的上端还连接有机械密封结构旋转接头25并且其通过机械密封结构旋转接头与热油模温机相连，所述的空心轴、空心加热螺带以及内加热螺带主轴内也通过热油模温机填充有热介质。

如图1所示的上部圆筒体通过设置在顶部的氮气进口与压缩氮气储罐15相连，所述压缩氮气储罐还与三项分流管道16相连通，三向分流管道的第一项出口与洗涤液汇流管道17相连，所述洗涤液汇流管道的一端连接在下部锥体的侧壁上，三向分流管道的第二项出口与洗涤液回流管道18相连，所述洗涤液回流管道的一端连接在下部锥体的侧壁上，所述洗涤液回流管道与下部锥体的连接处位于洗涤液汇流管道与下部锥体连接处的下方，所述洗涤液回流管道的另一端与过滤器相连，所述洗涤液汇流管道的另一端与洗涤液回流管道相连，三向分流管道的第三项出口与料液出料管道相连通。

如图1所示的上部圆筒体通过设置在顶部的洗涤液进料口与洗涤液储罐19 相连通，所述的洗涤液进料口还与洗涤液回用管道20相连，所述的第一加热夹套和第二加热夹套上相对于洗涤液回流管道和洗涤液汇流管道的位置都开设有缺口。

如图3所示的上部圆筒体的顶部还设置有压力保护阀，所述的压力保护阀包括阀体21、阀芯22和弹簧23，所述的阀体呈一端敞开一端密封状，所述阀体敞开的一端固定在上部圆筒体的顶部并与上部圆筒体的内部空间相连通，所述阀芯活塞式连接在阀体内并且其通过弹簧与阀体的密封的一端相连，所述阀体的侧壁上开设有泄流孔24，所述的泄流孔通过阀芯进行密封。

本实用新型采用上述结构后，在压滤或真空过滤时，反应结束，打开下部滤液出口，在设备内通入压缩空气或氮气等气体，对经过反应的固液混合物进行加压过滤，直到把机内物料压干。也可在滤液出口抽真空，对物料进行真空过滤，直到把滤液抽干为止。过滤时可使空心轴和空心螺带按顺时针方向旋转(从顶部往下看)，对物料进行提升，并使空心螺带在旋转时限制滤饼层的厚度，使物料在薄的滤饼层条件下进行过滤，以提高过滤速率。对于易过滤的物料，过滤时可不搅拌，直接把物料滤干。在真空干燥出料时，滤或洗涤过滤压干的滤饼存留在机内，这时在筒体夹套、锥体夹套和空心轴、空心螺带内通入热媒，对物料进行加热，同时空心轴和空心螺带仍以顺时针方向旋转(从顶部往下看)，对物料进行向上提升并充分搅拌，而在设备的顶部则进行抽真空，使物料在机内进行真空密闭干燥。由于除夹套加热以外，还有空心轴和空心螺带从内部加热，再加上是在抽真空条件下进行干燥，因而干燥效率很高。在脉动真空干燥时，化变质的物料，也适合于蒸发需要回收溶剂的物料、热敏性物料。真空状态下，可以减少物料染菌的机会，或者抑制某些细菌的生长，因此特别适合于无菌物料的干燥。过滤洗涤干燥一体机的加热有以下几种加热方式：筒体有半管或夹套，是主要提供的加热部件、底盘内加热装置、通过轴端的旋转接头连通的空心桨叶。这些加热结构可组合使用，也可单独使用。三合一设备在干燥后期可以先采用一定时间进行真空干燥，然后再进行常压干燥，常压干燥后再采用真空干燥，反复循环(即采用脉动式的真空干燥方法)，可提高干燥效率、缩短干燥时间。干燥结束后，打开设备下部的快开出料口，使空心轴和空心螺带按逆时针方向旋转(从顶部往下看)，机内干燥好的物料将自动被推向出料口。至此，一批物料的反应、过滤、洗涤和干燥过程结束。

综上所述，采用此结构后具有的有益效果如下所示：

(1)结晶母液、六氟磷酸锂晶体密封过滤，高效分离，有效降低杂质金属离子含量。

常规热干燥法被普遍采用，但是该方法干燥晶体的时间较长，且存在干燥不彻底等缺陷，产品中的HF不能有效、快速地去除，进而影响产品质量。经过滤提纯所得的六氟磷酸锂产品纯度大于99.9％，且此工艺安全性高，母液能回收利用，成本较低。

(2)全密闭操作，在氮气正压保护下进行操作。

六氟磷酸锂遇水极易分解，由于其吸湿性强，在空气中极易分解，其制备条件要求也就十分苛刻，这要求在六氟磷酸锂的生产过程工况涉及高纯、低温、无水无尘等条件，因此，体系内所有过程在惰性气体保护下进行。优选的惰性气体为氮气，在体系内部充满氮气，保证系统内为正压，可有效阻止空气与产品接触。

(3)在干燥过程中，采用多区间多温度加热；干燥初期，采用低温、缓慢加热，去除晶体表面残余酸；缩减后期高热干燥区段时间，有效分离游离酸，将LiPF6的分解程度降到最低。

(4)干燥后期采用氮气脉冲真空干燥方式，使得LiPF6晶体干燥时间缩短，干燥均匀，提高干燥效率及品质，且干燥完成后干燥仓内不积料，不堵料。

物料在锥形筒体内被强制加热，使物料作全方位不规则往复运动时完成物料同加热螺带及筒壁的热交换，在真空状态下短时间内达到混合干燥的目的。独有的脉冲混合设计，利用高压氮气冲击物料迅速混合，物料的混合更加快速和均匀，快速去除产物晶体内部的酸和少量表面残酸。相较传统热干燥法，在同等干燥程度下氮气脉冲真空干燥可大大缩短干燥时间，同时降低产品中游离酸的含量，有效除去夹杂的HF，提高产品质量，更有利于生产操作。

(5)六氟磷酸锂的热稳定性比其它锂盐差，60℃下可少量分解为LiF和PF5，但为了促使晶体内部的游离酸挥发，在干燥后期采用短时间的较高温度烘干，所以在游离酸指标达到要求后进行快速冷却，以缩减高温区对不溶物的影响。

(6)热源、冷源都采用精准控温的导热油模温机。

热油模温机获得热介质，调节方便，供热均匀，可以满足精确的工艺温度；导热油温度大于80℃时，必须与空气隔离，否则导热油会被急剧氧化而变质。导热油是易燃物，设置有效的防火灭火措施。

(7)采用气干式双端面机械密封。

用“气体阻塞”替代传统的“液体阻塞”原理，即用带压密封气替代带压密封液，保证工艺介质实现“零逸出”；整套密封非接触运行，其功率消耗仅为传统双端面密封的5％，使用寿命比传统密封长5倍以上；结构简单的辅助系统，保证工艺介质不受污染及工艺介质不向大气泄漏，彻底摆脱了传统双端面机械密封对冷却水、油系统的依赖。密封气采用工业氮气或工业仪表风，其压力高于介质0.15～0.2MPa。

(8)自动化控制系统，智能检查设备运行状态和物料的干燥程度；无需人工操作频繁连接设备管线，降低劳动强度，使用热氮气为其物料与空气隔绝，使产品酸度保持稳定，由于因为全程密闭输送，所以产品质量更稳定操作更加安全便利。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，包括干燥机主体，所述的干燥机主体是由上部圆筒体(1)和下部锥体(2)上下连成一体所组成，所述下部锥体上端的四周设置有支撑座，所述支撑座的底部竖直设置有撑杆(3)，其特征在于：所述上部圆筒体的外侧设置有第一加热夹套(4)，所述的下部锥体的外侧也设置有第二加热夹套(6)，所述的上部圆筒体和所述的下部锥体内设置有空心螺旋搅拌装置，所述的空心螺旋搅拌装置通过空心轴(7)带动进行旋转，所述的空心轴的上端伸出上部圆筒体并通过固定在上部圆筒体顶部的减速机(8)与伺服电机(9)相连，所述的上部圆筒体内固定有直段过滤器(29)，所述的下部锥体内固定有分段式锥形过滤器(30)，所述直段过滤器与分段式锥形过滤器上下连成一体并彼此相互连通，所述空心轴的下端穿过直段过滤器伸入至分段式锥形过滤器内，所述直段过滤器和分段式锥形过滤器内的空心轴上设置有空心加热螺带(27)，所述上部圆筒体通过设置在其顶部的料液进口与料液储罐(10)相连通，所述下部锥体的底部连接有料液出料管道(11)，所述的料液出料管道通过回流管道(12)与洗涤液待处理罐(13)相连，所述上部圆筒体的顶部还设置有抽真空接头。

2.根据权利要求1所述的六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，其特征在于：所述空心轴与空心加热螺带之间还设置有若干根内加热螺带主轴(28)，所述内加热螺带主轴也呈空心状，所述的空心轴与内加热螺带主轴和空心加热螺带相互连通，所述第一加热夹套和所述第二加热夹套内都开设有空腔，所述的空腔内通过热油模温机填充有热介质，所述空心轴的上端还连接有机械密封结构旋转接头(25)并且其通过机械密封结构旋转接头与热油模温机相连，所述的空心轴、空心加热螺带以及内加热螺带主轴内也通过热油模温机填充有热介质。

3.根据权利要求1所述的六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，其特征在于：所述下部锥体底部的出料口处还设置有气动出料球阀(14)。

4.根据权利要求1所述的六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，其特征在于：所述上部圆筒体通过设置在顶部的氮气进口与压缩氮气储罐(15)相连，所述压缩氮气储罐还与三项分流管道(16)相连通，三向分流管道的第一项出口与洗涤液汇流管道(17)相连，所述洗涤液汇流管道的一端连接在下部锥体的侧壁上，三向分流管道的第二项出口与洗涤液回流管道(18)相连，所述洗涤液回流管道的一端连接在下部锥体的侧壁上，所述洗涤液回流管道与下部锥体的连接处位于洗涤液汇流管道与下部锥体连接处的下方，所述洗涤液回流管道的另一端与过滤器相连，所述洗涤液汇流管道的另一端与洗涤液回流管道相连，三向分流管道的第三项出口与料液出料管道相连通。

5.根据权利要求1所述的六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，其特征在于：所述的上部圆筒体通过设置在顶部的洗涤液进料口与洗涤液储罐(19)相连通，所述的洗涤液进料口还与洗涤液回用管道(20)相连，所述的第一加热夹套和第二加热夹套上相对于洗涤液回流管道和洗涤液汇流管道的位置都开设有缺口。

6.根据权利要求1所述的六氟磷酸锂纯化锥形干燥系统，其特征在于：所述上部圆筒体的顶部还设置有压力保护阀，所述的压力保护阀包括阀体(21)、阀芯(22)和弹簧(23)，所述的阀体呈一端敞开一端密封状，所述阀体敞开的一端固定在上部圆筒体的顶部并与上部圆筒体的内部空间相连通，所述阀芯活塞式连接在阀体内并且其通过弹簧与阀体的密封的一端相连，所述阀体的侧壁上开设有泄流孔(24)，所述的泄流孔通过阀芯进行密封。

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