CN220610409U - 一种低成本多功能三元前驱体合成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种低成本多功能三元前驱体合成装置，涉及锂离子电池正极材料前驱体合成的技术领域。合成装置包括反应釜本体，反应釜本体内设有转筒，转筒内设有反应腔，转筒侧壁与反应釜本体之间形成外腔，转筒的侧壁上设有微孔，转筒的底部连接有驱动转筒旋转的离心电机，转筒旋转时浆料中的液体能够通过微孔从反应腔进入外腔；进料装置，用于将反应浆料输入到反应腔中；搅拌组件，用于分散反应腔的浆料；所述反应釜本体的底部设出液口，转筒底部设有出料口。本实用新合成装置能够整合多个工序并实现全自动化，转筒的设置能够使生产连续进行，减少设备投入、缩短电池正极材料前驱体浆料游离在反应釜外的时间，提高生产效率，降低成本。

Description

一种低成本多功能三元前驱体合成装置

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池正极材料前驱体合成的技术领域，尤其涉及一种低成本多功能三元前驱体合成装置。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、寿命长、环境适应性强等优点在新能源汽车和储能领域具有广泛应用。锂电池正极材料占锂电池成本约40％,提高正极材料前驱体性能至关重要。我国是三元前驱体制造大国，2022年产量占比83％。目前行业中前驱体制备工序采取的是合成、洗涤、烘干等技术，该技术存在着生产设备多、流程长、效率低、人工成本高等难题导致企业降低生产成本难度高限制经济效益提升。尽管有很多工程及科研人员从事相关设备的改进但是前驱体制备工作效率并未有较大提升。

CN 214716519 U专利公开了一种制备三元前驱体的共沉淀反应装置，包括发生装置、碱溶解罐盐溶解罐、反应釜和过滤釜，发生装置与盐溶解罐、反应釜和过滤釜之间通过管道串联。碱溶解罐、盐溶解罐分别通过物料输送管道和反应釜串联，反应釜和过滤釜通过物料输送管道串联且反应釜的盐液进料口一端和进气口一端均设有超声装置。通过管道的串联，共用一套发生装置得到了综合利用又可有效的预防物料被氧化。在反应釜内的盐料进料口和进气口处均设有超声装置，在超声作用以及管路内流体自身重力的作用下，能够有效的防止反应物堵塞管道，从而保证反应连续稳定的进行。该专利在现有成熟的设备上进行局部优化改造但是其并未解决工艺流程长设备多等问题。

CN 218795858 U专利公开了一种正极材料前驱体共沉淀反应设备，包括反应釜，用于容纳前驱体浆料并供前驱体浆料在其中反应。输入单元，用于将前驱体浆料输入到主体中。搅拌组件，设置于反应釜内用于搅拌反应釜内的前驱体浆料。过滤组件包括若干个绕搅拌组件搅拌轴环向设置于反应釜内的滤芯，用于拦截反应釜内的前驱体以获得浓缩前驱体浆料并滤出滤清液。反应釜上设有液位计感测部的底端与滤芯的底部齐平或位于低于滤芯底部的位置。该实用新型正极材料前驱体共沉淀反应设备通过反应釜上设置的液位计可以记录液位从开始进液一直到膜过过滤组件上端的整个液位变化数据，由此为业主的后续生产的生产工艺改进提供了经验数据，但是生产成本及提升产能并未有明显提升。

CN 210206842 U专利公开了一种共沉淀合成反应装置，包括至少一个可独立进行反应的共沉淀合成反应模块，共沉淀合成反应模块包括框架、设置于所述框架内的散热风扇组件、设置于所述框架上的加热组件、设置于所述加热组件上的反应釜、设置于所述反应釜下方的电磁搅拌组件、设置于所述反应釜上方的冷却密封组件以及设置于所述冷却密封组件上的分配针组件。该实用新型的共沉淀合成反应装置可实现共沉淀反应和陈化过程自动进行，本实用新型可以同时进行多组共沉淀实验，在一个装置上完成多通道同时加料、混合、控温、陈化、反应监测(如PH值测量)等整个反应的过程，从而大大提高用共沉淀方法进行材料制备合成的效率且造价便宜，操作灵活但是结构复杂产业化难度较大。

现有的反应釜在对电池正极材料前驱体进行生产的过程中，对于反应缓慢的物料需要主反应釜与次反应釜协同反应过程，其中在主反应釜中实现晶体长大，在次反应釜中进行颗粒直径再分配和形貌调整。在此基础上，如果再需要对反应釜中的浆料进行浓缩，则需增设单独的浓缩机，并且增加了电池正极材料前驱体浆料在反应釜外的放置时间。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提出一种低成本多功能三元前驱体合成装置，能够减少设备投入、缩短电池正极材料前驱体浆料游离在反应釜外的时间。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种低成本多功能三元前驱体合成装置，包括反应釜本体，反应釜本体内设有转筒，转筒内设有反应腔，转筒侧壁与反应釜本体之间形成外腔，转筒的侧壁上设有微孔，转筒的底部连接有驱动转筒旋转的离心电机，转筒旋转时浆料中的液体能够通过微孔从反应腔进入外腔；进料装置，用于将反应浆料输入到反应腔中；搅拌组件，用于分散反应腔的浆料；所述反应釜本体的底部设出液口，转筒底部设有出料口。

还包括加热装置，加热装置设于外腔中。

所述加热装置包括导热管，导热管盘附在转筒的外壁，并与转筒外壁预留有间隙，间隙大小为0.1-5mm。

所述搅拌组件包括搅拌电机和搅拌桨叶，搅拌电机包括减速机和转轴，搅拌桨叶位于转轴上。

所述搅拌桨叶分为上搅拌桨叶和下搅拌桨叶，上搅拌桨叶为推进式搅拌桨叶，下搅拌桨叶为圆盘式搅拌桨叶。

所述转筒为呈圆柱体状，顶部敞口；出液口和出料口处均设有阀门。

所述转筒的内壁上设有滤网，反应腔中浆料内的液体经滤网过滤后进入外腔。

所述转筒侧壁上微孔的孔径为0.5-5mm；所述滤网的孔径为3-15um。

所述进料装置包括若干根进料管，进料管从顶部插设在反应腔内。

所述进料装置包括4根进料管，4根进料管两两对称分布在上搅拌桨叶和下搅拌桨叶外侧。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过将反应釜与浓缩机的过滤组件进行结合，在反应釜内设置用于离心的转筒，当反应进行到一定程度时，通过旋转转筒，对浆料进行离心，母液进入外腔并从出液口排出，使转筒内的浆料具有较高的浓度，实现了浆料反应和浓缩的连续进行。综上，装置能够整合多个工序并实现全自动化，转筒的设置能够使生产连续进行，减少设备投入、缩短电池正极材料前驱体浆料游离在反应釜外的时间，提高生产效率，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为转筒的结构示意图。

图中，1、搅拌电机；2、减速机；3、转筒；4、加热装置；5、进料装置；6、离心电机；7、阀门；8、圆盘式搅拌桨叶；9、推进式搅拌桨叶。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。

实施例1

一种低成本多功能三元前驱体合成装置，如图1所示，包括反应釜本体，反应釜本体为中空结构，在反应釜本体内设有转筒3，转筒3内设有反应腔，转筒3的侧壁与反应釜本体的内壁之间预留有一定距离，使转筒3侧壁与反应釜本体之间形成外腔。外腔的顶部可以封闭也可以敞口，封闭指反应腔与外腔顶部不连通，转筒3内的浆料不会通过顶部溢流进外腔。转筒3的侧壁上设有微孔，微孔可呈阵列排布。转筒3的底部连接有驱动转筒3旋转的离心电机6，转筒3旋转时浆料中的液体能够通过微孔从反应腔进入外腔。由于转筒3位于反应釜本体内部，离心电机6的转轴穿过反应釜本体的底部并通过轴封密封，转轴对转筒3起到支撑作用。进料装置5，用于将反应浆料输入到反应腔中。搅拌组件，用于分散反应腔的浆料，使物料充分接触，提高反应效率。所述反应釜本体的底部设出液口，转筒3底部设有出料口，转筒3离心出的母液储存在外腔中并通过出液口排出，余下的浓缩浆料通过出料口排出。

另外，该三元前驱体合成装置中还包括加热装置4，加热装置4通过导热油管路，将热能间接传递给釜内物料。具体实施例中，可以将加热装置4设于外腔中，提高加热效率。

应用时，启动加热装置4和搅拌装置，温度上升到设定温度后将硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰配置的成一定摩尔浓度的混合盐溶液、氢氧化钠配置成一定摩尔浓度的碱溶液及使用作为络合剂的氨水，经进料装置5定速加入到反应釜中参与合成反应，当经过一段时间后釜内液位升到特定高度，开启离心电机6，借助离心原理将部分反应母液经转筒3内壁孔隙排出，反应持续进行。

实施例2

一种低成本多功能三元前驱体合成装置，如图1所示，所述加热装置4包括导热管，导热管内流通有导热油。将导热管盘附在转筒3的外壁，并与转筒3外壁预留有间隙，保证转筒3旋转时不会不导热管产生摩擦或碰撞。为了兼顾加热效果，间隙大小为0.1-5mm，具体的，可以为0.1、0.2、0.5、1、2、3、4、5等。

其他结构同实施例1。

实施例3

一种低成本多功能三元前驱体合成装置，如图1所示，所述搅拌组件包括搅拌电机1和搅拌桨叶，搅拌电机1包括减速机2和转轴，转轴的转速可以通过控制箱进行调控。搅拌桨叶位于转轴上，转轴转动带动搅拌桨叶旋转，对反应腔内的浆料进行搅拌。

进一步的，所述搅拌桨叶分为上搅拌桨叶和下搅拌桨叶，上搅拌桨叶为推进式搅拌桨叶9，搅拌时对浆料进行下压；下搅拌桨叶为圆盘式搅拌桨叶8，具体为六叶直角圆盘式桨叶。通过在反应腔内设置上下两层搅拌桨叶，进一步提高反应混合效果。

其他结构同实施例2。

实施例4

一种低成本多功能三元前驱体合成装置，如图1和2所示，所述转筒3的内壁上设有滤网，滤网可以通过密封压合方式固定在转筒3内侧。转筒3旋转离心时，反应腔中浆料内的液体经滤网过滤后进入外腔。

具体的，所述转筒3侧壁上微孔的孔径为0.5-5mm；所述滤网的孔径为3-15um。通过调控两者孔径的大小，可进一步提高离心效率。

所述进料装置5包括若干根进料管，优选的，进料管为3-5根；进料管从顶部插设在反应腔内，进料管的插入高度可调节，且且每根进料管都可拆卸清理。

具体的，所述进料装置5包括4根进料管，4根进料管两两对称分布在上搅拌桨叶和下搅拌桨叶外侧。

具体的，所述转筒3为呈圆柱体状，顶部敞口，便于进料管和搅拌组件插入；出液口和出料口处均设有阀门7，阀门7可以选择电子阀。

一个优选的实施例中其他结构同实施例3。

具体的，硫酸镍、硫酸钴、硫酸锰配置的成一定摩尔浓度的混合盐溶液，氢氧化钠配置成一定摩尔浓度的碱溶液，使用氨水作为络合剂，将上述溶液经进料管定速加入到转筒3中参与合成反应。当经过一段时间后釜内液位升到特定高度，开启离心电机6借助离心原理将部分反应母液经转筒3内壁孔隙排出，反应持续进行。中反应合成完成后降低搅拌电机1转速进行熟化反应。经过一定批次的生产后，测量浸出液中锂元素含量达到沉淀要求后，开启阀门7将浆料排到下一个工序，接着进行下一个周期的生产。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (10)

1.一种低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，包括反应釜本体，反应釜本体内设有转筒(3)，转筒(3)内设有反应腔，转筒(3)侧壁与反应釜本体之间形成外腔，转筒(3)的侧壁上设有微孔，转筒(3)的底部连接有驱动转筒(3)旋转的离心电机(6)，转筒(3)旋转时浆料中的液体能够通过微孔从反应腔进入外腔；进料装置(5)，用于将反应浆料输入到反应腔中；搅拌组件，用于分散反应腔的浆料；所述反应釜本体的底部设出液口，转筒(3)底部设有出料口。

2.根据权利要求1所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，还包括加热装置(4)，加热装置(4)设于外腔中。

3.根据权利要求2所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述加热装置(4)包括导热管，导热管盘附在转筒(3)的外壁，并与转筒(3)外壁预留有间隙，间隙大小为0.1-5mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述搅拌组件包括搅拌电机(1)和搅拌桨叶，搅拌电机(1)包括减速机(2)和转轴，搅拌桨叶位于转轴上。

5.根据权利要求4所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述搅拌桨叶分为上搅拌桨叶和下搅拌桨叶，上搅拌桨叶为推进式搅拌桨叶(9)，下搅拌桨叶为圆盘式搅拌桨叶(8)。

6.根据权利要求1-3或5中任一项所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述转筒(3)为呈圆柱体状，顶部敞口；出液口和出料口处均设有阀门(7)。

7.根据权利要求1所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述转筒(3)的内壁上设有滤网，反应腔中浆料内的液体经滤网过滤后进入外腔。

8.根据权利要求7所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述转筒(3)侧壁上微孔的孔径为0.5-5mm；所述滤网的孔径为3-15um。

9.根据权利要求1所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述进料装置(5)包括若干根进料管，进料管从顶部插设在反应腔内。

10.根据权利要求9所述的低成本多功能三元前驱体合成装置，其特征在于，所述进料装置(5)包括4根进料管，4根进料管两两对称分布在上搅拌桨叶和下搅拌桨叶外侧。