一種鈍化鋰微球生產裝置的製作方法

2023-06-18 22:20:46 1

本發明屬於二次電池領域，特別涉及一種鈍化金屬鋰微球生產裝置。

背景技術：

近年來，隨著智慧型手機、平板電腦、電動汽車等電器產品對高能量密度化學電源的需求，對二次電池的比容量要求也越來越高。但是現有的二次電池因受材料限制，比容量發展空間有限，因此，急需研究高容量的電池材料。鈍化金屬鋰微球質量輕，電極電勢低，作為高容量的電池負極材料具有很多優勢，可以作為鋰硫電池、鋰空氣電池、鋰全固態電池、鋰聚合物電池的負極以及其它以鈍化金屬鋰微球為負極的二次電池；鈍化金屬鋰微球還可以應用於電池正極或負極材料補鋰用，補充電池循環過程中形成sei膜消耗的鋰離子，達到提高電池容量的作用；鈍化金屬鋰微球也可以作為鋰離子超級電容器的鋰源，提高電池的容量。

目前金屬鋰微球主要採用溼法製備，專利文獻cn101213039a公開的製備金屬鋰微球的方法是：將固體的金屬鋰加入溶劑烴油中，加熱攪拌，金屬鋰熔化，再通過高速攪拌，製備得到金屬鋰微球，再加入氟化劑將其鈍化，得到表面有氟化鋰保護的金屬鋰微球，之後經過冷卻過濾，得到表面有烴油的金屬鋰微球，經過溶劑己烷三次清洗，溶劑戊烷一次清洗，得到產品。溼法製備存在的問題：1)工藝路線長，製備過程複雜；2)產品表面會有少量的溶劑(烴油、己烷、戊烷)殘留，對產品的電化學性能發揮有一定的影響。

技術實現要素：

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種鈍化金屬鋰微球生產裝置，該裝置不需要使用溶劑，製備的金屬鋰微球表面比較乾淨。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是：一種鈍化金屬鋰微球生產裝置，包括熔鋰罐、鈍化罐和產品篩分收集設備，所述熔鋰罐設有加熱器ⅰ，在所述鈍化罐內的頂部設有熔融鋰霧化器，所述熔融鋰霧化器通過輸送管道與所述熔鋰罐銜接，所述鈍化罐設有氣流冷卻循環系統和出料部，所述產品篩分收集設備與所述鈍化罐的出料部銜接。

所述氣流冷卻循環系統包括依次連接的迴風管、抽風機、冷卻器ⅱ和供風管，所述供風管的出口設置在所述鈍化罐內並位於所述熔融鋰霧化器的下方，所述迴風管與所述鈍化罐的上部連接，在所述迴風管上設有過濾器，所述抽風機和所述冷卻器ⅱ設置在所述鈍化罐的外部。

所述氣流冷卻循環系統還包括鈍化劑霧化器，所述氣流冷卻循環系統包括依次連接的所述迴風管、所述抽風機、所述冷卻器ⅱ、所述鈍化劑霧化器和所述供風管，所述鈍化劑霧化器置在所述鈍化罐的外部。

在所述輸送管道的外側設有保溫加熱結構。

在所述鈍化罐的中部外側設有冷卻器ⅰ。

所述鈍化罐的出料部為安裝在所述鈍化罐內的接料漏鬥，所述接料漏鬥位於所述氣流冷卻循環系統的出口下方，所述產品篩分收集設備安裝在所述鈍化罐內的底部，包括從上至下依次銜接的篩分器和集料箱，所述篩分器位於所述接料漏鬥的下方，二者銜接，在所述鈍化罐底部的側壁上設有過渡艙門。

所述鈍化罐的出料部為設置在其底部的出料口，所述產品篩分收集設備安裝在所述鈍化罐的下方，包括氬氣手套箱以及安裝在所述氬氣手套箱內的篩分器和收集箱，所述鈍化罐的出料口與所述氬氣手套箱的入料口密封連接，所述收集箱設置在所述篩分器的下方，所述篩分器與所述鈍化罐的出料口銜接，在所述氬氣手套箱上設有過渡艙門。

在所述輸送管道上設有閥門。

所述熔融鋰霧化器採用超聲霧化器或離心霧化器。

本發明具有的優點和積極效果是：通過採用乾燥的熔鋰罐將固態的金屬鋰熔融成液態的金屬鋰，並在乾燥的鈍化罐內將液態的金屬鋰霧化成細微的金屬鋰液滴使其分散下落，在下落過程中與冷卻鈍化氣流相遇，受冷凝固成金屬鋰微球，與鈍化劑反應在金屬鋰微球的表面形成鈍化膜，獲得已經鈍化的金屬鋰微球，表面活性較低。本發明採用幹法生產，工藝路線簡單，製備過程中不需要使用溶劑，製備的金屬鋰微球表面比較乾淨，獲得的鈍化金屬鋰微球直徑為0.010～0.120mm，可以根據不同的應用篩分成不同目數的產品，用作高容量的二次電池的負極、二次電池負極或正極補鋰及作為鋰離子超級電容器鋰源，能極大地提高二次電池的容量。並且本發明能夠提高生產效率，保證產品質量。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的結構示意圖；

圖2為本發明實施例2的結構示意圖。

圖中：1、加熱器ⅰ；2、熔鋰罐；3、篩分器；4、接料漏鬥；5、冷卻器ⅰ；6、鈍化罐；7、輸送管道；8、閥門；9、加熱器ⅱ；10-1、超聲霧化器；10-2、離心霧化器；11、過濾器；12、抽風機；13、冷卻器ⅱ；14、供風管，15、迴風管；16、鈍化劑霧化器；17、收集箱；18、過渡艙門；19、氬氣手套箱；20、高速電機。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下：

請參閱圖1～圖2，一種鈍化金屬鋰微球生產裝置，包括熔鋰罐2、鈍化罐6和產品篩分收集設備，所述熔鋰罐2設有加熱器ⅰ1，在所述鈍化罐6內的頂部設有熔融鋰霧化器，所述熔融鋰霧化器通過輸送管道7與所述熔鋰罐2銜接，所述鈍化罐6設有氣流冷卻循環系統和出料部，所述產品篩分收集設備與所述鈍化罐6的出料部銜接。

實施例1：

請參閱圖1，一種採用超聲霧化器10-1作為熔融鋰霧化器鈍化金屬鋰微球的生產裝置，具體結構包括熔鋰罐2和鈍化罐6，所述熔鋰罐2設有加熱器ⅰ1，所述熔鋰罐2的底部通過輸送管道7與所述鈍化罐6的頂部連接，所述輸送管道7的出口部伸入在所述鈍化罐6內，在所述鈍化罐6內的頂部固定有與輸送管道出口銜接的超聲霧化器10-1，所述鈍化罐6設有氣流冷卻循環系統，在所述鈍化罐6內的底部設有相互銜接的篩分器3和收集箱17，所述收集箱17設置在所述篩分器3的下方，在所述鈍化罐6底部的側壁上設有過渡艙門18。

在本實施例中，為了使冷卻鈍化氣流與分散下落的金屬鋰液滴形成對流，提高鈍化質量，所述氣流冷卻循環系統包括依次連接的迴風管15、抽風機12、冷卻器ⅱ13和供風管14，所述供風管14水平設置在所述鈍化罐6內的下部，在所述供風管14上設有出口，所述迴風管15與所述鈍化罐6的上部連接，在所述迴風管15上設有過濾器11，過濾器11設置在所述迴風管15的端部，位於所述鈍化罐6內，所述抽風機12和所述冷卻器ⅱ13設置在所述鈍化罐6的外部。為了方便非氣態鈍化劑的使用，所述氣流冷卻循環系統還包括鈍化劑霧化器16，所述氣流冷卻循環系統包括依次連接的所述迴風管15、所述抽風機12、所述冷卻器ⅱ13、所述鈍化劑霧化器16和所述供風管14，所述鈍化劑霧化器16設置在所述鈍化罐6的外部。採用所述鈍化劑霧化器16將非氣態的鈍化劑霧化，使鈍化劑以蒸汽形態混入金屬鋰保護氣，用於形成冷卻鈍化氣流。為了便於金屬鋰液的輸送和霧化，在所述輸送管道7的外側設有保溫加熱結構，使輸送管道7的溫度為200～300℃，在所述輸送管道7的出口部上設有加熱器ⅱ9，使輸送管道7出口處的溫度為200～1000℃。為了防止細微的金屬鋰液滴在分散下落的過程中粘連在罐壁上，在所述鈍化罐6的中部外側設有冷卻器ⅰ5，使鈍化罐的溫度為0～80℃。為了使冷卻鈍化氣流在橫向上更加均勻地分布，所述供風管14採用環形結構，在環形供風管上設有多個朝上的所述出口。在本實施例中，所述鈍化罐6的出料部為安裝在所述鈍化罐6內的接料漏鬥4，所述接料漏鬥4位於所述氣流冷卻循環系統的出口下方。所述產品篩分收集設備安裝在所述鈍化罐6的內部，包括從上至下依次銜接的篩分器3和收集箱17，所述篩分器3位於所述接料漏鬥4的下方，二者銜接。為了調節控制液態金屬鋰的流量，在所述輸送管道7上設有閥門8，閥門8的外側設有保溫加熱結構。

以使用非氣態鈍化劑為例對本實施例1的工作過程及原理進行說明如下：

鋰錠去除包裝後，加入乾燥的熔鋰罐2，抽真空後充金屬鋰保護氣，在本實施例中，金屬鋰保護氣常採用氬氣。啟動加熱器ⅰ1，將金屬鋰加熱至熔融；然後在熔鋰罐2內用氬氣加壓0.005～0.1mp，液態金屬鋰通過輸送管道7經閥門8進入鈍化罐6內，此時在鈍化罐6內已經形成有冷卻鈍化氣流。輸送管道7及閥門8需要加熱保溫至200～300℃；加熱器ⅱ9對輸送管道7的出口部加熱，使該處的溫度為200～1000℃。從輸送管道7出口部滴流出的高溫金屬鋰液進入超聲霧化器10-1，控制超聲霧化器的頻率為10～100khz，高溫金屬鋰液被霧化成細微的金屬鋰液滴分散下落。同時鈍化罐6內的冷卻鈍化氣流經抽風機12增壓、冷卻器ⅱ13冷卻，進入鈍化劑霧化器16，將霧化後蒸汽形態的鈍化劑混入冷卻鈍化氣流後進入供風管14，經供風管14的出口在鈍化罐6的下部排出，通過調節冷卻器ⅱ13控制供風管14出口處冷卻鈍化氣流的溫度為0～80℃。在抽風機12的作用下，冷卻鈍化氣流緩慢均勻地上升，與分散下落的細微的金屬鋰液滴形成對流，細微的金屬鋰液滴在冷卻鈍化氣流的作用下凝固成金屬鋰微球，同時與冷卻鈍化氣流中蒸汽形態的鈍化劑反應在表面形成保護膜，獲得鈍化金屬鋰微球。鈍化金屬鋰微球經接料漏鬥4落入篩分器3進行篩分，獲得所需粒徑的產品落入收集箱17。收集箱17可以經鈍化罐6上的過渡艙門18取出。

實施例2：

請參閱圖2，一種採用離心霧化器10-2作為熔融鋰霧化器鈍化金屬鋰微球的生產裝置，包括熔鋰罐2和鈍化罐6，所述熔鋰罐2設有加熱器ⅰ1，所述熔鋰罐2的底部通過輸送管道7與所述鈍化罐6的頂部連接，所述輸送管道7的出口部伸入在所述鈍化罐6內，在所述鈍化罐6內的頂部固定有與輸送管道出口銜接的離心霧化器10-2，所述鈍化罐6設有氣流冷卻循環系統，在所述鈍化罐6的底部設有出料口，所述鈍化罐6的出料口與氬氣手套箱19的入料口密封連接，在所述氬氣手套箱19內設有相互銜接的篩分器3和收集箱17，所述收集箱17設置在所述篩分器3的下方，所述篩分器3與所述鈍化罐6的出料口銜接，在所述氬氣手套箱19上設有過渡艙門18。

在本實施例中，為了使冷卻鈍化氣流與分散下落的金屬鋰液滴形成對流，提高鈍化質量，所述氣流冷卻循環系統包括依次連接的迴風管15、抽風機12、冷卻器ⅱ13和供風管14，所述供風管14的出口伸入至所述鈍化罐6內的底部，所述迴風管15與所述鈍化罐6的頂部連接，在所述迴風管15上設有過濾器11，所述抽風機12和所述冷卻器ⅱ13設置在所述鈍化罐6的外部。為了方便非氣態鈍化劑的使用，所述氣流冷卻循環系統還包括鈍化劑霧化器16，所述氣流冷卻循環系統包括依次連接的所述迴風管15、所述抽風機12、所述冷卻器ⅱ13、所述鈍化劑霧化器16和供風管14，所述鈍化劑霧化器16設置在所述鈍化罐6的外部。為了便於金屬鋰液的輸送和霧化，在所述輸送管道7的外側設有保溫加熱結構，用於保證輸送管道7出口處的溫度為200～800℃。為了防止細微的金屬鋰液滴在分散下落的過程中粘連在罐壁上，在所述鈍化罐6的中部外側設有冷卻器ⅰ5，用於保證鈍化罐的溫度較低，鈍化罐的溫度以0～80℃為宜。為了保證生產順暢，所述鈍化罐6採用兩頭小中間大的橄欖型結構。在本實施例中，所述鈍化罐6的出料部為設置在其底部的出料口，所述產品篩分收集設備安裝在所述鈍化罐的下方，包括氬氣手套箱19以及安裝在所述氬氣手套箱19內的篩分器3和收集箱17，所述鈍化罐6的出料口與所述氬氣手套箱19的入料口密封連接，所述收集箱17設置在所述篩分器3的下方，所述篩分器3與所述鈍化罐6的出料口銜接，在所述氬氣手套箱19上設有過渡艙門18。為了調節控制液態金屬鋰的流量，在所述輸送管道7上設有閥門8，閥門8的外側設有保溫加熱結構。

以使用非氣態鈍化劑為例對本實施例的工作過程及原理進行說明如下：

鋰錠去除包裝後，加入乾燥的熔鋰罐2，抽真空後充金屬鋰保護氣，在本實施例中，金屬鋰保護氣採用氬氣。啟動加熱器ⅰ1，將金屬鋰加熱至熔融；然後在熔鋰罐2內用氬氣加壓0.005～0.1mp，液態金屬鋰通過輸送管道7經閥門8進入鈍化罐6內，此時在鈍化罐6內已經形成有冷卻鈍化氣流。輸送管道7及閥門8需要加熱保溫，使輸送管道7出口處的溫度為200～800℃；從輸送管道7出口滴流出的高溫金屬鋰液進入離心霧化器10-2，離心霧化器10-2由高速電機20驅動，高速電機20的轉速可達1～8萬轉/分。高溫金屬鋰液被離心霧化器10-2霧化成細微的金屬鋰液滴分散下落。同時鈍化罐6內的冷卻鈍化氣流經抽風機12增壓、經冷卻器ⅱ13冷卻，進入鈍化劑霧化器16，將霧化後蒸汽形態的鈍化劑混入冷卻鈍化氣流後進入供風管14，經供風管出口在鈍化罐6的下部排出，通過調節冷卻器ⅱ13控制供風管14出口處冷卻鈍化氣流的溫度為0～80℃。在抽風機12的作用下，冷卻鈍化氣流緩慢均勻地上升，與分散下落的細微的金屬鋰液滴形成對流，細微的金屬鋰液滴在冷卻鈍化氣流的作用下凝固成金屬鋰微球，同時與冷卻鈍化氣流中蒸汽形態的鈍化劑反應在表面形成保護膜，獲得鈍化金屬鋰微球。鈍化金屬鋰微球通過鈍化罐6底部的出料口落入氬氣手套箱19內的篩分器3進行篩分，獲得所需粒徑的產品落入收集箱17。收集箱17可以經氬氣手套箱19上的過渡艙門18取出。

在本發明中，上述冷卻鈍化氣流是由鈍化罐內的金屬鋰保護氣摻入鈍化劑形成的，鈍化劑用於對金屬鋰微球表面進行鈍化，可以採用磷酸類、磷酸酯類、硫酸類、硫醇類、矽氧烷類、含氟的化合物和液體石蠟等，也可以採用二氧化碳與氧氣混合等氣體。如果使用氣態鈍化劑，只需將氣態鈍化劑直接充入鈍化罐，氣態鈍化劑與罐內的金屬鋰保護氣混合，在氣流冷卻循環系統的作用下形成冷卻鈍化氣流，此時所述氣流冷卻循環系統不包括鈍化劑霧化器16。如果使用非氣態鈍化劑，需要將非氣態鈍化劑霧化後，將鈍化劑霧化蒸汽加入金屬鋰保護氣，在氣流冷卻循環系統的作用下形成冷卻鈍化氣流，此時所述氣流冷卻循環系統應該包括鈍化劑霧化器16。金屬鋰保護氣可使用氬氣等不與金屬鋰反應的惰性或穩定氣體。

上述生產裝置對環境的相對溼度有一定要求，最好將鈍化罐安置在乾燥間內。上述鈍化金屬鋰微球包括鈍化純金屬鋰微球，還包括鈍化鋰金屬中摻雜鋁元素、矽元素、硼元素、鎂元素、銦元素、鋅元素等其他元素的鋰合金微球，摻雜方式可以採用單元、二元、三元或多元摻雜，摻雜元素的含量為0.01％～40％。例如：鈍化鋰鋁合金微球、鈍化鋰鎂硼合金微球、鈍化鋰鎂硼矽合金微球等。

儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍的情況下，還可以做出很多形式，這些均屬於本發明的保護範圍之內。