鋰電池正極材料的生產設備的製作方法

2023-11-11 05:57:32

本發明涉及一種鋰電池正極材料生產設備技術領域，具體來說，涉及一種鋰電池正極材料的生產設備。

背景技術：

鋰離子電池的主要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等。正極材料佔有較大比例，因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。

傳統的工藝中鋰電池的正極材料製備方法一般採用固相合成法，其工藝簡單，製作條件容易控制。例如製作正極材料，將各種顆粒原料按比例混合，然後在高溫下煅燒若干小時固相熱合成製備而成。但是這種生產方法存在不連續性，其生產效率較低，很難適應大規模生產；另外，傳統的工藝中鋰電池正極材料的製備過程中一般直接採用給料、混合和反應，並不具備過濾和乾燥功能，這樣會導致在混合不均勻或者顆粒過大也會直接投入到下一道工序中進行反應，不僅會影響下一道工藝的處理過程，同時也會影響鋰電池正極材料的化學性能，鋰電池正極材料需要在乾燥環境下進行保存，否則也會嚴重影響其性能；此外，目前的給料裝置並不具備定量功能，通常會導致給料過多而造成混合裝置無法裝下那麼多的原料，需要把原料重新拿出來，造成人力物力的浪費，且一般的給料裝置結構複雜，安裝方便，且一般的給料裝置結構複雜，安裝方便，且混合裝置的攪拌機構只能進行上下攪動，攪動效果不好，影響後續工序處理。

因此，特別需要一種可實現連續自動化生產、能夠控制量和提高鋰電池化學性能的鋰電池正極材料的生產設備，以解決現有技術中存在的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為了解決現有技術中的缺陷，提供一種可實現連續自動化生產、能夠控制量和提高鋰電池化學性能的鋰電池正極材料的生產設備，來解決現有技術中存在的問題。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種鋰電池正極材料的生產設備，包括給料裝置、混合裝置、過濾器、反應裝置、冷卻器和乾燥器，所述給料裝置、混合裝置、過濾器、反應裝置、冷卻器和乾燥器依次通過管道連接，所述給料裝置包括給料通道、第一閥板和第二閥板，所述給料通道上端設置有原料進口，所述第一閥板和第二閥板相互間呈上下位置地安裝於給料通道上，所述第一閥板和第二閥板均為閘板式的手控閥板，所述給料通道外部設置有第一拉杆和第二拉杆，所述第一拉杆與第一閥板固定連接，所述第二拉杆與第二閥板固定連接，所述第一閥板和第二閥板關閉時形成定量計量室，所述混合裝置包括釜體，所述釜體內部設置有轉軸，所述轉軸可轉動設置在釜體內並有一伸出端，所述轉軸的伸出端固定連接有一轉動電機，所述轉軸上固定安裝有攪拌機構，所述電機帶動轉軸旋轉轉動，以驅動攪拌機構轉動，所述攪拌機構包括位於中間的至少一個中間攪拌槳、位於釜體內上下側面的至少兩個側面攪拌槳和位於釜體左右端面的至少兩個端面攪拌槳。

為了進一步實現本發明，所述反應裝置由預熱段、反應段、螺旋走料裝置和轉動電機組成，所述預熱段下端連接反應段上端，所述預熱段和反應段的外壁均設置有夾套，所述螺旋走料裝置穿過預熱段及反應段內部，所述螺旋走料裝置下端與轉動電機固定相連。

為了進一步實現本發明，所述原料進口設置有兩個，所述兩個原料進口均為上端開口大下端小的漏鬥狀。

為了進一步實現本發明，所述第一閥板關閉時能夠阻斷給料通道內物料流通，所述第二閥板關閉時能夠阻斷給料通道內物料流通。

為了進一步實現本發明，所述定量計量室的空間體積可以根據需要調整第一閥板和第二閥板之間的間隔進行調整。

為了進一步實現本發明，所述中間攪拌槳、側面攪拌槳和端面攪拌槳的具體數量由釜體和攪拌槳的實際大小決定。

為了進一步實現本發明，所述螺旋走料裝置上固定安裝有溫度傳感器，所述溫度傳感器設置有兩個，兩個溫度傳感器分別設置在螺旋走料裝置的上端和下端。

為了進一步實現本發明，所述過濾器包括第一濾網和第二濾網，所述第一濾網和第二濾網均為可拆卸連接。

為了進一步實現本發明，第一濾網孔徑為50目的不鏽鋼過濾板，第二濾網孔徑為100目的不鏽鋼過濾板。

為了進一步實現本發明，所述預熱段的溫度為200-400℃，所述反應段的溫度為400-800℃。

有益效果

(1)本發明發明目的之一通過設置有給料裝置、混合裝置、過濾器、反應裝置、冷卻器和乾燥器，形成一個完整且全面的鋰電池正極材料的加工生產過程，結構合理體積小，能夠很好的實現充分混合的目的，能夠實現鋰電池正極或負極材料的連續生產，自動化程度高。

(2)本發明發明目的之一通過設置有給料裝置、混合裝置、過濾器、反應裝置、冷卻器和乾燥器，形成一個完整且全面的鋰電池正極材料的加工生產過程，操作簡單，運行穩定，能夠連續、精確地生產鋰電池正極或負極材料，更為適應大規模工業生產的要求。

(3)本發明發明目的之一通過在原有的生產設備當中增加了過濾器和乾燥器，進一步完善加工工藝過程，提高了鋰電池正極材料的顆粒均勻度和乾燥性，能夠有效地提高電池正極材料的化學性能。

(4)本發明發明目的之一在混合裝置內設置有攪拌機構，攪拌機構包括位於中間的至少一個中間攪拌槳、位於釜體內上下側面的至少兩個側面攪拌槳和位於釜體左右端面的至少兩個端面攪拌槳，攪拌機構採用以水平方向為旋轉軸轉動，同時考慮到釜體側面和端面沉積物的堆積，增加了側面攪拌槳和端面攪拌槳，可以使攪拌更加均勻。

(5)本發明發明目的之一在混合裝置內設置有攪拌機構，可降低晶界尺寸，使粒徑分布範圍變小，提高了其電化學性能。

(6)本發明發明目的之一通過設置有定量給料裝置，定量給料裝置主要由給料通道、第一閥板和第二閥板構成，給料通道上端為進料口且下端為出料口，第一閥板和第二閥板相互間呈上下位置地安裝於給料通道上，工作時，關閉第二閥板並打開第一閥板，物料從給料通道的進料口進入，然後關閉第一閥板，此時物料充滿第一閥板和第二閥板之間構成的定量計量室，完成定量計量，然後打開第二閥板使物料下洩並從給料通道的出料口出去，完成一次定量給料，若還需繼續定量給料則重複上述過程，由上可知本發明不僅能夠達到定量給料的目的，而且結構及原理簡單、成本低且易於操作。

(7)本發明發明目的之一設置給料裝置可以定量，就可以根據混合裝置當中的釜體的體積來調整第一閥板和第二閥板之間的距離，就不會造成物料給定太多而造成浪費。

附圖說明

圖1為本發明鋰電池正極材料的生產設備的結構示意圖；

圖2為本發明鋰電池正極材料的生產設備中給料裝置的結構示意圖；

圖3為本發明鋰電池正極材料的生產設備中混合裝置的結構示意圖；

圖4為本發明鋰電池正極材料的生產設備中過濾器的結構示意圖；

圖5為實施例一中反應裝置的結構示意圖；

圖6為本發明鋰電池正極材料的生產設備中冷卻器的結構示意圖；

圖7為本發明鋰電池正極材料的生產設備中乾燥器的結構示意圖；

圖8為實施例二中反應裝置的結構示意圖；

圖9為實施例二中減震件的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步地詳細的說明，這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，本具體實施的方向以圖1方向為標準。

實施例一

如圖1至圖7所示，本發明的鋰電池正極材料的生產設備包括給料裝置1、混合裝置2、過濾器3、反應裝置4、冷卻器5和乾燥器6，給料裝置1、混合裝置2、過濾器3、反應裝置4、冷卻器5和乾燥器6依次通過管道連接，其中：

給料裝置1包括給料通道11、第一閥板12和第二閥板13，給料通道11上端設置有兩個原料進口111，兩個原料進口111均為上端開口大下端開口小的漏鬥狀，第一閥板12和第二閥板13相互間呈上下位置安裝與給料通道11上，第一閥板12和第二閥板13均為閘板式的手控閥板，給料通道11外部設置有第一拉杆14和第二拉杆15，第一拉杆14與第一閥板12固定連接，使得第一拉杆14可以控制第一閥板12開合，第二拉杆15與第二閥板13固定連接，使得第二拉杆15可以控制第二閥板13開合，第一閥板12關閉時能夠阻斷給料通道內物料流通，第二閥板13關閉時能夠阻斷給料通道11內物料流通，第一閥板12和第二閥板13關閉時形成定量計量室16，工作時，通過第二拉杆15關閉第二閥板13並通過第一拉杆14打開第一閥板12，電池正極材料的原料從給料通道11的原料進口111進入，然後關閉第一閥板12，此時電池正極材料原料充滿第一閥板12和第二閥板13之間構成的定量計量室16，完成定量計量，然後可以打開第二閥板13使電池正極材料原料下瀉，完成一次定量給料，定量計量室16的空間體積可以根據需要調整第一閥板12和第二閥板13之間的間隔進行調整。

混合裝置2通過管道與給料裝置1連接，給料裝置1的定量計量室下洩的電池正極材料的原料通過管道進入混合裝置2，混合裝置2包括釜體21，釜體21內部設置有轉軸22，轉軸22可轉動設置在釜體21內並有一伸出端，轉軸22的伸出端固定連接有一轉動電機23，轉軸22上固定安裝有攪拌機構24，電機23帶動轉軸22旋轉轉動，以驅動攪拌機構24轉動，攪拌機構24包括位於中間的至少一個中間攪拌槳241、位於釜體21內上下側面的至少兩個側面攪拌槳242和位於釜體21左右端面的至少兩個端面攪拌槳243，中間攪拌槳241、側面攪拌槳242和端面攪拌槳243的具體數量由釜體21和攪拌槳的實際大小決定，側面攪拌槳242儘量向上下兩側面延伸，端面攪拌槳243儘量向左右兩端延伸，以防止有沉澱物堆積。

過濾器3通過管道與混合裝置2連接，混合裝置2內混合均勻的電池正極材料原料通過管道進入過濾裝置3，過濾裝置3包括第一濾網31和第二濾網32，第一濾網31和第二濾網32均為可拆卸連接，第一濾網31孔徑為50目的不鏽鋼過濾板，第二濾網孔徑為100目的不鏽鋼過濾板，通過設置第一濾網31和第二濾網32能夠過濾掉比較大顆粒的雜質，為後續工藝的處理提供保障，同時，第一濾網31和第二濾網32過濾出來的雜質或者大顆粒原料可以重新倒入給料裝置1進行重新混合攪拌，同時可以將第一濾網31和第二濾網32拆卸下來進行清洗，使用方便快捷。

反應裝置4通過管道與過濾器3連接，過濾之後的電池正極材料原料通過管道輸送到反應裝置4，反應裝置4包括預熱段41、反應段42、螺旋走料裝置43和轉動電機44組成，預熱段41下端連接反應段42上端，預熱段41和反應段42的外壁均設置有夾套，通過在夾套內通入熱煙進行加熱，預熱段41將溫度加熱達到200-400℃，反應段42將溫度加熱達到400-800℃，而螺旋走料裝置43穿過預熱段41及反應段42內部，螺旋走料裝置3下端與轉動電機44固定相連，轉動電機44驅動螺旋走料裝置3轉動，以使得經過預熱段41的電池正極材料原料能夠快速均勻地通過螺旋走料裝置43進入反應段42，將過濾後的正極材料混合料加熱入預熱段41，預熱段41的夾套中通入高溫煙氣，使預熱段41內維持200-400℃，然後將混合材料預熱數小時後直接由螺旋走料裝置43推進至反應段42中，在反應段42的夾套中通入高溫煙氣，使反應段42內維持400-800℃，混合物在此條件下發生化學反應生成鋰電池正極材料錳酸鋰。

冷卻器5與反應段42的底部相連接，冷卻器5包括槽鋼架51和地腳52，槽鋼架51設置在冷卻器5兩側，中間連接有方形凸臺53，方形凸臺53頂部設置有斜面，斜面上具有翅片531與隔板532，方形凸臺53表面具有起連接作用的環形凸緣54，冷卻器5頂部設有冷水進口55和背面設置有冷水出口56，冷卻器51正面設置有冷水進口57，冷卻器5底部設置有冷水出口58，通過冷卻裝置5對鋰電池正極材料錳酸鋰進行冷卻。

乾燥器6用於對通過冷水冷卻後的鋰電池正極材料錳酸鋰進行乾燥處理，乾燥器6包括乾燥箱61、送風裝置62、滾筒輸送機63和儲料盒64，送風裝置62固定設置在乾燥箱61上，滾筒輸送機63固定安裝在乾燥箱61內，儲料盒64固定安裝在滾筒輸送機63上面並通過管道與冷卻器5連接，鋰電池正極材料錳酸鋰通過管道進入到儲料盒64內，送風裝置62向乾燥箱61內部輸送熱風，滾筒輸送機63帶動儲料盒64在乾燥箱61內運動，其中，為了加快乾燥速度，儲料盒64上方或者下方還設置有折流板65，折流板65能夠改變送風裝置62輸送進入乾燥箱61內的熱風的風速和風向，提高熱風的流動速度，從而改變熱風能夠快速的乾燥鋰電池正極材料，縮短乾燥時間，進而提高生產效率。

工作原理：本發明在工作時，首先將正極材料原料通過給料裝置1進行定量給料，可以根據混合裝置2中釜體21的大小進行定量，然後通過管道將原料輸送到混合裝置2，混合裝置2內的攪拌機構24對電池正極材料進行混合攪拌，當攪拌均勻時將攪拌好的原料進行過濾裝置3，過濾裝置3對混合好的物料進行過濾，通過兩層過濾網對其進行過濾，其大顆粒物質過濾出來，以免影響後面的反應工序，接著將過濾後的物料進入反應裝置4的預熱段41，預熱段41的夾套中通入高溫煙氣，使預熱段41內維持200-400℃，然後將混合材料預熱數小時後直接由螺旋走料裝置43推進至反應段42中，在反應段42的夾套中通入高溫煙氣，使反應段42內維持400-800℃，混合物在此條件下發生化學反應生成鋰電池正極材料錳酸鋰，接著將生成錳酸鋰進入到冷卻器5，冷卻器5對錳酸鋰進行冷卻處理，最後將冷卻後的錳酸鋰材料通過管道輸送至乾燥器6，乾燥器6對錳酸鋰材料進行乾燥處理，最後得出電池正極材料成品。

實施例二

如圖8所示，為了優化實施例一，在實施例一的基礎上，通過在螺旋走料裝置43上設置有溫度傳感器431，溫度傳感器431設置有兩個，兩個溫度傳感器431分別設置在螺旋走料裝置43的上端和下端，上端的溫度傳感器431用來檢測預熱段41的溫度，當溫度傳感器431檢測到預熱段41的溫度達到要求時，啟動螺旋走料裝置43將製備原料進入反應段42，下端的溫度傳感器431用來檢測反應段42的溫度，當溫度傳感器431檢測到反應段42的溫度達到要求時，啟動螺旋走料裝置43將反應後的原料錳酸鋰輸送到冷卻器5進行冷卻，控制精準，反應準確。

如圖9所示，為了進一步減少噪音，可以在實施例一的基礎上，乾燥器6滾筒輸送機63和儲料盒64之間還可以通過減震件7固定安裝，達到減震和降低噪音的效果，減震件7包含螺栓71、上部金屬片72、軟體部73和下部金屬片74，螺栓71和上部金屬片72的一端固定連接，上部金屬片72的一端通過軟體部73連接下部金屬片74，在使用的時候，減震件7上部通過螺栓71連接在儲料盒64上，減震件7下部通過螺絲或粘膠設置在滾筒輸送機73內；減震件7採用此種結構時，可通過模具成型(軟體部73可以為矽膠材質)，由於減震件7的上部金屬片72和下部金屬片74是通過軟體部73連接，軟體部73起到減震作用，而兩端部的金屬片結構又能夠使連接結構牢固，能夠有效地降低噪音。

以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明並不局限於上述實施方式，在實施過程中可能存在局部微小的結構改動，如果對本發明的各種改動或變型不脫離本發明的精神和範圍，且屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型。