新型电解液调配装置的制作方法

1.本实用新型涉及锂离子电池电解液生产领域，特别涉及一种调配容器内设置制冷模块的新型电解液调配装置。


背景技术：

2.近年来，锂离子电池的生产得到了快速的发展，电解液的用量也日益增加。在电解液的生产过程中，锂盐溶解产生溶剂化作用会释放出大量的热量，导致电解液温度上升；而温度的上升会导致锂盐和/或热不稳定性添加剂产生变质，因此电解液生产过程中需要严格控制温度。
3.目前普遍采用夹套釜进行降温，夹套内是循环流动的冷冻液(如乙二醇的水溶液)，釜内是调配的电解液溶液，通过夹套釜内壁进行热量交换，从而起到降低溶液温度的作用。当釜的体积较小(如小于5000l)时，内壁用于热交换的面积相对于釜的体积较大，可以满足电解液生产迅速降温的要求；但当釜的体积上升到10000l甚至更高时，由于提高生产效率的需要，往往在釜上安装2～3个甚至更多的锂盐加料口，单位时间内溶解的锂盐更多，热量的释放速度更快，无法满足控制温度的需求，只能降低锂盐加料速率，此时，夹套釜冷却的方式就变成了生产过程的瓶颈，限制了电解液的生产速率。
4.经分析发现，造成夹套釜换热瓶颈的主要原因如下：
5.(1)夹套釜内壁换热面积有限。
6.为提高换热面积，东莞杉杉专利cn103390771a公开了采用循环泵将电解液转移到混合釜外进行换热的方法，釜外部空间大，可以配置不同面积的换热器来解决釜内壁换热面积小的问题，从而提高生产效率。但这种方式也存在缺陷，如外部管道中容易积累电解液残液，清洗时需消耗大量溶剂，容易造成浪费。
7.(2)冷冻液和电解液的温差不足。
8.通过降低冷冻液的温度来提高冷冻液和电解液的温差，这在一定范围内有效，但降低冷冻液温度对冷冻机和输送管道的保温提出了更高的要求，导致能量的利用效率下降和成本上升，总体经济性差。
9.(3)釜内壁导热速度慢。
10.首先，釜内壁的导热速度与釜壁的材料有关。一般地，不锈钢材料的导热率并不理想，例如ss304的导热速度仅为15w/(m
·
k)，不锈钢ss316l的导热速度为14w/(m
·
k)左右。相比之下，银的导热速度为420w/(m
·
k)，铜的导热速度为400w/(m
·
k)，铝稍差一些，也有237w/(m
·
k)，都显著高于不锈钢材料。不锈钢的导热速度仅为银、铜等金属的3～4％，差距十分显著，但银、铜等金属的机械强度较低，成本较高。
11.其次，釜内壁的导热速度与壁厚成反比。当成本限制较严格时，在材质不变的情况下，可以降低换热壁的厚度来提高换热速度。如果将壁厚减薄到原来的1/4，则换热速度将上升到原来的4倍左右。然而，夹套釜内壁除了换热之外，还承担着支撑内容物的作用，若釜内壁过薄，其在电解液溶液巨大的重量压迫下可能变形或破裂，造成安全事故。因此，釜内
壁必须做得较厚以增加其强度，以保证使用安全，这一要求与减薄板材以提高导热能力又是互相矛盾的。


技术实现要素：

12.为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种换热效率高、降温效果好、结构简单、安全有效的电解液调配装置。
13.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
14.一种新型电解液调配装置，包括调配容器、混合部件，所述电解液调配装置还包括：
15.制冷模块，所述制冷模块包括制冷板和支撑件，所述制冷板通过支撑件连接所述调配容器的内侧壁；所述制冷板为含空腔的密封结构，空腔内含冷冻液，所述制冷板为厚度0.5～4mm的不锈钢板、导热系数≥100w/(m
·
k)的金属板或不锈钢与热的良导体形成的复合板。
16.所述复合板为双层结构，包括：与冷冻液接触的热的良导体层，以及与电解液接触的不锈钢层。
17.所述热的良导体层的材质选自铜、银或铝，厚度为2～8mm；所述不锈钢层的厚度为0.5～3mm。
18.本实用新型所述制冷板对电解液(含锂盐、溶剂和添加剂)具有耐腐蚀性。银、铜、铝等材质的导热性非常好，但其耐腐蚀性和机械性能不及不锈钢板。因此，为综合导热性、耐腐蚀性和机械性能，当所述制冷板为复合板时，采用双层结构，热的良导体层置于内层，与冷冻液接触；不锈钢层置于外层，与电解液接触。
19.当所述制冷板采用不锈钢板时，在保证强度满足要求的情况下，尽可能采用薄的板材，如厚度为2.0mm甚至1.5mm的板材，以提高导热速度。
20.当所述制冷板采用金属板是，可以是铝合金板、铜合金板、钛板等，厚度为1～6mm。
21.所述制冷板可根据所述支撑件向上或向下调节位置，以确保所述制冷板在工作状态时，与电解液接触。优选地，所述制冷板在工作状态时位于电解液液面下。更为优选地，所述制冷板在工作状态时浸没于电解液中，但靠近电解液液面，以降低流体压强。
22.进一步地，所述制冷板上设有通孔，便于电解液流动。通孔的形状不受限制，如圆柱体、方柱体，只要电解液可穿过所述通孔即可。
23.采用本实用新型的电解液调配装置，可采用常规较厚的单层容器壁来承载电解液的重量，无需使用含冷冻夹套的调配容器，电解液的冷却通过高导热效率的制冷板实现。所述制冷板不同于冷却内壁，它不需要承载电解液的重量，只需要浸没在电解液中承受流体的压强或流动冲击力即可。由于不再需要支撑电解液的重量，制冷板的壁厚可以尽可能薄(如4mm、3mm、2mm)，以提高换热的速率。
24.作为优选，所述制冷板上设有冷冻液入口和冷冻液出口，连接循环的冷冻液，冷冻液经所述冷冻液入口进入所述空腔，经所述冷冻液出口离开所述空腔，以实现连续冷却的效果，提高冷却效率。
25.本实用新型所述制冷板的位置没有特殊限定，只要制冷板与电解液接触即可达到制冷效果。作为优选，所述制冷板与调配容器内侧壁的夹角为α，0
°
≤α≤90
°
；当α为0
°
时，制
冷板与调配容器内侧壁平行；当α为90
°
时，制冷板与调配容器内侧壁垂直；当0
°
＜α＜90
°
时，制冷板倾斜向下，且靠近调配容器内侧壁的一端高于另一端。
26.所述制冷板的形状不受限制，可以是环形板、扇形板、弧形板、圆柱形板或矩形板。作为优选，所述制冷板为环形版或弧形板。
27.本实用新型所述制冷板的数量不受限制，作为优选，所述制冷板至少一个。
28.本实用新型所述混合部件选自搅拌桨、射流泵、喷射嘴或混料管，优选常用的搅拌桨。
29.本实用新型所述调配容器为密闭调配釜，反应釜顶部设置进料口，反应釜底部设置排料口。所述进料口包括至少一个锂盐投料口、至少一个溶剂和/或添加剂进料口。
30.本实用新型所述新型电解液调配装置进一步包括：
31.设置在调配容器上的排气口；
32.和/或设置在调配容器上的气压平衡装置；
33.和/或设置在调配容器上的温度测定装置。
34.与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有的有益效果为：
35.实用新型通过在调配容器内设置制冷板代替冷冻夹套，不仅结构简单、操作安全，且大大提高了换热效率、降温效果好，大大提升电解液生产效率，适于产业化应用。
附图说明
36.图1(a)为本实用新型实施例1的电解液调配装置结构简图；
37.图1(b)为本实用新型实施例1的电解液调配装置的俯视图；
38.图2(a)为本实用新型实施例2的电解液调配装置结构简图；
39.图2(b)为本实用新型实施例2的电解液调配装置的俯视图。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
41.实施例1
42.本实施例提供一种新型电解液调配装置，如图1(a)和图1(b)所示，所述电解液调配装置包括：
43.调配容器1，所述调配容器采用密闭调配釜；
44.混合部件2，所述混合部件采用外部机械动力的搅拌桨；
45.制冷模块，所述制冷模块包括制冷模块包括制冷板31、支撑件32和设置在所述制冷板上的通孔33，所述制冷板通过支撑件连接密闭调配釜的内侧壁；所述制冷模块采用2块圆环形制冷板，从调配釜的内侧壁向搅拌轴方向倾斜向下，有利于锂盐从制冷板上滑落；所述制冷板为不锈钢板，厚度为4mm，不锈钢板为含空腔的密封结构，空腔内含冷冻液(如乙二醇水溶液)；
46.所述制冷板上设有冷冻液入口和冷冻液出口，用于连接循环的冷冻液，进一步提高冷却效果，加快降温；
47.进料口，所述进料口设置在密闭调配釜的顶部，包括二个锂盐投料口41和二个溶剂和/或添加剂进料口42；
48.本实施例的电解液调配装置还可以包括：
49.设置在密闭调配釜上的排气口；
50.和/或设置在密闭调配釜上的气压平衡装置；
51.和/或设置在密闭调配釜上的温度测定装置。
52.上述结构或部件均为本领域的常规设置，在此不再赘述。
53.实施例2
54.本实施例提供一种新型电解液调配装置，如图2(a)和图2(b)所示，所述电解液调配装置包括：
55.调配容器1，所述调配容器采用密闭调配釜；
56.混合部件2，所述混合部件采用外部机械动力的搅拌桨；
57.制冷模块，所述制冷模块包括制冷模块包括制冷板31、支撑件32和通孔(未示出)，所述制冷板通过支撑件连接密闭调配釜的内侧壁；所述制冷板为不锈钢与铜的双层复合板围合形成的圆柱形板，与调配釜内侧壁平行；所述复合板同样为含空腔的密封结构，空腔内含冷冻液(如乙二醇水溶液)，复合板中的不锈钢层与电解液接触，厚度为2mm；铜层与冷冻液接触，厚度为4mm。所述制冷板上设有冷冻液入口和冷冻液出口，用于连接循环的冷冻液，进一步提高冷却效果，加快降温；
58.进料口，所述进料口设置在密闭调配釜的顶部，包括二个锂盐投料口41和二个溶剂和/或添加剂进料口42；
59.本实施例的电解液调配装置还可以包括：
60.设置在密闭调配釜上的排气口；
61.和/或设置在密闭调配釜上的气压平衡装置；
62.和/或设置在密闭调配釜上的温度测定装置。
63.上述结构或部件均为本领域的常规设置，在此不再赘述。