一种用于生产三元正极材料的喷雾包覆系统的制作方法

1.本实用新型属于电池材料生产设备领域，尤其涉及三元正极材料，例如高镍三元正极材料等，具体涉及一种用于生产三元正极材料的喷雾包覆系统。


背景技术：

2.随着新能源产业的发展，新能源汽车的产销量近年来实现多次突破，锂离子电池在其上的需求程度也日益增强，这就要求锂离子电池在其电化学性能的发挥上有更大的突破。目前，三元正极材料的锂离子电池因具备高能量密度优势，顺应了产业发展需求，已逐渐成为锂离子电池主流技术路线。
3.就三元正极材料而言，提高镍含量虽是一种提升材料容量的不错选择，但同时其带来不利影响也不可忽视，如li/ni混排的加剧，表面副反应的增加，特别是颗粒间残锂导致正极材料吸潮进而使材料出现“果冻状”，严重影响了正极材料的性能；同时碱性残留的上升还会导致安全问题等，可见，该些问题的存在严重阻碍了高镍三元正极材料在商业化道路上的发展。
4.为了解决这些问题，实现高镍三元正极材料的商业化，大多采用表面包覆（形成大致为核壳结构的三元正极材料，核层为高镍三元材料，壳层为特定的包覆材料）或离子掺杂的方式。常见的表面包覆由于难以控制包覆的均匀性，易造成材料表面某部分包覆层较厚而另外部分包覆较薄或者未包覆上。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的用于生产三元正极材料的喷雾包覆系统，该系统通过特定雾化装置与搅拌机构的配合，实现了核层材料的外表面能够均匀且全面的包覆有包覆材料，提升三元正极材料的整体性能。
6.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.一种用于生产三元正极材料的喷雾包覆系统，该系统包括混合容器以及设置在所述混合容器的上部的喷雾装置、设置在所述混合容器的下部且用于搅拌混合所述混合容器内部物料的搅拌装置；其中，所述喷雾装置包括雾化喷头、与所述雾化喷头连通的包覆材料输送机构、设置在所述混合容器的上部且用于驱动所述雾化喷头振动的振动机构，所述雾化喷头位于所述混合容器内部且设置在所述振动机构上。
8.根据本实用新型的一些优选方面，所述系统还包括设置在所述振动机构上的软管，所述包覆材料输送机构通过所述软管与所述雾化喷头连通。
9.根据本实用新型的一些优选方面，所述振动机构包括超声波发生器、与所述超声波发生器连接的超声波换能器、与所述超声波换能器连接的变幅杆，以及与所述变幅杆连接的超声波振动棒，所述超声波振动棒伸入所述混合容器中，所述雾化喷头设置在所述超声波振动棒的伸入所述混合容器的部分上。
10.根据本实用新型的一些具体方面，所述包覆材料输送机构包括用于储存包覆材料
的储罐以及两端分别与所述储罐、所述雾化喷头连通的导管、设置在所述导管上的蠕动泵。
11.根据本实用新型的一些优选方面，所述搅拌装置包括设置在所述混合容器内的搅拌桨、与所述搅拌桨传动连接的驱动轴以及用于驱动所述驱动轴运动的驱动部件，所述搅拌桨包括沿上下方向依次设置的第一搅拌部和第二搅拌部。
12.进一步地，所述第一搅拌部包括设置在所述驱动轴上的第一基座以及对称设置在所述第一基座上的偶数个第一搅拌叶，所述第二搅拌部包括设置在所述驱动轴上的第二基座以及对称设置在所述第二基座上的偶数个第二搅拌叶。
13.进一步地，所述第二搅拌叶的远离所述驱动轴的一端与所述驱动轴之间的距离大于所述第一搅拌叶的远离所述驱动轴的一端与所述驱动轴之间的距离。
14.根据本实用新型的一些优选方面，所述第一搅拌叶与所述第二搅拌叶在同一水平面上的正投影不重合。
15.根据本实用新型的一些优选且具体的方面，所述第一基座、所述第二基座的横截面分别为圆形，且所述第一基座的横截面的面积小于所述第二基座的横截面的面积。
16.根据本实用新型的一些优选方面，所述雾化喷头位于所述搅拌桨的正上方。
17.由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
18.本实用新型创新地在混合容器上增设能够发生振动的雾化喷头，使包覆材料通过该雾化喷头呈雾状向四周扩散并包覆在核层材料外表面，同时由于该雾化喷头能够振动，使得包覆材料能够更均匀的扩散在混合容器中，提升包覆均匀性与完整度，此外还结合搅拌装置的作用，实现了核层材料的外表面能够均匀且全面的包覆有包覆材料，提升三元正极材料的整体性能，避免需要二次包覆，降低了生产制造成本，又能提高自动化程度，具有良好的应用前景。
附图说明
19.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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1为本实用新型实施例用于生产三元正极材料的喷雾包覆系统的结构示意图；
21.图2为图1中a处的放大示意图；
22.图中，1、混合容器； 21、雾化喷头； 221、导管；222、蠕动泵； 231、超声波发生器；232、超声波振动棒； 31、搅拌桨；311、第一基座；312、第一搅拌叶；313、第二基座；314、第二搅拌叶；32、驱动轴；33、驱动部件；4、观察口；5、出料机构；6、密封机构。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
24.在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。下面结合附图对本实用新型优选的实施方式进行详细说明。
27.下面结合附图对于本实用新型做进一步说明。
28.如图1-2所示，本例提供了一种用于生产三元正极材料的喷雾包覆系统，该系统包括混合容器1以及设置在混合容器1的上部的喷雾装置、设置在混合容器1的下部且用于搅拌混合容器1内部物料的搅拌装置。
29.其中，喷雾装置包括雾化喷头21、与雾化喷头21连通的包覆材料输送机构、设置在混合容器1的上部且用于驱动雾化喷头21振动的振动机构，雾化喷头21位于混合容器1内部且设置在振动机构上。
30.本例中，包覆材料输送机构包括用于储存包覆材料的储罐以及两端分别与储罐、雾化喷头21连通的导管221、设置在导管221上的蠕动泵222。其中的包覆材料可以选用本领域已知的诸如低镍材料、纳米钴等，然后将其配置成混合液存放于储罐中，储罐可自带搅拌设备，用于保持混合液较好地分散性，而流体状的混合液便于被蠕动泵222输送，而且蠕动泵222采用流量传感控制方式，有效地控制包覆材料的添加量。雾化喷头21可采用市售的雾化喷头，只需将本例的混合液以雾状或类似雾状喷洒出来即可。
31.本例中，振动机构包括超声波发生器231、与超声波发生器231连接的超声波换能器、与超声波换能器连接的变幅杆，以及与变幅杆连接的超声波振动棒232，超声波振动棒232伸入混合容器1中，雾化喷头21设置在超声波振动棒232的伸入混合容器1的部分上。本例的振动机构不仅能够带动雾化喷头21以一定频率振动，进而有利于将包覆材料分散在混合容器1中的各个方向，提升核层材料上的包覆效果，同时还能够产生超声波，进一步振动混合容器1中的物料，从而提升包覆均匀性与有效性。此外，本例中的变幅杆上还设置有冷却机构，由于变幅杆长期工作易累积热量，为避免其损坏，本例设置的冷却机构可以对其进行有效降温，例如采用水冷方式进行换热。
32.进一步地，本例中，该系统还包括设置在振动机构上的软管，包覆材料输送机构通过软管与雾化喷头21连通，软管的设置有效地配合振动机构的振动，避免刚性连接造成设备的损坏与不持续性。
33.本例中，搅拌装置包括设置在混合容器1内的搅拌桨31、与搅拌桨31传动连接的驱动轴32以及用于驱动驱动轴32运动的驱动部件33（可以为电机），搅拌桨31包括沿上下方向依次设置的第一搅拌部和第二搅拌部。进一步地，第一搅拌部包括设置在驱动轴32上的第一基座311以及对称设置在第一基座311上的偶数个第一搅拌叶312，第二搅拌部包括设置在驱动轴32上的第二基座313以及对称设置在第二基座313上的偶数个第二搅拌叶314。而且本例中，还使第二搅拌叶314的远离驱动轴32的一端与驱动轴32之间的距离大于第一搅拌叶412的远离驱动轴32的一端与驱动轴32之间的距离，第一搅拌叶412与第二搅拌叶415在同一水平面上的正投影不重合，第一基座311、第二基座313的横截面分别为圆形，且第一基座311的横截面的面积小于第二基座313的横截面的面积。上述设置方式可以使得混合容器1内的物料获得不同方向且大小也不完全相同的作用力，而且形成类似扰流作用的搅拌混合方式，提升核层材料与包覆材料的混合均匀性，包覆的完整度也得以有效提高。
34.进一步地，雾化喷头21位于搅拌桨31的正上方，且两者均位于混合容器1沿上下方向的中心部位，便于包覆材料向四周扩散且搅拌更充分。
35.本例中，该系统包括设置在混合容器1外壁上的观察口4，观察口4可采用透明材料密封，便于观察混合容器1内部的物料情况，进而有利于及时把握包覆情况，同时还可以在观察口4位置设置类似于放大镜似的设备，便于在工况环境不佳的情况下更清晰地观察内部情况。
36.本例中，该系统包括设置在混合容器1的一侧的底部的出料机构5，可以采用电机驱动出料门进行开合，进而实现自动放料，提升自动化程度。
37.本例中，该系统包括设置在混合容器1的上部且用于盖合混合容器1的盖体、设置在混合容器1的一侧的密封机构6，该密封机构6用于将盖体与混合容器1进行密封，避免雾化状的包覆材料或者其他核层材料等在高速混合过程中飞溅而出。进一步地，该密封机构可以主要为三部分，一部分与盖体连接，一部分与混合容器的外壁连接，一部分（例如可以为气缸等驱动设备）用于实现前述两部分靠拢或分开，进而间接实现盖体与混合容器的有效密封。
38.综上，本实用新型创新地在混合容器上增设能够发生振动的雾化喷头，使包覆材料通过该雾化喷头呈雾状向四周扩散并包覆在核层材料外表面，同时由于该雾化喷头能够振动，使得包覆材料能够更均匀的扩散在混合容器中，提升包覆均匀性与完整度，此外还结合搅拌装置的作用，实现了核层材料的外表面能够均匀且全面的包覆有包覆材料，提升三元正极材料的整体性能，避免需要二次包覆，降低了生产制造成本，又能提高自动化程度，具有良好的应用前景。
39.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。