一种用于锂离子电池电极活性材料制造的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型属于能源材料领域，提出一种用于锂离子电池电极活性材料制造的装置，包括超声空化罐和搅拌反应器，所述超声空化罐位于搅拌反应器的上方，超声空化罐底部有物料出口；所述搅拌反应器顶部开有物料入口通过管道与超声空化罐底部的物料出口连接，搅拌反应器底部设置有出料管道，所述出料管道分为第一支路和第二支路，所述第一支路为产品排出的支路，所述第二支路与所述超声空化罐连接；所述超声空化罐内设置有超声波换能器。本实用新型提出的装置，采用超声波的空化效应来对电极活性物质的湿化学包覆或掺杂过程进行强化，提高效率并提升效果。
【专利说明】一种用于锂离子电池电极活性材料制造的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于能源材料领域，具体涉及一种锂离子电池电极活性材料掺杂的装置。
【背景技术】
[0002]在锂离子电池正极活性材料的生产工艺中，如钴系的LiCoO2，锰系的LiMn2O4,三元系的LiNil_x_yMnxCoy02，磷酸盐系的LiMPO4(M:Fe，Mn, V)等材料在生产过程中或是合成完成后，出于对提高材料的导电性能、电化学性能、热稳定性等因素考虑，往往要对材料进行后处理，如进行包覆和掺杂处理。包覆是在电极材料表面通过各种方法包覆一层其它化合物来弥补材料的缺点，提高材料的实用性。掺杂一般要将所掺元素填充到晶格内，掺杂原子取代某种原子的位置，从而改善材料的理化性能。
[0003]用于包覆和掺杂的材料包括无机氧化物、无机盐或它类活性物质、单质和导电聚合物几类，包覆和掺杂是一种非常简便有效的改善锂离子电池电极活性物质材料性能的方法，可明显提高电极活性物质的热稳定性，结构稳定性、高温时的循环性和倍率放电特性等等，目前包覆和掺杂过程用得较多的工艺是液相湿化学沉积法。
[0004]传统的湿化学包覆掺杂过程只是将包覆和掺杂材料加入电极活性物质的液相介质中在一定的温度条件下搅拌完成，由于其传统设备搅拌过程的传质效果所限和材料本身的缺陷，使包覆和掺杂的均匀性不太理想，效率不高，很难使包覆层均匀地分布在电极活性物质的粉体上或均匀地掺入到晶格中。
实用新型内容
[0005]针对现有技术的不足之处，本实用新型的目的是提出一种用于锂离子电池电极活性材料制造的装置。
[0006]为实现本实用新型目的技术方案为:
[0007]一种用于锂离子电池电极活性材料制造的装置，包括超声空化罐和搅拌反应器，所述超声空化罐位于搅拌反应器的上方；
[0008]所述搅拌反应器顶部开有物料入口，搅拌反应器底部设置有出料管道，所述出料管道分为第一支路和第二支路，所述第一支路为产品排出的支路，所述第二支路与所述超声空化罐连接；
[0009]所述超声空化罐内设置有超声波换能器，超声空化罐顶部开有加料管的入口和第二支路的入口，超声空化罐底部开有物料出口通过管道连接到搅拌反应器顶部的物料入口并在连接管道上设置有流量控制阀。
[0010]其中，所述加料管上设置有加料计量泵，所述第二支路上设置有隔膜泵。
[0011 ] 优选地，所述超声空化罐内设置有三个超声波换能器，超声空化罐顶部开有加料管的入口和三个分流管的入口，所述第二支路经过分流器分为三个分流管，进入超声空化罐顶部。
[0012]其中，所述超声空化罐内三个超声波换能器呈等边三角形或等腰三角形排列，间距为超声空化罐直径的0.3?0.8倍，所述三个分流管的入口各与一个超声波换能器接近，分流管的入口和换能器之间的距离为超声空化罐直径的0.01?0.03倍(即每对互相接近的分流管入口和换能器之间的距离)。
[0013]超声波的空化效应是指当超声波在流体中传播时，在周期性的声场压力作用下，流体中出现大量微小的空泡随着声压不断进行周期性的膨胀和溃灭运动的现象。空泡膨胀、溃灭的过程时间极短，一般在数纳秒至微秒之间，空泡溃灭时在空泡内部会产生瞬时高温、高压,并使气泡内核液体界面的介质裂解,超声空化的这一特性为电极活性物质的包覆和掺杂过程提供了特殊的环境。
[0014]本实用新型的有益效果在于:
[0015]本实用新型提出的装置，采用超声波的空化效应来对电极活性物质的湿化学包覆掺杂过程进行强化。装置利用超声空化效应来对包覆和掺杂材料的溶液进行超声空化处理后再与电极活性物质的液相浆料结合进行包覆掺杂。采用本申请提出的装置，通过控制超声空化的时间、频率、循环的次数等参数，可以控制电极活性材料被包覆或被掺杂，便于灵活控制产品质量。
[0016]对于包覆或掺杂过程，超声空化能将电极材料颗粒充分分散开，增加反应面积和使表面活化，可有效地促进固液多相反应，同时空化作用使多相介质混合得更均匀，可获得均匀包覆和掺杂效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型电极活性材料制造装置的结构图。
[0018]图2为超声空化罐的俯视图。
[0019]图中，1一搅拌反应器，2—出料阀，3—隔膜泵，4一分流器，5—分流管，6—超声波换能器，7—加料计量泵，8—加料管，9一超声空化罐，10—流量控制阀，11—管道。
【具体实施方式】
[0020]下面通过最佳实施例来说明本实用新型。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本实用新型而不是用来限制本实用新型的范围。
[0021]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0022]实施例1:
[0023]参见图1，一种基于超声空化作用的锂离子电极活性材料制造装置，包括超声空化罐9和搅拌反应器I，超声空化罐9位于搅拌反应器I的上方；
[0024]搅拌反应器I顶部开有物料入口，搅拌反应器I底部设置有出料管道，所述出料管道分为第一支路和第二支路，所述第一支路为产品排出的支路，第一支路上开有出料阀2，第二支路与超声空化罐9连接。第二支路上设置有隔膜泵3。
[0025]见图2，超声空化罐9 (直径300mm)内设置有三个超声波换能器6，呈等边三角形(边长160mm)排列，超声波换能器6连接有超声波发生器，共有三套超声空化装置(图中未示出超声波发生器，超声波发生器与超声波换能器是标准配置，整体为一个超声空化装置)。超声空化罐顶部开有加料管的入口和三个分流管的入口，分流管的入口和换能器之间的距离为10mm。超声空化罐底部开有物料出口通过管道11连接搅拌反应器I顶部的物料入口，管道11上设置有流量控制阀10。加料管8上设置有加料计量泵7。
[0026]本实用新型提出的装置，基于超声波的空化效应，通过控制循环和加料时间等工艺参数，可以进行锂电池电极材料的包覆或掺杂。
[0027]包覆操作:正极活性材料为钴酸锂,包覆材料为硫酸亚锡,溶于水制成包覆液。首先将包覆液加入搅拌反应器I中，然后开启隔膜泵3进行从搅拌反应器I到超声空化罐9的循环，同时开启超声波发生器，控制发生器频率在200-500KHZ的中频率，对包覆液进行超声空化，调节流量控制蝶阀10来控制超声空化罐的液面即包覆液在超声空化罐内的停留时间，以达到控制包覆液的空化强度，包覆液空化时间10分钟后，通过计量泵7加入正极活性材料钴酸锂，混合物通过管道11进入搅拌反应器搅拌，同时通过第二支路返回超声空化罐9，再进入搅拌反应器1，如此循环搅拌约I小时之后，包覆完成的浆液由出料阀2放出，过滤干燥后就得到经过包覆后的正极活性材料。
[0028]以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于锂离子电池电极活性材料制造的装置，其特征在于，包括超声空化罐和搅拌反应器，所述超声空化罐位于搅拌反应器的上方； 所述搅拌反应器顶部开有物料入口，搅拌反应器底部设置有出料管道，所述出料管道分为第一支路和第二支路，所述第一支路为产品排出的支路，所述第二支路与所述超声空化罐连接； 所述超声空化罐内设置有超声波换能器，超声空化罐顶部开有加料管的入口和第二支路的入口，超声空化罐底部有物料出口通过管道连接到搅拌反应器顶部的物料入口并在连接的管道上设置有流量控制阀。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加料管上设置有加料计量泵，所述第二支路上设置有隔膜泵。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声空化罐内设置有三个超声波换能器，超声空化罐顶部开有加料管的入口和分流管的入口，所述第二支路经过分流器分为三个分流管，进入超声空化罐顶部。
4.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述超声空化罐内三个超声波换能器呈等边三角形或等腰三角形排列，间距为超声空化罐直径的0.3?0.8倍，所述三个分流管的入口各与一个超声波换能器接近，分流管的入口和换能器之间的距离为超声空化罐直径的0.0l?0.03倍。
【文档编号】B01J19/00GK204051655SQ201420555472
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】李锡力, 叶尚云, 张平伟 申请人:北京圣比和科技有限公司