应用于锂离子电池正极材料的混合造粒设备的制作方法

1.本实用新型涉及粉体处理设备，尤其涉及一种应用于锂离子电池正极材料的混合造粒设备。


背景技术：

2.随着新能源行业的迅速发展，锂离子电池作为一种新型、绿色的能源提供方式广泛应用于汽车动力电池、电化学储能、3c产品电池等领域。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、绿色可循环等优点，但是由于成本原因，目前市场上仍未大规模普及，而正极材料作为锂离子电池的主要原料，其高居不下的生产成本正是制约锂离子电池降低成本的关键因素。正极材料制备过程中最关键、成本最高的一道生产工序就是烧结，由于烧结主要为固相反应，反应周期长，高温能耗高，生产产能低，且成本高；另外由于制备正极材料的原料前驱体和锂源颗粒粒径小，装钵量较高时反应产生的废气难以及时排出，底部原料反应不完全，导致烧结后产品上下分层，一致性较差，进而影响锂离子电池电化学性能，使其容量、循环等性能恶化。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种应用于锂离子电池正极材料的混合造粒设备，该设备制备的前驱体锂源混合原料，可以以较高的装钵量进行烧结，且烧结周期短，产品一致性高。有效提高了生产效率，降低了生产成本。
4.根据本实用新型的第一方面实施例的应用于锂离子电池正极材料的混合造粒设备，包括混合造粒室、搅拌装置、冷却夹套和气动排料装置，混合造粒室，设有造粒腔；所述混合造粒室的顶部安装有粘结剂添加装置、物料添加口、粉尘过滤器；搅拌装置，安装于所述造粒腔的底部，所述搅拌装置包括多个桨叶和用于驱动所述桨叶转动的驱动装置；冷却夹套，套于所述混合造粒室外，所述冷却夹套的一侧设有冷却水进口和冷却水出口；气动排料装置，设于所述冷却夹套的另一侧且与所述造粒腔连通。
5.根据本实用新型实施例的应用于锂离子电池正极材料的混合造粒设备，至少具有如下技术效果：该设备将锂离子电池正极材料前驱体与锂源按一定配比混合完成后进行造粒，将其制备成具有一定尺寸分布和颗粒强度的大粒径混合物料颗粒，此时由于大颗粒混合物特性，装钵量可大幅提升，缩短生产周期，降低生产成本，并且产物一致性得到保障，综合性能优越。
6.根据本实用新型的一些实施例，所述粘结剂添加装置安装于所述混合造粒室的上端面，所述粘结剂添加装置的一部分伸入所述造粒腔内，所述粘结剂添加装置喷射所述造粒腔的一半空间。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述粘结剂添加装置位于所述混合造粒室的一侧和所述混合造粒室的中心之间的距离的1/2处。
8.根据本实用新型的一些实施例，多个所述桨叶上下依次排列，多个所述桨叶为错位结构设置。
9.根据本实用新型的一些实施例，靠近所述造粒腔底面的所述桨叶与所述造粒腔的底面之间具有缝隙。
10.根据本实用新型的一些实施例，多个所述桨叶的总高度为所述造粒腔高度的1/2。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述混合造粒室包括主体和可上下移动的上盖，所述主体设有所述造粒腔，所述上盖盖于所述主体上进而密封所述造粒腔。
12.根据本实用新型的一些实施例，还包括吹扫装置，所述吹扫装置安装于所述混合造粒室的顶部，且所述吹扫装置的一部分伸入所述造粒腔内，所述吹扫装置对所述造粒腔的侧壁进行吹扫。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述吹扫装置对所述造粒腔侧壁的上半部分进行吹扫。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述冷却夹套的高度为所述造粒腔高度的1/2，所述冷却夹套套于所述混合造粒室的底部。
15.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过实用新型的实践了解到。
附图说明
16.本实用新型的附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
17.图1为本实用新型实施例的应用于锂离子电池正极材料的混合造粒设备的结构示意图；
18.图2为桨叶安装于造粒腔内的俯视结构示意图。
19.附图标记：混合造粒室100、造粒腔110、主体120、上盖130、粘结剂添加装置200、物料添加口300、粉尘过滤器400、搅拌装置500、桨叶510、驱动装置520、冷却夹套600、冷却水进口610、冷却水出口620、气动排料装置700、吹扫装置800。
具体实施方式
20.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
21.本实用新型的描述中，多个的含义是两个以上。需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右和中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。在仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
22.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，安装和连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
23.参照图1所示，根据本实用新型实施例的应用于锂离子电池正极材料的混合造粒设备包括混合造粒室100、搅拌装置500、冷却夹套600和气动排料装置700，混合造粒室100，设有造粒腔110；混合造粒室100的顶部安装有粘结剂添加装置200、物料添加口300、粉尘过滤器400；搅拌装置500，安装于造粒腔110的底部，搅拌装置500包括多个桨叶510和用于驱动桨叶510转动的驱动装置520；冷却夹套600，套于混合造粒室100外，冷却夹套600的一侧设有冷却水进口610和冷却水出口620；气动排料装置700，设于冷却夹套600的另一侧且与造粒腔110连通。
24.例如，驱动装置520为立式电机，立式电机通过皮带驱动桨叶510转动；物料添加口300用于添加不同原料，物料添加口300安装有用于开闭物料添加口300的阀门；粉尘过滤器400用于及时排出造粒腔110内的密封气以及混合造粒过程中产生的水汽，并保证粉料不随气体排出而损失；冷却水入口、冷却水出口620用于接通循环冷却水系统；
25.工作时，开启阀门打开物料添加口300，锂离子电池正极材料的原料前驱体和锂源按照一定配比定量从物料添加口300加入造粒腔110，并保证填充量《50％。添加完成后关闭阀门封闭物料添加口300，准备开始混料，此时冷却水系统需保证稳定运行，冷却水从冷却水入口进入冷却夹套600，带走混合造粒室100运行产生的热量，从冷却水出口620流出回到冷水系统。混料时，立式电机可先进行低频率运转，带动桨叶510将原料预混合，预混合完成后，提高电机运行频率，使桨叶510快速转动，带动物料产生纵向和切向运动，将多种原料快速混合均匀。原料混合完成后进行造粒，首先调节电机频率使桨叶510保持低转速，带动物料缓慢转动，然后将配制好的粘结剂从粘结剂添加装置200均匀加入至造粒腔110内的物料中，具体加入量可根据不同物料性质进行调整。粘结剂添加装置200喷头喷洒范围可调整至覆盖造粒腔110的一半空间，并且随着桨叶510带动物料缓慢转动，可以保证粘结剂均匀地添加至混合物料上。粘结剂添加完成后，提高电机频率使桨叶510快速转动，桨叶510旋转时，产生从中心部位到周边的抛物线型气流，与上部、下部桨叶510相作用，快速旋转时形成强烈的窝卷气流使粉体与粘结剂发生自传公转并被均匀分散，并且在挤压力及颗粒表面力的作用下实现造粒。造粒后物料颗粒的粒径及物理强度由桨叶510结构，桨叶510转速，粘结剂成分、比例、添加量，原料性质，造粒时间等因素综合决定。总之，造粒后物料具有更大的颗粒粒径，通常为500μm～5mm之间，其内均匀分布各原料颗粒混合物，且具备一定的物理强度，在干燥后仍可维持原有形态。造粒过程中，需开启粉尘过滤器400，及时排出设备内的密封气以及造粒过程中产生的水汽，防止物料颗粒附着在混合造粒室100内壁；同时需保证循环水冷却系统开启，快速带走设备运转产生的热量。在一个混合造粒过程完成后，物料由气动排料装置700排出，经由简单干燥后即可进行装钵在辊道窑中烧结。由于造粒后颗粒的特性，大粒径而带来的颗粒间的缝隙可使氧气顺利进入更厚的料层参与反应，而且可保证反应产生的废气可及时排出，使反应转化率大幅提高，因此可提高50％左右的装钵量而保证匣钵内物料反应完全。同时，由于造粒后物料颗粒内部各原料接触更加紧密，使固相反应控制步骤扩散阶段的反应时间大幅减小，颗粒间传热更加均匀、迅速，故而可进一步缩短烧结周期，提高生产产量，降低生产成本。
26.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，粘结剂添加装置200安装于混合造粒室100的上端面，粘结剂添加装置200的一部分伸入造粒腔110内，粘结剂添加装置200喷射造粒腔110的一半空间。具体地，混合造粒室100为圆柱形，其造粒腔110也为圆柱形，造粒腔
110的一半空间是指圆柱形的左半部分，这样的结构以保证粘结剂均匀地添加至混合物料上。
27.在本实用新型的进一步实施例中，如图1所示，粘结剂添加装置200位于混合造粒室100的一侧和混合造粒室100的中心之间的距离的1/2处。具体地，粘结剂添加装置200位于圆柱形的半径的1/2处，这样的结构以确保粘结剂喷射造粒腔110的一半空间。
28.在本实用新型的一些实施例中，如图1、2所示，多个桨叶510上下依次排列，多个桨叶510为错位结构设置。具体地，多个桨叶510可以为2个、3个、4个或4个以上，例如，桨叶510为4个，桨叶510可选结构为刮刀式，4个桨叶510上而下依次排列安装，俯视看时，上层的桨叶510和下层的桨叶510呈60
°
设置，这样的结构以使粉体与粘结剂均匀分散，并且在挤压力及颗粒表面力的作用下实现造粒。
29.在本实用新型的进一步实施例中，如图1所示，靠近造粒腔110底面的桨叶510与造粒腔110的底面之间具有缝隙。最下层桨叶510尽可能接近造粒腔110的底部，目的为刮起底层物料使其反复与上层物料碰撞混合。
30.在本实用新型的进一步实施例中，如图1所示，多个桨叶510的总高度为造粒腔110高度的1/2。
31.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，混合造粒室100包括主体120和可上下移动的上盖130，主体120设有造粒腔110，上盖130盖于主体120上进而密封造粒腔110。例如，开闭气缸安装于主体120上，开闭气缸的活动端与上盖130连接，工作时，开闭气缸驱动上盖130上下移动；上盖130安装有粘结剂添加装置200、物料添加口300、粉尘过滤器400。上盖130可上下移动，以方便清洗造粒腔110和维修桨叶510。
32.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，还包括吹扫装置800，吹扫装置800安装于混合造粒室100的顶部，且吹扫装置800的一部分伸入造粒腔110内，吹扫装置800对造粒腔110的侧壁进行吹扫。在混合造粒设备连续生产的过程中，会不可避免的产生水汽凝结、物料附着在混合造粒室100内壁的现象。为改善这一状况，在每一个工作流程结束后，可开启吹扫装置800利用洁净干燥的压缩空气将混合造粒室100内壁吹扫干净，由于此物料量较少，可留在混合造粒室100内与下一次生产加入的原料混合而无较大影响，待下一次造粒生产完成后一起排出。此物料量长期生产中处于稳定状态，在工艺可控范围内。具体地，吹扫装置800使用洁净干燥的压缩空气为气源，该装置安装于上盖130中心点处。
33.在本实用新型的进一步实施例中，如图1所示，吹扫装置800对造粒腔110侧壁的上半部分进行吹扫。由于水汽凝结、物料主要附着造粒腔110侧壁的上半部分，这样设置以避免耗费过多的压缩空气。
34.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，冷却夹套600的高度为造粒腔110高度的1/2，冷却夹套600套于混合造粒室100的底部。冷却夹套600仅覆盖混合造粒室100下半部是为了防止上部高温水汽被冷却凝结。
35.上述的粘结剂添加装置200、粉尘过滤器400、气动排料装置700、吹扫装置800可参考现有的装置。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”或、“可以想到的是”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或
示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
37.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。