一种合成高结晶性纳米级固态电解质前驱体的连续反应器的制作方法

1.本实用新型属于固态电解质领域，具体涉及一种合成高结晶性纳米级固态电解质前驱体的连续反应器。


背景技术：

2.当前市场上的锂离子二次电池大部分采用的为液态电解质，很大程度限制了生产过程，在装配的环境要求上，对水分控制十分严苛，且在后续产品应用上，液态的电解质有包装漏液、集电体腐蚀、过高温爆炸等安全问题。此外，因为液态电解质在电化学反应中会伴随保护膜(sei)生成、副反应产气、过高温高压分解等问题，使得电池普遍存在循环容量衰减的现象。若采用固态电解质，则可以有效改善上述问题，固态电解质有着高安全及长寿命的特性，在装配上除了替换电解液，也起到了隔膜的作用，大幅简化了电池的结构，可以达到更高能量密度的设计，在外型设计上也更加灵活方便，由于无须隔绝空气，在生产上也减少了对设备及环境的要求，节约了大部分的固定资产成本。
3.固态电池材料目前主要分两大类：第一类是聚合物类型(凝胶类)电解质，包括聚醚系(聚氧化乙烯，peo)、聚丙烯腈系(pan)、聚甲基丙烯酸酯系(pmma)、聚偏氟乙烯(pvdf)系等，尽管聚合物电解质在发展和应用上，可以明显克服液态锂离子电池的一些缺点，但是仍存在一些问题待解决：比如常温下导离子率偏低，与电极兼容性差，机械强度仍不够等。第二类是无机物类型固态电解质，相对于凝胶聚合物电解质而言，在热力学稳定性和机械强度方面有较大提升，能大电流充放电，使用安全性能高。无机物类型固态电解质按其晶体结构又分为晶态电解质和非晶态电解质。晶态电解质目前已发展的主要研究有钙钛矿(abo3)型结构、锂离子电解质、nasicon型结构锂离子电解质、lisicon型结构锂离子电解质等。其中nasicon型结构锂离子电解质的合成尤为重要，nasicon的化学通式为ab2(po4)3(a为li、na、k、rb或cs等一价金属元素，b为ti、zr、ge、si或sn等四价元素)。
4.目前nasicon合成方式多是采用水热还原法、固态烧结法及溶胶凝胶法。水热还原法批次量太少，不适用于工业量产；固态烧结法得到的材料粒径较大，均匀度欠佳，在装配电池时较难与电极材料搭配，原因在于化学计量和加热温度较难控制；溶胶凝胶法生产时间过长，且对体系酸碱度控制及温度控制要求严苛，现有设备较难满足。
5.故基于此，提出本实用新型的技术方案。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种合成高结晶性纳米级固态电解质前驱体的连续反应器。所述连续反应器，能够实时监测反应体系的温度和ph值，并将信号传递至加热装置及加料控制器，自动、精确地调节反应进程中的温度和酸碱度，使反应顺利进行。
7.本实用新型的方案是，提供一种合成高结晶性纳米级固态电解质前驱体的连续反应器，所述连续反应器包括：
8.反应釜本体；以及设置在所述反应釜本体上的搅拌装置、加热装置和加料控制器；所述搅拌装置用于反应物料的搅拌，所述加热装置用于反应过程中温度的控制，所述加料控制器用于反应过程中物料的添加；
9.温度传感器；所述温度传感器设置于所述反应釜本体内部，所述温度传感器用于监测反应温度，并将温度信号传递至所述加热装置，所述加热装置依据温度信号启闭；
10.ph传感器；所述ph传感器设置于所述反应釜本体内部，所述ph传感器用于监测反应ph值，并将所述ph值信号传递至所述加料控制器，所述加料控制器依据ph值信号添加酸碱调节剂。
11.为便于理解本实用新型技术方案，对所述连续反应器工作原理进行说明。
12.首先，在准备阶段，先将反应原料分别加入至所述连续反应器的进料口，进料口的数量与反应原料的种类相适配。
13.其次，随着反应开始，所述加料控制器依据提前设定好的参数配比，向所述反应釜本体投入相应原料(包括溶剂、分散剂、酸碱调节剂、一价元素盐类、三价元素盐类、四价元素盐类等)，此时所述搅拌装置进行搅拌，使反应体系更加均匀；同时所述加热装置进行加热，为反应提供必须的温度。
14.另外，在反应进行的同时，所述温度传感器和ph传感器能够实时监测反应体系的温度和ph值。需要强调的是，如反应进程中体系ph值过低(酸度过高)，则所述ph传感器能够将“酸度过高，需要添加碱剂”这一信号传递至所述加料控制器，所述加料控制器则进一步调控进料口中的碱剂，将其加入至体系，直至ph值满足要求；同理，当反应进程中体系ph值过高(碱度过高)时，同样按照上述逻辑进行反向调控。而对于温度的调节则为：如果反应进程中温度过高，则所述温度传感器能够将“温度过高，需要降温”这一信号传递至所述加热装置，所述加热装置则会降低加热功率或直接关闭，从而使反应体系降温，直至温度满足要求；同理，当反应进程中体系温度过低时，同样按照上述逻辑进行反向调控。
15.最后，当反应结束后，待体系温度平衡时，直接出料。
16.优选地，所述反应釜本体外侧包裹有冷却液夹层，所述冷却液夹层可填充冷却液；所述冷却液夹层连通设置冷却进口和冷却出口。
17.优选地，所述搅拌装置包括搅拌驱动装置和搅拌执行装置；所述搅拌驱动装置设置于所述反应釜本体顶部，所述搅拌执行装置设置于所述反应釜本体内部；所述搅拌驱动装置的输出端通过搅拌杆与所述搅拌执行装置相连接。
18.优选地，所述搅拌驱动装置设置驱动冷却液进口和驱动冷却液出口；所述驱动冷却液进口和所述驱动冷却液出口分别引入和流出冷却液，所述冷却液用于所述搅拌驱动装置的降温。
19.优选地，所述搅拌执行装置包括从上至下依次设置的多组搅拌桨，相邻所述搅拌桨之间沿搅拌杆方向呈垂直设置。
20.优选地，所述加热装置为微波发生器。
21.优选地，所述微波发生器包括多组微波发生单元，所述微波发生单元周向均匀设置于所述反应釜本体内侧。
22.优选地，所述连续反应器还包括显示器；所述显示器与所述温度传感器和所述ph传感器相连接，用于显示反应温度和ph值。
23.优选地，所述连续反应器底部的出口还包括出料过滤装置，用于出料时过滤料液杂质。
24.优选地，所述连续反应器底部还包括可升降脚架，用于所述连续反应器高度的调节。
25.本实用新型的有益效果为：
26.本实用新型所述的微波合成高结晶性纳米级固态电解质前驱体的连续反应器，能够实时监测反应体系的温度和ph值，并将信号传递至加热装置及加料控制器，自动、精确地调节反应进程中的温度和酸碱度，使反应顺利进行。
附图说明
27.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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本实用新型所述连续反应器的结构示意图；
29.图2是本实用新型所述反应釜本体的俯视结构示意图；
30.图3是本实用新型所述搅拌桨的结构示意图；
31.图4是本实用新型所述出料过滤装置的结构示意图。
32.图中附图标记：
33.1-连续反应器；11-反应釜本体；111-冷却液夹层；112-冷却进口；113-冷却出口；12-搅拌装置；121-搅拌驱动装置；1211-驱动冷却液进口；1212-驱动冷却液出口；122-搅拌桨；13-温度传感器；14-ph传感器；15-加热装置；151-微波发生单元；16-加料控制器；17-显示器；18-出料过滤装置；19-可升降脚架。
具体实施方式
34.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
35.另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”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技术和简化描述，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技术的限制。
36.实施例1
37.参考图1，本实施例提供一种合成高结晶性纳米级固态电解质前驱体的连续反应器，所述连续反应器1包括：
38.反应釜本体11；以及设置在所述反应釜本体11上的搅拌装置12、加热装置15和加料控制器16；所述搅拌装置12用于反应物料的搅拌，所述加热装置15用于反应过程中温度的控制，所述加料控制器16用于反应过程中物料的添加；
39.温度传感器13；所述温度传感器13设置于所述反应釜本体11内部，所述温度传感器13用于监测反应温度，并将温度信号传递至所述加热装置15，所述加热装置15依据温度信号启闭；
40.ph传感器14；所述ph传感器14设置于所述反应釜本体11内部，所述ph传感器14用于监测反应ph值，并将所述ph值信号传递至所述加料控制器16，所述加料控制器16依据ph值信号添加酸碱调节剂。
41.实施例2
42.在实施例1的基础上，作为可选的实施方式，参考图2，所述反应釜本体11外侧包裹有冷却液夹层111，所述冷却液夹层可填充冷却液；所述冷却液夹层111连通设置冷却进口112和冷却出口113。在实际操作中，所述反应釜本体11的尺寸会随着反应需求的不同发生改变。当所述反应釜本体11较大且反应温度过高需要快速降温时，仅靠关闭加热装置的方法，其效果有限。故将所述反应釜本体11外侧设置冷却液夹层111、冷却进口112和冷却出口113，并通过引入外部冷却液的方法达到快速降温的效果。
43.作为可选的实施方式，参考图1，所述搅拌装置12包括搅拌驱动装置121和搅拌执行装置；所述搅拌驱动装置121设置于所述反应釜本体11顶部，所述搅拌执行装置设置于所述反应釜本体11内部；所述搅拌驱动装置121的输出端通过搅拌杆与所述搅拌执行装置相连接。所述搅拌驱动装置121可为电机，电机产生驱动力通过搅拌杆带动所述搅拌执行装置进行搅拌。
44.作为可选的实施方式，参考图1，所述搅拌驱动装置121设置驱动冷却液进口1211和驱动冷却液出口1212；所述驱动冷却液进口1211和所述驱动冷却液出口1212分别引入和流出冷却液，所述冷却液用于所述搅拌驱动装置121的降温。在实际操作过程中，整个化工反应的进程均需要搅拌环境，而长时间的工作，会使所述搅拌驱动装置121处于高温状态，如不及时降温，则会损坏机械部件。故对所述搅拌驱动装置121设置驱动冷却液进口1211和驱动冷却液出口1212，外加冷却液可使所述搅拌驱动装置121处于较佳的工作环境，延长工作寿命。
45.作为可选的实施方式，参考图3，所述搅拌执行装置包括从上至下依次设置的多组搅拌桨122，相邻所述搅拌桨122之间沿搅拌杆方向呈垂直设置。如此设置，能够使搅拌过程更加均匀，并增加反应体系的受力面积，有利于反应的进行。
46.作为可选的实施方式，所述加热装置15为微波发生器。顾名思义，微波发生器能够产生微波，而微波则是一种沿直线传播，频率为300mhz～300ghz的电磁波。物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定，介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，比如水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力；而有些固体物质，如nio、cuo、fe3o4或碳黑等，能强烈吸收微波能而迅速被加热升温，而有些物质，如cao、fe2o3或tio2等，则几乎不吸收微波能，其升温幅度很小。且微波在穿透物体时，会附带一有方向性的电磁场，使得极性分子在电场作用下总是趋向电磁场方向排列，这时我们称这些分子被极化，由于微波是一种每秒振荡上亿次的电磁场，放在这样的电磁场中，分子的排列方向就要每秒钟随之改变上亿次，这样，大量分子吸收了微波的能量而高频率的剧烈的转动，便产生了大量的内能，使物体的温度升高。根据以上原理，nasicon前驱体在微波加热下可以快速整齐排列并均匀反应，得到的产物平均晶体粒径更小，晶体里的li
+
传导
路径更畅通。
47.作为可选的实施方式，参考图2，所述微波发生器包括多组微波发生单元151，所述微波发生单元151周向均匀设置于所述反应釜本体11内侧。在实际操作中，为防止微波对通讯造成干扰，微波发生频率有915mhz和2450mhz两个频率，2450mhz主要用于家庭烹调炊具，915mhz用于干燥、消毒等工业、医疗行业等。本实用新型所述微波发生单元151发出的频率为915mhz，拥有更好的穿透距离，输出功率在1000～2500w。且为了使加热更加均匀，则将所述微波发生单元151周向均匀设置于所述反应釜本体11内侧。比如选取6组所述微波发生单元151，并依次按顺时针编号为a、b、c、d、e、f，使其按正六面摆放设计，当需要加热时，则同时开启编号为a、c、e的微波发生单元或b、d、f的微波发生单元(间隔开启)，如先开启a、c、e，加热20s后关闭，再开启b、d、f，如此循环反复直至温度达到设定值。做间歇式不同角度的加热，亦可以增加材料本身接收能量的均匀性。
48.作为可选的实施方式，参考图1，所述连续反应器1还包括显示器17；所述显示器17与所述温度传感器13和所述ph传感器14相连接，用于显示反应温度和ph值。设置所述显示器17可以实时观测体系的反应状态，便于出现紧急情况时第一时间进行处理。
49.作为可选的实施方式，参考图4，所述连续反应器1底部的出口还包括出料过滤装置18，用于出料时过滤料液杂质。在反应结束后出料时，所述出料过滤装置18能够过滤杂质，纯化料液。
50.作为可选的实施方式，参考图1，所述连续反应器1底部还包括可升降脚架19，用于所述连续反应器1高度的调节。脚架能够使所述连续反应器1更加稳定；另外，在反应结束后出料时，还可以升高脚架，并使出料口高于中转用的收集桶，更便于料液的收集。
51.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。