锂电池正极材料前驱体生产装置的制作方法

1.本技术属于正极材料生产装置技术领域，更具体地说，是涉及一种锂电池正极材料前驱体生产装置。


背景技术：

2.磷酸锰铁锂前驱体是一种常用的锂电池正极材料，现有磷酸锰铁锂前驱体的生产方法中，通常将备好的锂源、三价铁源、二氧化锰、磷源和碳源放入到球磨罐中，加分散剂和络合剂，然后在球磨机上球磨，再放入烘干机中烘干，烘干后再经过研磨工艺，才能得到磷酸锰铁锂前驱体。现有的生产工艺流程复杂，不能在同一设备内完成对物料的原料混合、加热烘干、冷却降温和打散等工艺。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种锂电池正极材料前驱体生产装置，以解决现有技术中存在的锂电池正极材料前驱体的生产方法中，缺少一种能够实现同一设备内完成物料的原料混合、加热烘干、冷却降温和打散等工艺的装置的技术问题。
4.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
5.提供一种锂电池正极材料前驱体生产装置，包括具有进料口、出料口和工作腔的装置本体、用于搅拌和传输物料的搅拌组件、驱动装置、加热装置和冷却装置，所述搅拌组件设于所述工作腔中，所述驱动装置与所述搅拌组件驱动连接，所述加热装置和冷却装置分别安装于所述装置本体。
6.作为上述技术方案的进一步改进：
7.可选的，所述搅拌组件沿所述锂电池正极材料前驱体生产装置的物料输送方向依次设有第一搅拌段、第二搅拌段和第三搅拌段，所述工作腔包括对应所述第一搅拌段、第二搅拌段和第三搅拌段的混合搅拌腔、加热腔和冷却腔。
8.可选的，所述搅拌组件包括搅拌轴，所述第一搅拌段、第二搅拌段和第三搅拌段设置在所述搅拌轴上，所述第一搅拌段和所述第三搅拌段为螺纹段，所述第二搅拌段包括沿所述搅拌轴的圆周方向间隔设置的多个搅拌齿。
9.可选的，所述第二搅拌段沿轴向设置有多组搅拌齿组，每组所述搅拌齿组包括沿所述搅拌轴的圆周方向间隔设置的多个搅拌齿。
10.可选的，所述搅拌齿为弧形齿，所述弧形齿沿所述搅拌轴的圆周方向弯曲延伸。
11.可选的，所述第二搅拌段沿所述搅拌轴的轴向一端伸入至所述混合搅拌腔，并且/或所述第二搅拌段沿所述搅拌轴的轴向另一端伸入至所述冷却腔。
12.可选的，所述搅拌轴的数量为一个以上。
13.可选的，所述加热装置为电阻加热装置。
14.可选的，所述冷却装置为供冷却介质流通的冷却管。
15.可选的，所述装置本体上还设有与所述工作腔连通的进气口和出气口。
16.本技术提供的锂电池正极材料前驱体生产装置的有益效果在于：
17.本技术提供的一种锂电池正极材料前驱体生产装置，包括具有进料口、出料口和工作腔的装置本体、用于搅拌和传输物料的搅拌组件、驱动装置、加热装置和冷却装置，搅拌组件设于工作腔中，驱动装置与搅拌组件驱动连接，加热装置和冷却装置分别安装于装置本体。
18.工作时，物料通过进料口加入工作腔内，通过驱动装置驱动搅拌组件工作，使物料经过工作腔。借助加热装置产生的温度，使物料充分反应，生成锂电池正极材料前驱体，并在加热反应的同时还能对液相物料进行烘干。冷却装置对生成的锂电池正极材料前驱体进行冷却。在搅拌组件的搅拌作用下，还能防止物料出现结团凝块的问题，持续对物料进行打散。本技术的锂电池正极材料前驱体生产装置能够满足对物料的混合搅拌、加热、冷却和打散等工艺需求，在该装置内完成锂电池正极材料前驱体的制备。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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技术的一些实施例，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。
20.图1为本技术提供的锂电池正极材料前驱体生产装置的立体结构示意图一；
21.图2为本技术提供的锂电池正极材料前驱体生产装置的局部放大结构示意图一；
22.图3为本技术提供的锂电池正极材料前驱体生产装置的局部放大结构示意图二；
23.图4为本技术提供的锂电池正极材料前驱体生产装置的搅拌组件的主视结构示意图；
24.图5为本技术提供的锂电池正极材料前驱体生产装置的立体结构示意图二。
25.其中，图中各附图标记：
26.1、装置本体；
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11、进料口；
27.12、出料口；
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13、工作腔；
28.131、混合搅拌腔；
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132、加热腔；
29.133、冷却腔；
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2、搅拌组件；
30.21、第一搅拌段；
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22、第二搅拌段；
31.23、第三搅拌段；
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24、搅拌轴
32.25、搅拌齿；
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3、驱动装置；
33.4、加热装置；
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5、冷却装置；
34.6、进气口；
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7、出气口；
35.8、真空泵；
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9、吸收塔。
具体实施方式
36.磷酸锰铁锂前驱体是一种常用的锂电池正极材料，现有磷酸锰铁锂前驱体的生产方法中，通常将备好的锂源、三价铁源、二氧化锰、磷源和碳源放入到球磨罐中，加分散剂和络合剂，然后在球磨机上球磨，再放入烘干机中烘干，烘干后再经过研磨工艺，才能得到磷
酸锰铁锂前驱体。现有的生产工艺流程复杂，不能在同一设备内完成对物料的原料混合、加热烘干、冷却降温和打散等工艺。
37.如图1至图3所示，本实施例提供一种锂电池正极材料前驱体生产装置，包括具有进料口11、出料口12和工作腔13的装置本体1、用于搅拌和传输物料的搅拌组件2、驱动装置3、加热装置4和冷却装置5，搅拌组件2设于工作腔13中，驱动装置3与搅拌组件2驱动连接，加热装置4和冷却装置5分别安装于装置本体1。
38.工作时，物料通过进料口11加入工作腔13内，通过驱动装置3驱动搅拌组件2工作，使物料经过工作腔13。借助加热装置4产生的温度，使物料充分反应，生成锂电池正极材料前驱体，并在加热反应的同时还能对液相物料进行烘干。冷却装置5对生成的锂电池正极材料前驱体进行冷却。在搅拌组件2的搅拌作用下，还能防止物料出现结团凝块的问题，持续对物料进行打散。本技术的锂电池正极材料前驱体生产装置能够满足对物料的混合搅拌、加热、冷却和打散等工艺需求，在该装置内完成锂电池正极材料前驱体的制备。
39.其中，驱动装置3可以为电动机、液压马达等。
40.如图1至图3所示，在一个实施例中，搅拌组件2沿锂电池正极材料前驱体生产装置的物料输送方向依次设有第一搅拌段21、第二搅拌段22和第三搅拌段23，工作腔13包括对应第一搅拌段21、第二搅拌段22和第三搅拌段23的混合搅拌腔131、加热腔132和冷却腔133。
41.应当注意的是，“第一搅拌段21、第二搅拌段22和第三搅拌段23”与“混合搅拌腔131、加热腔132和冷却腔133”的对应关系，只限于空间排布上的对应关系，并不限定于具体的第一搅拌段21只设于混合搅拌腔131、第二搅拌段22只设于加热腔132、第三搅拌段23只设于冷却腔133。
42.在混合搅拌腔131中，物料通过搅拌组件2搅拌均匀；在加热腔132中，借助加热装置4产生的温度，使物料充分反应，生成锂电池正极材料前驱体，在加热反应的同时还能对液相物料进行烘干；在冷却腔133中，冷却装置5对生成的锂电池正极材料前驱体进行冷却。
43.可以理解的，锂电池正极材料前驱体生产装置的物料输送方向具体是指：物料依次经过进料口11、工作腔13和出料口12的方向，也即物料依次经过进料口11、混合搅拌腔131、加热腔132和冷却腔133和出料口12的方向。
44.具体的，加热装置4可以安装于加热腔132的内侧，或者安装于加热腔132的腔壁上，或者安装于加热腔132的外侧。同理，冷却装置5可以安装于冷却腔133的内侧，或者安装于冷却腔133的腔壁上，或者安装于冷却腔133的外侧。
45.如图1所示，在一个实施例中，加热装置4安装于加热腔132的外侧腔壁上。加热腔132的外侧腔壁上还可填充保温材料，以实现对加热腔132的保温隔热作用。
46.如图2和图4所示，在一个实施例中，搅拌组件2包括搅拌轴24，第一搅拌段21、第二搅拌段22和第三搅拌段23设置在搅拌轴24上，第一搅拌段21和第三搅拌段23为螺纹段，第二搅拌段22包括沿搅拌轴24的圆周方向间隔设置的多个搅拌齿25。
47.当驱动装置3驱动搅拌轴24转动时，通过第一搅拌段21和第三搅拌段23的轴面摩擦、螺纹面摩擦等实现对物料的搅拌混合，并通过螺纹结构，将物料沿输送方向输送。第二搅拌段22的搅拌齿25具有比第一搅拌段21和第三搅拌段23的螺纹结构更大的接触面积，更加有利于物料的混合均匀；并且还有利于增大物料在加热腔132内的受热面积，有助于物料
的干燥固化。搅拌齿25还能与物料发生碰撞，从而防止物料产生结团凝块问题。搅拌齿25之间的间隔能够减缓物料的输送速度，使物料在第二搅拌段22进行充分的搅拌，使物料在加热腔132内充分的干燥固化。
48.如图2和图4所示，在一个实施例中，第二搅拌段22沿轴向设置有多组搅拌齿组，每组搅拌齿组包括沿搅拌轴24的圆周方向间隔设置的多个搅拌齿25。沿轴向设置的多组搅拌齿组能够将物料沿输送方向进行充分搅拌和碰撞，进一步保证物料的混合均匀。
49.如图2和图4所示，在一个实施例中，搅拌齿25为弧形齿，弧形齿沿搅拌轴24的圆周方向弯曲延伸以更好地匹配搅拌轴24的圆周面构造。弧形齿与物料接触时更加受力更加顺滑，应力集中度小，避免应力过于集中，导致搅拌齿25崩坏。
50.如图3所示，在一个实施例中，第二搅拌段22沿搅拌轴24的轴向一端伸入至混合搅拌腔131，并且/或第二搅拌段22沿搅拌轴24的轴向另一端伸入至冷却腔133。
51.为满足不同制备工艺的需求，第二搅拌段22沿搅拌轴24的轴向一端可以伸入至混合搅拌腔131，或者第二搅拌段22沿搅拌轴24的轴向另一端伸入至冷却腔133，或者第二搅拌段22均伸入至混合搅拌腔131和冷却腔133。
52.如图4所示，在一个实施例中，搅拌轴24的数量为两个。两个搅拌轴24上均设有第一搅拌段21、第二搅拌段22和第三搅拌段23，两个搅拌轴24相互啮合传动，通过两个搅拌轴24的搅拌，使物料进行充分的混合。两个搅拌轴24在啮合传动时，啮合处对物料产生剪切力，有助于使物料发生破碎，从而有利于细化物料的粒度。在其他实施例中，搅拌轴24的数量还可以为一个、三个、四个等。
53.在一个实施例中，加热装置4为电阻加热装置。
54.相比于传统的蒸汽加热方式，电阻加热装置具有功率大，占用体积小，反应快，热损失小，易于调节加热温度等优点。具体的，电阻加热装置为镍合金电阻丝加热器，陶瓷加热器，电阻圈加热器，石英管加热器等。在其他实施例中，加热装置4还可以为的电磁加热器装置、红外线加热装置等。
55.在一个实施例中，冷却装置5为供冷却介质流通的冷却管。通过冷却管的热交换作用，将冷却腔133中的热量排出，从而起到物料冷却降温的作用。
56.如图1所示，在一个实施例中，装置本体1上还设有与工作腔13连通的进气口6和出气口7。
57.如图5所示，其中，通过进气口6可以向工作腔13内通入反应气体或保护气体；出气口7可以与真空泵8连接，真空泵8通过出气口7可以抽出工作腔13中的气体，为工作腔13产生真空条件；或与尾气吸收塔9连接，用于吸收工作腔13中物料反应产生的尾气。
58.通过本技术的一种锂电池正极材料前驱体生产装置可用于制备磷酸锰铁锂前驱体。
59.在加入原料前，可以通过进气口6向工作腔13中通入氢气、氮气、氩气等保护气体，以排除工作腔13内残留的空气，并在装置工作时持续通入保护气体，避免原料与产物出现氧化。
60.将液相的锂源、铁源、二氧化锰、磷源和碳源从进料口11加入工作腔13中。再开启驱动装置3，驱动搅拌组件2对物料进行搅拌。搅拌组件2包括两个搅拌轴24，两个搅拌轴24啮合传动且均设有第一搅拌段21、第二搅拌段22和第三搅拌段23。物料通过第一搅拌段21、
第二搅拌段22和第三搅拌段23的搅拌输送作用，依次通过工作腔13中的混合搅拌腔131、加热腔132和冷却腔133。
61.其中，第一搅拌段21为螺纹段，液相原料通过原料与搅拌轴24之间的摩擦、两个搅拌轴24的第一搅拌段21之间的摩擦、搅拌轴24与混合搅拌腔131腔壁之间的摩擦，在混合搅拌腔131中被混合均匀，并输送至加热腔132。
62.液相原料到达加热腔132后开始反应，逐步生成磷酸锰铁锂。并在第二搅拌段22的搅拌、输送、打散作用下，将液相原料全部转化为磷酸锰铁锂。磷酸锰铁锂在反应过程中也被加热温度干燥固化。反应生成的尾气通过真空泵8，抽入吸收塔9中，吸收二氧化氮、一氧化氮等有毒有害气体，再将净化后达标的尾气排入大气。
63.干燥后的磷酸锰铁锂被送入冷却腔133冷却，冷却后通过出料口12输出。第三搅拌段23为螺纹段，磷酸锰铁锂在冷却腔133中时，磷酸锰铁锂与搅拌轴24之间的摩擦、两个搅拌轴24的第三搅拌段23之间的摩擦、搅拌轴24与冷却腔133腔壁之间的摩擦，有助于磷酸锰铁锂进一步破碎成更小的颗粒。
64.本技术的一种锂电池正极材料前驱体生产装置还可用于磷酸铁锂、磷酸铁等其他正极材料制备。
65.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
66.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间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
67.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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。
68.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
69.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。