一种锂离子电池电解液搅拌釜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种含喷射冷却管式混合器的锂离子电池电解液搅拌釜，其包括釜体、安装在釜体上的驱动电机以及与驱动电机连动并位于釜体内的搅拌桨；于所述的釜体上设置有进料口和出料口，所述的进料口上连接有进料机构，该进料机构包括：流体进料通道、锂盐进料通道、混合通道，其中所述的流体进料通道与锂盐进料通道与喷射混合器的两个入口分别连通；所述的混合通道的入口与喷射混合器的出口连通，混合通道的出口与进料口连通。流体通过进料机构实现前置混合，并通过混合管道使加入的原料迅速、均匀地扩散到整个体系中，达到瞬间混合的目的，从而实现微观尺度六氟磷酸锂溶解产生的溶解热及时被低温溶剂吸收，经喷射作用直接喷射到搅拌釜中。
【专利说明】
一种锂离子电池电解液搅拌釜
技术领域
[0001] 本发明涉及锂离子电池电解液搅拌设备技术领域，特指一种含喷射冷却管式混合 器的锂离子电池电解液搅拌釜。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池广泛用于通讯设备、仪器仪表、电脑、电动工具、储能行业、电动自行车 及新能源汽车等涉及便携电能使用的行业。锂离子电池电解液是锂离子电池性能发挥的关 键组分，电解液的品质影响电池性能发挥，也影响电解液本身品质稳定。
[0003] 目前在对锂离子电池电解液进行搅拌时，通过搅拌釜将锂盐、溶剂、添加剂等进行 混合。搅拌釜是化工生产或者原料混合的常用设备，在石化、精细化工、生物化工、医药化工 经常用到。实现釜体中液体、气体和固体等介质强迫均匀混合，同时实现介质的传热、传质 等过程。但是目前在锂离子电解液中常用的搅拌釜是在宏观角度的混合，难以在微观角度 范围内实现快速均匀混合，以及难以实现在微观角度实现热量的传导。
[0004] 如何提高电解液品质，确保产品与标准配方要求一致，迅速把锂盐溶解在溶剂中 形成溶解热吸吸收，微观尺度上实现热量快速传导，降低电解质分解是一个很重要的改进 方向。见中国专利申请号为201110224541.9、以及201320219438. X的专利说明书，这两个专 利申请中分别采用上下两层推进式三片桨叶进行混合，这也是现有通用的锂离子电池电解 液生产方式。但是这种结构在微观尺度冷却导热难满足要求。
[0005] 另一份方面，在混合设备领域中，喷射混合器以其高效小巧优势，在混合领域应用 扩大。其工作原理为:在动力或者能量提供下，流体以高速喷射通过混合器喷嘴时，喷嘴处 直径相比来流管道的直径减小较多，在喷嘴外缘区域形成了相对负压区，被卷吸的流体与 主动流体接触，流体随后沿着混合管段向扩散段流动，流体压力开始逐渐回升，在喷射器内 通过湍流作用进行相互混合。但是喷射混合器也因为短小，进一步混合需要辅助设备。 [0006]管道混合器具有快速高效混合、结构简单，节约能耗、体积小巧等特点，在不需外 动力情况下，流体通过管道混合器会产生分流、交叉混合和反向旋流作用，使加入的原料迅 速、均匀地扩散到整个体系中，达到瞬间混合的目的，混合效率高达90~95%。且混合器本 身就是管道的一部分，可将其看作特殊的管道。但是单独的管道混合器不能同时储存过多 流体，需要配合储罐操作。
[0007] 本发明人经过不断的实验，结合各种混合器的优点，提出以下技术方案，提出了一 种新型的锂离子电池电解液搅拌釜。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种可实现微观强混的锂离子电池电 解液搅拌釜。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:该锂离子电池电解液搅拌釜包括： 釜体、安装在釜体上的驱动电机以及与驱动电机连动并位于釜体内的搅拌桨;于所述的釜 体上设置有进料口和出料口，所述的进料口上连接有进料机构，该进料机构包括:流体进料 通道、锂盐进料通道、混合通道，其中所述的流体进料通道与锂盐进料通道与喷射混合器的 两个入口分别连通;所述的混合通道的入口与喷射混合器的出口连通，混合通道的出口与 进料口连通。
[0010] 进一步而言，上述技术方案中，所述的混合通道外面包覆有冷却夹套。
[0011] 进一步而言，上述技术方案中，所述的釜体的外围设置有冷却夹套。
[0012] 进一步而言，上述技术方案中，所述的釜体内设置有挡板。
[0013] 进一步而言，上述技术方案中，所述的釜体内还设置有用于清洗用喷头。
[0014] 进一步而言，上述技术方案中，所述的釜体内设置有与外部连通的连接管。
[0015] 进一步而言，上述技术方案中，所述的喷射混合器具有两个入口，该两个入口分别 与所述的流体进料通道和锂盐进料通道连通;其中，所述的流体进料通道与喷射混合器之 间、以及锂盐进料通道与喷射混合器之间均设置有单向阀。
[0016] 进一步而言，上述技术方案中，所述的锂盐进料通道具有一段变径的可视部。
[0017] 进一步而言，上述技术方案中，所述的喷射混合器采用以下任意一种:文丘里喷射 器、蒸汽喷射器、液体喷射器。
[0018] 进一步而言，上述技术方案中，所述的混和通道采用以下任意一种：喷嘴式、涡流 式、异形管道混合器、以及静态管道混合器。
[0019] 本发明是在结合现有锂离子电池电解液生产设备，采用一种含喷射冷却管式混合 器的锂离子电池电解液搅拌釜。其工作原理如下:本发明除了保留原有搅拌釜所具有的搅 拌混合功能以外，其在原料进入时，就实现了提前的混合。
[0020] 首先，锂盐与惰性气体进入锂盐进料通道，溶剂通过流体进料通道进入。锂盐在惰 性气体带动下进入喷射混合器，并与同时进入喷射混合器的低温有机溶剂混合。此时，惰性 气体、锂盐、低温有机溶剂在喷射混合器中混合。
[0021] 然后，被混合的溶液等进入外面包覆有冷却夹套的混合通道，该混合通道不仅具 有混合的作用，其也是一种反应器。通过混合通道进一步混合，并实现微观环境冷却作用。
[0022] 最后，混合通道与开动的冷却搅拌釜连接，惰性气体、锂盐、低温有机溶剂等形成 一定喷雾喷射到搅拌釜中。这样利于将反应热散发，减少了锂盐单独溶解在混合溶剂时候 热量导出的困难。
【附图说明】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成本发明的任何限 制。
[0024]图1是本发明的结构原理示意图；
[0025] 图2是本发明中喷射混合器其中一种实施例的结构示意图；
[0026] 图3是本发明中混合通道其中一种实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]见图1所示，这是本发明的结构原理示意图。本发明为一种锂离子电池电解液搅拌 釜，其包括:釜体1、驱动电机2、搅拌桨3、冷却夹套4、挡板5、进料机构6、清洗用喷头7以及连 接管8。
[0028]所述的釜体1为一个中空的罐体，驱动电机2安装在釜体1上方，并且驱动电机2通 过传动机构21与搅拌桨3连动。
[0029]所述的搅拌桨3位于釜体1内，具有一个与传动机构21连动的搅拌轴31以及固定在 搅拌轴31上不同高度位置的上叶片32和下叶片33。通过驱动电机2带动传动机构21将驱动 搅拌轴31及与之固定的上、下叶片32、33旋转，对釜体1内的电解液进行搅拌、混合。
[0030] 由于电解液的反应过程会释放一定的热量，为了确保整个搅拌过程在低温下运 行，在爸体1的外围设置有一个冷却夹套4，通过冷却夹套4对爸体1进行散热，保持爸体1内 的温度。
[0031] 所述的挡板5设置在釜体1内，当电解液在釜体1内被搅拌时，挡板5可起到扰流的 作用，进一步令电解液混合均匀。
[0032]釜体1上端设置有一个进料口 11，釜体1下端设置有出料口 12。电解液原料通过进 料口 11进入釜体1。搅拌混合后的电解液通过出料口 12流出。另外，在釜体1上还可增设连接 管8,通过连接管8与其他相关的通道连接，比如作为补充惰性气体的入口、其他添加剂入口 等。
[0033] 所述喷头7设置在釜体1上，该喷头7与清洗液容器连接。当釜体1需要清洁是，清洗 液可通过喷头7喷洒在釜体1内，对釜体1内进行冲洗。令设备的清洁变得方便。
[0034] 当然，根据需要还可在釜体1上设置温度计等，以及时了解釜体1内的温度，确保整 个搅拌混合过程的温度处于合理范围内。
[0035] 本发明是在电解液进入釜体1之前进行了前置的混合，该混合是通过进料机构6完 成。
[0036] 所述的进料口 11上连接有进料机构6,该进料机构6包括:流体进料通道61、锂盐进 料通道62、混合通道63,其中所述的流体进料通道61与锂盐进料通道62与喷射混合器64的 两个入口分别连通;所述的混合通道63的入口与喷射混合器64的出口连通，混合通道63的 出口与进料口 11连通。所述的混合通道63外面包覆有冷却夹套65。
[0037]所述的喷射混合器64具有两个入口，该两个入口分别与所述的流体进料通道61和 锂盐进料通道62连通;其中，所述的流体进料通道61与喷射混合器64之间、以及锂盐进料通 道62与喷射混合器64之间均设置有单向阀66。通过单向阀66控制原料不会反向流动。
[0038] 喷射混合器64是通过改变管径实现负压区，见图2所示，这是一种在脱硫工艺中常 用的文丘里型喷射混合器。其电解液溶剂、助剂等通过流体进料通道61进入该喷射混合器 64的第一入口 641，然后由喷嘴642流出。由于喷嘴642的出口相对于入口管径变小很多，导 致喷嘴642的压力增大。电解液溶剂等流体在外部压力作用下有喷嘴642喷出，将会在喷嘴 642出口的外缘形成相对的负压区域。与此同时，锂盐与惰性气体将通过喷射混合器64的第 二入口 643进入，并在喷嘴642的出口处于电解液溶剂等液体汇合。由于在喷嘴642的外缘区 域形成了相对负压区，锂盐与惰性气体将被卷吸，与电解液等液体接触、混合在一起，然后 一起经过喷射混合器64内的混合管道，并向扩散管道644流动，由于扩散管道644的管径逐 渐变大，这样液体的压力开始逐渐回升。这样就在喷射混合器64内通过湍流作用完成了电 解液的相互混合。
[0039] 经过喷射混合器64的混合后，由于喷射混合器64混合管道较短，并不能实现充分 混合，所以本发明在喷射混合器64后面设置了混合通道63。混合通道64是通过通道内设置 的扰流结构实现液体的分流、旋转、交叉混合。见图3所示，这是本发明采用的一种常规混合 通道。该混合通道内设置有螺旋分布的左旋叶片631和右旋叶片632,通过左、右旋叶片的分 布，当液体流经时，实现对液体的进一步混合。当然，由于混合通道63不仅具有混合的作用， 其也是一种反应器，所以为了确保电解液反应时产生的热量能够被快速散发，在混合通道 63的外部包裹有冷却夹套65,以实现微观环境冷却作用。
[0040] 另外，所述的锂盐进料通道62具有一段变径的可视部621，通过该可视部621观察 锂盐的状态。
[0041] 以上所述的仅为本发明的一种实施例，所述的喷射混合器64采用以下任意一种： 文丘里喷射器、蒸汽喷射器、液体喷射器。所述的混和通道63采用以下任意一种:喷嘴式、涡 流式、异形管道混合器、以及静态管道混合器。
[0042] 下面将结合实验对本发明及其有益效果作进一步详细说明。
[0043]为了使得本发明电解液的效果可以更直观呈现，设置2个对比例子与2个实施例。
[0044] 对比例1
[0045] 使用1000升常规的搅拌釜，开启搅拌釜冷却系统，按碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳 酸甲乙酯质量比1/1/1，加入总质量的1%的碳酸亚乙烯酯、2%的1，3_丙烷磺酸内酯与搅拌 釜中。等到搅拌釜系统内混合溶液温度-5~10°C间，锂盐LiPF 6通过管道加入到搅拌釜中， 加入锂盐过程中监控搅拌釜内溶液温度在-5~10 °C间，超过温度降低加 LiPF6速度。搅拌一 定时间测试电解液各项指标合格后灌装。
[0046] 对比例2
[0047]使用3000升常规搅拌釜，开启搅拌釜冷却系统，按碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸 甲乙酯（质量比1/1/1)，加入总质量的1%的碳酸亚乙烯酯、2%的1，3_丙烷磺酸内酯与搅拌 釜中。等到搅拌釜系统内混合溶液温度-5~10°C间，锂盐LiPF 6通过管道加入到搅拌釜中， 加入锂盐过程中监控搅拌釜内溶液温度在-5~10 °C间，超过温度降低加 LiPF6速度。搅拌一 定时间测试电解液各项指标合格后灌装。
[0048] 实施例1
[0049] 使用1000升容量的本发明锂离子电池电解液搅拌釜，加入锂盐前，开启搅拌釜冷 却系统，对釜体1外部的冷却夹套4以及混合通道63外的冷却夹套65进行冷却作业。然后通 过流体进料通道61加入熔点高于5 °C的溶剂和添加剂。不需要等待搅拌釜内溶液温度在-5 ~10°C间，凝固点低于5°C的溶剂直接经过喷射混合器64。同时，惰性气体带动锂盐LiPF6通 过锂盐进料通道62进入喷射混合器64中，实现混合。然后，混合物进入混合通道63,通过带 冷却夹套65的管道混合器中溶解混合后，进入釜体1中。经过釜体1内搅拌桨3搅拌混合一定 时间，测试电解液各项指标合格后灌装。
[0050] 实施例2
[0051] 使用3000升容量的本发明锂离子电池电解液搅拌釜，加入锂盐前，开启搅拌釜冷 却系统，对釜体1外部的冷却夹套4以及混合通道63外的冷却夹套65进行冷却作业。然后通 过流体进料通道61加入熔点高于5 °C的溶剂和添加剂。不需要等待搅拌釜内溶液温度在-5 ~10°C间，凝固点低于5°C的溶剂直接经过喷射混合器64。同时，惰性气体带动锂盐LiPF 6通 过锂盐进料通道62进入喷射混合器64中，实现混合。然后，混合物进入混合通道63,通过带 冷却夹套65的管道混合器中溶解混合后，进入釜体1中。经过釜体1内搅拌桨3搅拌混合一定 时间，测试电解液各项指标合格后灌装。
[0052]比较例1、2及实施例1、2中，测试电解液数据以及各取用取用1公斤60°C下烘烤24 小时指标。
[0053]
[0054] 实验结果
[0055] 生产过程中，采用本发明含喷射冷却管式混合器的搅拌釜，生产锂离子电池电解 液所用时间比现有工艺缩短，且冷却搅拌也不需要等待搅拌釜内溶剂达到现有工艺的低温 度。
[0056] 从实验数据看，常规生产方法与本发明的方法都能够生产出合格的电解液。但是 本发明生产的电解液在生产的电解液水分、酸度方面更有优势。在经过60°C烘烤24h后，电 解液酸度和颜色都表现更好，也说明此设备生产的电解液在存储稳定性上更有优势。
[0057] 根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方 式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，凡是本领域技术人员在 本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此 外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明 构成任何限制。
【主权项】
1. 一种锂离子电池电解液搅拌釜，包括:釜体（I)、安装在釜体（1)上的驱动电机(2)以 及与驱动电机(2)连动并位于釜体（1)内的搅拌桨(3);于所述的釜体（1)上设置有进料口 (11)和出料口（12)，其特征在于： 所述的进料口（I 1)上连接有进料机构(6)，该进料机构(6)包括:流体进料通道(61 )、锂 盐进料通道(62)、混合通道(63)，其中所述的流体进料通道(61)与锂盐进料通道(62)与喷 射混合器(64)的两个入口分别连通;所述的混合通道(63)的入口与喷射混合器(64)的出口 连通，混合通道(63)的出口与进料口（11)连通。2. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的混合通道 (63)外面包覆有冷却夹套(65)。3. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的釜体（1) 的外围设置有冷却夹套(4)。4. 根据权利要求3所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的釜体（1) 内设置有挡板(5)。5. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的釜体（1) 内还设置有用于清洗用喷头(7)。6. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的釜体（1) 内设置有与外部连通的连接管(8)。7. 根据权利要求1-6中任意一项所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所 述的喷射混合器(64)具有两个入口，该两个入口分别与所述的流体进料通道(61)和锂盐进 料通道(62)连通;其中，所述的流体进料通道(61)与喷射混合器(64)之间、以及锂盐进料通 道(62)与喷射混合器(64)之间均设置有单向阀（66)。8. 根据权利要求7所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的锂盐进料 通道(62)具有一段变径的可视部(621)。9. 根据权利要求7所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的喷射混合 器(64)采用以下任意一种:文丘里喷射器、蒸汽喷射器、液体喷射器。10. 根据权利要求7所述的一种锂离子电池电解液搅拌釜，其特征在于:所述的混和通 道(63)采用以下任意一种:喷嘴式、涡流式、异形管道混合器、以及静态管道混合器。
【文档编号】B01F13/10GK105944616SQ201610471232
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】薛利
【申请人】薛利