一種用于鋰離子電池電極活性材料制造的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于能源材料領(lǐng)域，提出一種用于鋰離子電池電極活性材料制造的裝置，包括超聲空化罐和攪拌反應(yīng)器，所述超聲空化罐位于攪拌反應(yīng)器的上方，超聲空化罐底部有物料出口；所述攪拌反應(yīng)器頂部開有物料入口通過管道與超聲空化罐底部的物料出口連接，攪拌反應(yīng)器底部設(shè)置有出料管道，所述出料管道分為第一支路和第二支路，所述第一支路為產(chǎn)品排出的支路，所述第二支路與所述超聲空化罐連接；所述超聲空化罐內(nèi)設(shè)置有超聲波換能器。本實(shí)用新型提出的裝置，采用超聲波的空化效應(yīng)來對電極活性物質(zhì)的濕化學(xué)包覆或摻雜過程進(jìn)行強(qiáng)化，提高效率并提升效果。
【專利說明】一種用于鋰離子電池電極活性材料制造的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池電極活性材料摻雜的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在鋰離子電池正極活性材料的生產(chǎn)工藝中，如鈷系的LiCoO2，錳系的LiMn2O4,三元系的LiNil_x_yMnxCoy02，磷酸鹽系的LiMPO4(M:Fe，Mn, V)等材料在生產(chǎn)過程中或是合成完成后，出于對提高材料的導(dǎo)電性能、電化學(xué)性能、熱穩(wěn)定性等因素考慮，往往要對材料進(jìn)行后處理，如進(jìn)行包覆和摻雜處理。包覆是在電極材料表面通過各種方法包覆一層其它化合物來彌補(bǔ)材料的缺點(diǎn)，提高材料的實(shí)用性。摻雜一般要將所摻元素填充到晶格內(nèi)，摻雜原子取代某種原子的位置，從而改善材料的理化性能。
[0003]用于包覆和摻雜的材料包括無機(jī)氧化物、無機(jī)鹽或它類活性物質(zhì)、單質(zhì)和導(dǎo)電聚合物幾類，包覆和摻雜是一種非常簡便有效的改善鋰離子電池電極活性物質(zhì)材料性能的方法，可明顯提高電極活性物質(zhì)的熱穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高溫時(shí)的循環(huán)性和倍率放電特性等等，目前包覆和摻雜過程用得較多的工藝是液相濕化學(xué)沉積法。
[0004]傳統(tǒng)的濕化學(xué)包覆摻雜過程只是將包覆和摻雜材料加入電極活性物質(zhì)的液相介質(zhì)中在一定的溫度條件下攪拌完成，由于其傳統(tǒng)設(shè)備攪拌過程的傳質(zhì)效果所限和材料本身的缺陷，使包覆和摻雜的均勻性不太理想，效率不高，很難使包覆層均勻地分布在電極活性物質(zhì)的粉體上或均勻地?fù)饺氲骄Ц裰小?br> 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型的目的是提出一種用于鋰離子電池電極活性材料制造的裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的技術(shù)方案為:
[0007]一種用于鋰離子電池電極活性材料制造的裝置，包括超聲空化罐和攪拌反應(yīng)器，所述超聲空化罐位于攪拌反應(yīng)器的上方；
[0008]所述攪拌反應(yīng)器頂部開有物料入口，攪拌反應(yīng)器底部設(shè)置有出料管道，所述出料管道分為第一支路和第二支路，所述第一支路為產(chǎn)品排出的支路，所述第二支路與所述超聲空化罐連接；
[0009]所述超聲空化罐內(nèi)設(shè)置有超聲波換能器，超聲空化罐頂部開有加料管的入口和第二支路的入口，超聲空化罐底部開有物料出口通過管道連接到攪拌反應(yīng)器頂部的物料入口并在連接管道上設(shè)置有流量控制閥。
[0010]其中，所述加料管上設(shè)置有加料計(jì)量泵，所述第二支路上設(shè)置有隔膜泵。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述超聲空化罐內(nèi)設(shè)置有三個(gè)超聲波換能器，超聲空化罐頂部開有加料管的入口和三個(gè)分流管的入口，所述第二支路經(jīng)過分流器分為三個(gè)分流管，進(jìn)入超聲空化罐頂部。
[0012]其中，所述超聲空化罐內(nèi)三個(gè)超聲波換能器呈等邊三角形或等腰三角形排列，間距為超聲空化罐直徑的0.3?0.8倍，所述三個(gè)分流管的入口各與一個(gè)超聲波換能器接近，分流管的入口和換能器之間的距離為超聲空化罐直徑的0.01?0.03倍(即每對互相接近的分流管入口和換能器之間的距離)。
[0013]超聲波的空化效應(yīng)是指當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，在周期性的聲場壓力作用下，流體中出現(xiàn)大量微小的空泡隨著聲壓不斷進(jìn)行周期性的膨脹和潰滅運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象?？张菖蛎?、潰滅的過程時(shí)間極短，一般在數(shù)納秒至微秒之間，空泡潰滅時(shí)在空泡內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫、高壓,并使氣泡內(nèi)核液體界面的介質(zhì)裂解,超聲空化的這一特性為電極活性物質(zhì)的包覆和摻雜過程提供了特殊的環(huán)境。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0015]本實(shí)用新型提出的裝置，采用超聲波的空化效應(yīng)來對電極活性物質(zhì)的濕化學(xué)包覆摻雜過程進(jìn)行強(qiáng)化。裝置利用超聲空化效應(yīng)來對包覆和摻雜材料的溶液進(jìn)行超聲空化處理后再與電極活性物質(zhì)的液相漿料結(jié)合進(jìn)行包覆摻雜。采用本申請?zhí)岢龅难b置，通過控制超聲空化的時(shí)間、頻率、循環(huán)的次數(shù)等參數(shù)，可以控制電極活性材料被包覆或被摻雜，便于靈活控制產(chǎn)品質(zhì)量。
[0016]對于包覆或摻雜過程，超聲空化能將電極材料顆粒充分分散開，增加反應(yīng)面積和使表面活化，可有效地促進(jìn)固液多相反應(yīng)，同時(shí)空化作用使多相介質(zhì)混合得更均勻，可獲得均勻包覆和摻雜效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型電極活性材料制造裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2為超聲空化罐的俯視圖。
[0019]圖中，1一攪拌反應(yīng)器，2—出料閥，3—隔膜泵，4一分流器，5—分流管，6—超聲波換能器，7—加料計(jì)量泵，8—加料管，9一超聲空化罐，10—流量控制閥，11—管道。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過最佳實(shí)施例來說明本實(shí)用新型。本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)知的是，實(shí)施例只用來說明本實(shí)用新型而不是用來限制本實(shí)用新型的范圍。
[0021]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]參見圖1，一種基于超聲空化作用的鋰離子電極活性材料制造裝置，包括超聲空化罐9和攪拌反應(yīng)器I，超聲空化罐9位于攪拌反應(yīng)器I的上方；
[0024]攪拌反應(yīng)器I頂部開有物料入口，攪拌反應(yīng)器I底部設(shè)置有出料管道，所述出料管道分為第一支路和第二支路，所述第一支路為產(chǎn)品排出的支路，第一支路上開有出料閥2，第二支路與超聲空化罐9連接。第二支路上設(shè)置有隔膜泵3。
[0025]見圖2，超聲空化罐9 (直徑300mm)內(nèi)設(shè)置有三個(gè)超聲波換能器6，呈等邊三角形(邊長160mm)排列，超聲波換能器6連接有超聲波發(fā)生器，共有三套超聲空化裝置(圖中未示出超聲波發(fā)生器，超聲波發(fā)生器與超聲波換能器是標(biāo)準(zhǔn)配置，整體為一個(gè)超聲空化裝置)。超聲空化罐頂部開有加料管的入口和三個(gè)分流管的入口，分流管的入口和換能器之間的距離為10mm。超聲空化罐底部開有物料出口通過管道11連接攪拌反應(yīng)器I頂部的物料入口，管道11上設(shè)置有流量控制閥10。加料管8上設(shè)置有加料計(jì)量泵7。
[0026]本實(shí)用新型提出的裝置，基于超聲波的空化效應(yīng)，通過控制循環(huán)和加料時(shí)間等工藝參數(shù)，可以進(jìn)行鋰電池電極材料的包覆或摻雜。
[0027]包覆操作:正極活性材料為鈷酸鋰,包覆材料為硫酸亞錫,溶于水制成包覆液。首先將包覆液加入攪拌反應(yīng)器I中，然后開啟隔膜泵3進(jìn)行從攪拌反應(yīng)器I到超聲空化罐9的循環(huán)，同時(shí)開啟超聲波發(fā)生器，控制發(fā)生器頻率在200-500KHZ的中頻率，對包覆液進(jìn)行超聲空化，調(diào)節(jié)流量控制蝶閥10來控制超聲空化罐的液面即包覆液在超聲空化罐內(nèi)的停留時(shí)間，以達(dá)到控制包覆液的空化強(qiáng)度，包覆液空化時(shí)間10分鐘后，通過計(jì)量泵7加入正極活性材料鈷酸鋰，混合物通過管道11進(jìn)入攪拌反應(yīng)器攪拌，同時(shí)通過第二支路返回超聲空化罐9，再進(jìn)入攪拌反應(yīng)器1，如此循環(huán)攪拌約I小時(shí)之后，包覆完成的漿液由出料閥2放出，過濾干燥后就得到經(jīng)過包覆后的正極活性材料。
[0028]以上的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鋰離子電池電極活性材料制造的裝置，其特征在于，包括超聲空化罐和攪拌反應(yīng)器，所述超聲空化罐位于攪拌反應(yīng)器的上方； 所述攪拌反應(yīng)器頂部開有物料入口，攪拌反應(yīng)器底部設(shè)置有出料管道，所述出料管道分為第一支路和第二支路，所述第一支路為產(chǎn)品排出的支路，所述第二支路與所述超聲空化罐連接； 所述超聲空化罐內(nèi)設(shè)置有超聲波換能器，超聲空化罐頂部開有加料管的入口和第二支路的入口，超聲空化罐底部有物料出口通過管道連接到攪拌反應(yīng)器頂部的物料入口并在連接的管道上設(shè)置有流量控制閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述加料管上設(shè)置有加料計(jì)量泵，所述第二支路上設(shè)置有隔膜泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述超聲空化罐內(nèi)設(shè)置有三個(gè)超聲波換能器，超聲空化罐頂部開有加料管的入口和分流管的入口，所述第二支路經(jīng)過分流器分為三個(gè)分流管，進(jìn)入超聲空化罐頂部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置，其特征在于，所述超聲空化罐內(nèi)三個(gè)超聲波換能器呈等邊三角形或等腰三角形排列，間距為超聲空化罐直徑的0.3?0.8倍，所述三個(gè)分流管的入口各與一個(gè)超聲波換能器接近，分流管的入口和換能器之間的距離為超聲空化罐直徑的0.0l?0.03倍。
【文檔編號】B01J19/00GK204051655SQ201420555472
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】李錫力, 葉尚云, 張平偉 申請人:北京圣比和科技有限公司