能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于化工設備技術領域，特別涉及一種能生成指數型梯度濃度溶液的 噴霧加料裝置。
【背景技術】
[0002] 全梯度型三元正極材料是一種新型的鋰電正極材料，具有高容量、高循環壽命的 優勢，具有良好的產業化前景。這種材料顆粒具有全梯度結構，顆粒中鎳組分和錳組分從顆 粒核心到顆粒外表呈現梯度濃度漸變。為了合成全梯度型三元正極材料，進行連續化的產 業化生產，需要一種能連續生成梯度濃度溶液的自動加料裝置，以使加料溶液中鎳錳元素 的濃度可隨加料量呈梯度漸變。
[0003] 共沉淀法是合成三元正極材料的常用工藝，工藝難點在于如何控制加料中的金屬 離子均勻沉淀。傳統工藝通過共沉淀法制備三元材料前驅體時，采用液滴滴加方式在進料 口加料。這種滴加進料缺點在于加料不均或局部濃度過高。尤其在三元材料規模化生產 中，大型反應釜內傳質距離長，機械攪拌難以充分混合，因此傳統滴加進料方式導致傳質過 程緩慢，影響共沉淀反應的均一度，最終不利于三元材料的產品質量。
[0004] 在共沉淀反應制備三元材料的工藝中，若采用自動噴霧式加料系統，霧化的原料 溶液均勻噴灑在反應釜液面，有利于縮短傳質距離，提高傳質速率，從而保證共沉淀反應的 均勻性和三元材料產品質量。目前常規的噴霧加料裝置，噴霧濃度恒定，不能使噴霧生成梯 度式濃度漸變，所以常規噴霧加料裝置無法滿足梯度三元材料的生產。
【發明內容】
[0005] 為彌補現有技術的不足，本實用新型提供一種能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧 加料裝置，通過梯度濃度溶液生成系統和噴霧系統聯用，生成的噴霧濃度按指數方式漸變。 該加料裝置可專用于指數型梯度三元材料的生產工藝中，且加料系統具有自動化、連續化 的優點，能連續生成梯度濃度漸變的噴霧，節省了人工方式配制梯度溶液的麻煩。
[0006] 本實用新型是通過如下技術方案實現的：
[0007] -種能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，其特殊之處在于：包括指數型 梯度濃度溶液生成系統和自動噴霧系統，且雙系統聯用。
[0008] 本實用新型的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，所述指數型梯度濃度 溶液生成系統包括補液罐和混液罐，該補液罐和混液罐分別在頂部和底部設有進料口和出 料口，進料口和出料口處都設有閥門，補液罐的出料口通過第一計量泵與混液罐的進料口 連通；所述自動噴霧系統包括噴射器和空氣壓縮機，噴射器的進氣口通過管線與空氣壓縮 機連通，混液罐的出料口通過第二計量泵與噴射器連接。
[0009] 本實用新型的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，混液罐頂蓋上設有 電動機械攪拌器，該電動機械攪拌器的攪拌槳伸入混液罐內，攪拌槳距離混液罐罐底約為 1-10 cm。攪拌桿和槳葉采用304不銹鋼或316L不銹鋼，進一步優選在其表面噴涂防腐涂 料。槳葉可采用推進式、渦輪式、鋸齒圓盤式和折葉槳式等，進一步優選推進式和渦輪式。
[0010] 進一步，補液罐和混液罐截面積相等，兩液罐底部固定在同一高度的支架上。
[0011] 本實用新型的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，噴射器所置高度不低 于混液罐出料口閥門所在高度。噴射器可采用螺旋噴嘴、錐形噴嘴或扇形噴嘴，進一步優選 為螺旋噴嘴。
[0012] 進一步，噴嘴材質采用316L不銹鋼、噴漆處理的316L不銹鋼、陶瓷或塑料，進一步 優選為陶瓷或塑料材質，再進一步優選為陶瓷材質。
[0013] 本實用新型的有益效果是：本實用新型所提供的能生成指數型梯度濃度溶液的噴 霧加料裝置，省去了人工配制梯度濃度溶液的繁瑣，能自動連續地生成指數梯度濃度溶液， 且由聯用的噴霧系統轉換成噴霧形態的加料，避免了合成三元材料時加料不均和局部濃度 過高。本實用新型加料裝置專用于指數型梯度三元材料的連續化、規模化生產。
【附圖說明】
[0014] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0015] 圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0016] 圖2是實施例噴霧中鎳離子濃度的指數式漸變曲線示意圖。
[0017] 圖3是實施例噴霧中錳離子濃度的指數式漸變曲線示意圖。
[0018] 圖中，1補液罐，2補液罐進料口閥門，3補液罐出料口閥門，4第一計量泵，5混液 罐，6電動機械攪拌器，7混液罐進料口閥門，8混液罐出料口閥門，9第二計量泵，10噴射器， 11空氣壓縮機，12指數型梯度濃度溶液生成系統，13自動噴霧系統。
【具體實施方式】
[0019] 附圖是本實用新型的一種【具體實施方式】。該實施例包括指數型梯度濃度溶液生成 系統12和自動噴霧系統13,且雙系統聯用。所述指數型梯度濃度溶液生成系統12包括補 液罐1和混液罐5,所述補液罐1沒有攪拌裝置，而混液罐5具有攪拌裝置，電動機械攪拌 器6位于混液罐5頂蓋，攪拌桿和槳葉采用304不銹鋼，表面噴涂有防腐涂料，以避免本系 統向加料溶液中引入鐵雜質。攪拌桿和槳葉伸入混液罐5底部，槳葉離罐底約1-lOcm，槳葉 采用推進式。補液罐1和混液罐5分別在頂部和底部設有進料口和出料口，進料口和出料 口處都設有閥門，補液罐1和混液罐5截面積相等，液罐底部固定在同一高度的支架，補液 罐1的出料口閥門3通過第一計量泵4與混液罐5的進料口閥門7連通。
[0020] 所述自動噴霧系統13包括噴射器10和空氣壓縮機11，噴射器10的進氣口通過管 線與空氣壓縮機11連通，混液罐5的出料口閥門8通過第二計量泵9與噴射器10連接，噴 射器10的位置高于第二計量泵9,噴射器10采用螺旋噴嘴，噴嘴采用陶瓷制成，以提高噴霧 系統耐腐蝕性能，避免向加料中引入鐵雜質。
[0021] 本加料裝置專用于梯度三元材料合成。使用時補液罐1用于盛儲低鎳高錳濃度的 原料溶液，通過硫酸鎳和硫酸錳配制低鎳高錳濃度的溶液，由補液罐1頂部進料口裝入罐 內，灌液時開啟進料口閥門2關閉出料口閥門3,所述溶液鎳離子濃度為人錳離子濃 度為C 7 (ifo人混液罐5用于盛儲高鎳低錳濃度的原料溶液，同理，通過硫酸鎳和硫酸錳配制 高鎳低錳濃度的溶液裝入混液罐5,所述溶液鎳離子濃度為人錳離子濃度為人
[0022] 本實施例中，為生成指數梯度濃度溶液，并使加料系統輸出的鎳離子濃度逐漸降 低而錳離子濃度逐漸升高，在給補液罐1和混液罐5裝液時，鎳離子濃度C7你/) 你/」， 猛離子濃度為q (Mn)> c2 (Mn)。
[0023] 本實施例中，為生成指數梯度濃度溶液，并自動化連續化生成所述溶液，開啟補液 罐1的進料口閥門2、出料口閥門3和第一計量泵4,開啟混液罐5的進料口閥門7、出料口 閥門8、第二計量泵9和電動機械攪拌器6。因此實現補液罐1自動向混液罐5中加液，所 加液體與混液罐5原有溶液在電動機械攪拌下混合均勻。為使混液管準確輸出指數梯度濃 度的溶液，調節第一計量泵4和第二計量泵9,使兩泵輸出液體時流量相等。
【主權項】
1. 一種能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，其特征在于：包括指數型梯度濃 度溶液生成系統（12)和自動噴霧系統（13)，且雙系統聯用；所述指數型梯度濃度溶液生成 系統（12)包括補液罐（1)和混液罐（5);所述自動噴霧系統（13)包括噴射器（10)和空氣壓 縮機（11)。
2. 根據權利要求1所述的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，其特征在于： 補液罐（1)和混液罐（5)分別在頂部和底部設有進料口和出料口，進料口和出料口處都設 有閥門，補液罐（1)的出料口閥門（3)通過第一計量泵（4)與混液罐（5)的進料口閥門（7) 連通；噴射器（10)的進氣口通過管線與空氣壓縮機（11)連通，混液罐（5)的出料口閥門（8) 通過第二計量泵（9)與噴射器（10)連接。
3. 根據權利要求1或2所述的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，其特征在 于：混液罐（5)頂蓋上設有電動機械攪拌器（6)，該電動機械攪拌器（6)的攪拌槳（8)伸入 混液罐（5)內。
4. 根據權利要求1或2所述的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，其特征在 于：補液罐（1)和混液罐（5)截面積相等，兩液罐底部固定在同一高度的支架上。
5. 根據權利要求3所述的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，其特征在于： 電動機械攪拌器（6)的攪拌槳距離混液罐（5)罐底約為1-10 cm。
6. 根據權利要求1或2所述的能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，其特征在 于：噴射器（10)所置高度不低于混液罐（5)出料口閥門（8)所在高度。
【專利摘要】本實用新型公開了一種能生成指數型梯度濃度溶液的噴霧加料裝置，包括指數型梯度濃度溶液生成系統和自動噴霧系統，且雙系統聯用，整個加料裝置主要包括混液罐、補液罐、機械攪拌器、計量泵、噴射器、空氣壓縮機、閥門和管線等。補液罐專用于盛儲高鎳低錳濃度的溶液，混液罐專用于盛儲低鎳高錳濃度的溶液，補液罐以恒定流速向混液罐中自動加液，混液罐所流出的鎳錳離子濃度可隨累積流量呈現指數型梯度濃度變化，流出液再通過管線進入自動噴射器生成噴霧。噴霧中的鎳、錳離子濃度，可隨總噴霧量呈現指數型梯度變化，故本實用新型加料裝置可專用于合成指數型梯度結構的新型三元正極材料及其連續化生產。
【IPC分類】B01J4-02, B01J19-26
【公開號】CN204429249
【申請號】CN201420862217
【發明人】張會斌, 王瑛, 王勝偉, 趙成龍, 牛龍偉, 蔣文法, 趙洪東, 劉麗娜
【申請人】山東玉皇新能源科技有限公司, 山東玉皇化工有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月31日