一种钠离子电池正负极材料生产线的制作方法

1.本发明涉及钠离子电池制造技术领域，尤其是涉及一种钠离子电池正负极材料生产线。


背景技术：

2.公知的，由于钠金属和锂金属都属于碱金属元素，两者在许多方面都有着相似的化学性质和应用，相对于锂金属，钠金属在地壳中的含量丰富，开采和利用比较简单，导致价格也比较低，另外，由于钠离子电池与锂离子电池相比，具有更高的稳定性，在受到撞击时，不会出现自燃的现象，因此，钠离子电池有希望成为锂离子电池的替代者；其中，钠离子电池由正极材料、负极材料和软包壳体构成，其中在电池中起主要作用的就是正、负极材料，而钠离子电池的正、负极材料在制备时需要经过高温加热、冷却等步骤来实现；传统一般是采用炭化炉或冶炼炉对钠离子电池的正、负极材料进行高温加热，但是这些高温炉若要炉内温度达到700℃以上需要消耗大量的能源，使得正、负极材料的制备成本较大；另外，钠离子电池的正、负极材料在高温加热后还需要降温处理，传统是采用自然冷却降温，但是由于该材料加热过程中的温度较高，自然降温的速度较慢，从而影响该材料的制备效率；中国专利（cn201910172796.1）公开了一种钠离子电池负极材料的制备方法，采用反应釜作为钠离子电池负极材料的加热设备，且在高温加热后再让材料随炉冷却，得到最终的材料；但是该专利依然无法解决上述制备效率慢的问题；因此，综上所述，目前市场上需要一种既能够稳定对钠离子电池正负极材料进行稳定加热，又能够提高材料制备效率的生产线。


技术实现要素：

3.为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种钠离子电池正负极材料生产线。
4.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种钠离子电池正负极材料生产线，包含进料箱、高温反应釜、冷却器和尾气处理塔；所述进料箱用于向高温反应釜加入多种原料；所述高温反应釜用于对多种原料进行加热和搅拌处理；所述冷却器用于对高温反应釜及内部材料进行降温；所述尾气处理塔用于收集并净化高温反应釜处理原料时产生的废气。
5.优选的，所述进料箱包含放料仓、下料仓、控制阀，其中放料仓设为多个，多个放料仓均设有与下料仓相连通的出料口，多个放料仓的内底面均设有压力传感器；所述下料仓的底部通过控制阀与高温反应釜的进料口对应连通。
6.优选的，所述高温反应釜包含内壳体、外壳体、加热机构、搅拌轴和出料管；其中外
壳体内设有加热机构，加热机构套在内壳体外；内壳体顶部分别通过电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c和电磁阀f一一对应与氢氧化钠溶液罐、真空压缩机、冷却器的进气端和尾气处理塔连通，内壳体底部分别通过电磁阀d、电磁阀e和电磁阀g一一对应与氮气罐、冷却器的出气端和大气连通；所述内壳体中设有同轴的搅拌轴，内壳体的顶部设有用于驱动搅拌轴转动的电机，内壳体的底部设有出料管。
7.优选的，所述搅拌轴的轴身设有绞龙和搅拌杆，其中绞龙沿搅拌轴的轴线设置，搅拌杆则为多个，分别垂直于搅拌轴均匀分布。
8.优选的，所述内壳体设有测温机构，且测温机构由多个用于检测物料温度或者内壳体外壁温度的温度传感器构成。
9.优选的，所述冷却器包含外罩和降温板，其中外罩两端分别设为进气端和出气端，所述降温板由主板和多块挡板构成，且主板和挡板均设为中空结构，其挡板的空腔均与主板的空腔对应连通，主板安装在外罩的内壁面，主板设有与外部水源连接的进水口和出水口，挡板的板面与外罩的进气端相对应。
10.优选的，所述主板设为两个，且两主板的板面均垂直设有多个挡板，两主板分别安装在外罩的内顶面和内底面，两主板上的挡板对应交错设置。
11.优选的，所述冷却器的出气端通过风机与高温反应釜连通。
12.优选的，利用本生产线加工钠离子电池正、负极材料的方法为：1）按照各个原料的配比，通过进料箱向高温反应釜中加入各种的原料；2）打开电磁阀a，向高温反应釜中加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液与原料整体的配比为2:1
±
0.5；3）关闭电磁阀a，打开电磁阀b，然后启动真空压缩机将高温反应釜抽真空，直到高温反应釜内压力为-40~-50kpa；4）关闭电磁阀b，打开电磁阀d，向高温反应釜中充入氮气气氛，直到高温反应釜的压力恢复为常压状态；5）关闭电磁阀d，启动加热机构，开始加热高温反应釜中的原料，同时打开电磁阀f，处理原料加热过程中产生的尾气；6）原料加热完成后，关闭加热机构和电磁阀f，打开电磁阀d，通过氮气罐向高温反应釜内补充氮气，其中氮气的补充速率为500ml/min，氮气的补充时间为8-12min；7）关闭电磁阀d，打开电磁阀c和电磁阀e，通过冷却器对高温反应釜中的原料成品进行循环降温；8）降温完成后，关闭电磁阀d、电磁阀c和电磁阀e，打开高温反应釜的出料口。
13.优选的，所述步骤5）中，原料的加热采用分段式的方法，其中第一温度段为：常温——200℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间100min；第二温度段为：200℃——400℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间150min；第三温度段为：400℃——850℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间300min。
14.由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的一种钠离子电池正负极材料生产线，通过高温反应釜能够快速实现釜内的升温，且能够保持恒温温度稳定，从而提高制备出的钠离子电池正、负极材料的质
量；另外，通过冷却器则是能够实现对釜内材料的快速冷却，提高钠离子电池正、负极材料的制备效率。
附图说明
15.图1为本发明的一种结构示意图；图2为高温反应釜的结构示意图；图3为冷却器的结构示意图；图4为生产线的连接示意图。
16.图中：1、进料箱；101、放料仓；102、下料仓；103、控制阀；104、压力传感器；105、放料盘；2、高温反应釜；201、内壳体；202、外壳体；203、加热机构；204、搅拌轴；205、出料管；3、冷却器；301、外罩；302、主板；303、挡板；4、尾气处理塔；5、电磁阀a；6、电磁阀b；7、电磁阀c；8、氢氧化钠溶液桶；9、真空压缩机；10、电磁阀d；11、电磁阀e；12、电磁阀f；13、电磁阀g；14、氮气罐；15、电机；16、绞龙；17、搅拌杆；18、测温机构；19、风机。
实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行说明，在描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系，仅是与本发明的附图对应，为了便于描述本发明，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：结合附图1-4所述的一种钠离子电池正负极材料生产线，包含进料箱1、高温反应釜2、冷却器3和尾气处理塔4；所述进料箱1用于向高温反应釜2加入多种原料，且钠离子电池正负极材料的原料一般都是金属粉末；此外，所述进料箱1包含放料仓101、下料仓102、控制阀，其中放料仓101设为多个，且多个放料仓101围绕下料仓102设置，其中每个放料仓101内均放置不同种类的原料，多个放料仓101均设有与下料仓102相连通的出料口，多个放料仓101的内底面均设有压力传感器103，压力传感器103上均设有与下料仓102对应配合的放料盘104，通过压力传感器103能够测出放料仓101内材料的重量，在进行下料时，根据压力传感器103测出重量的减少量，然后及时关闭下料仓102的出料口，即可实现精准下料，从而保证钠离子电池正、负极材料的准确配比；所述下料仓102的底部设有控制阀，控制阀的出料口通过管道与高温反应釜2的进料口对应连通，需要注意的是，下料仓102的顶部为开口，当原料从放料仓101落入下料仓102内后，控制阀与放料仓101的出料口均为关闭状态，之后高温反应釜2内先进行抽真空操作，使高温反应釜2内处于负压状态，然后再打开控制阀，将下料仓102与高温反应釜2的内壳体201之间连通，且此时高温反应釜2为负压状态，下料仓102内为常压状态，使得下料仓102内的原料能够全部快速进入高温反应釜2的内壳体201中，多种原料的下料间隔进行；所述高温反应釜2用于对多种粉末原料进行加热和搅拌处理，其中对原料的搅拌是在下料过程中进行，待下料完成后，停止搅拌，然后启动加热机构203对原料进行加热；根据需要，所述高温反应釜2包含内壳体201、外壳体202、加热机构203、搅拌轴204和出料管
205；其中外壳体202内设有加热机构203，加热机构203套在内壳体201外，通过加热机构203启动后产生的感应磁场，能够对内壳体201中的粉末金属原料进行高温加热，提高原料的成型质量；另外，加热机构203能够是中频感应线圈、电阻丝或者导热油加热，其中最优选择为采用中频感应线圈加热，通过中频感应线圈产生的磁场对不锈钢材质的内壳体201加热，从而使反应釜内的电池正负极材料发热产生化学反应，从而实现高温加热，并且该方式能够快速实现升温，以及中频感应磁场产生的温度区间稳定，由于钠离子电池正、负极材料质量的好坏，重要的决定因素就是加热温度是否均匀稳定，以及加热温度是否够高，因此通过使用中频感应线圈作为高温反应釜2的加热机构203，能够有效保证制备出的钠离子电池正、负极材料的质量；内壳体201顶部分别通过电磁阀a5、电磁阀b6、电磁阀c7和电磁阀f12一一对应与氢氧化钠溶液罐8、真空压缩机9、冷却器3的进气端和尾气处理塔4连通，内壳体201底部分别通过电磁阀d10、电磁阀e11和电磁阀g13一一对应与氮气罐14、冷却器3的出气端和大气连通；所述内壳体201中设有同轴的搅拌轴204，内壳体201的顶部设有用于驱动搅拌轴204转动的电机15，内壳体201的底部设有出料管205，此外，所述搅拌轴204的轴身设有绞龙16和搅拌杆17，其中绞龙16沿搅拌轴204的轴线设置，搅拌杆17则为多个，分别垂直于搅拌轴204均匀分布，其中搅拌轴204在正转和反转时，搅拌杆17均用于混合多种原料，但是搅拌轴204正转时，绞龙16随之正转，此时绞龙16的相对移动方向朝向上方，此时原料依然在高温反应釜2的内壳体201中，只有在搅拌轴204反转时，绞龙16随之反转时，制备成功的电池材料才会进入下料管中，此时下料管也打开，即实现出料；另外，所述内壳体201设有测温机构18，且测温机构18由多个用于检测物料温度或者内壳体201外壁温度的温度传感器构成，其中对物料温度的检测是在物料加热和物料冷却步骤进行的，而对内壳体201外壁温度的检测仅在物料加热步骤进行，另外，根据测温机构18测出的物料温度和内壳体201外壁的温度，能够让工作人员直观看到高温反应釜2的运行状况，从而能够准确判断其内部电池材料的制备情况；所述冷却器3用于对高温反应釜2及内部材料进行降温，根据需要，所述冷却器3包含外罩301和降温板，其中外罩301两端分别设为进气端和出气端，外罩301的罩体设有进水口和出水口，所述降温板由主板302和多块挡板303构成，且主板302和挡板303均设为中空结构，其挡板303的空腔均与主板302的空腔对应连通，主板302安装在外罩301的内壁面，主板302与进水口和出水口对应连通，挡板303用于阻挡吹进罩体内的高温气体，冷却器3采用循环水冷的方式，冷却水从进水口进入主板302和挡板303的空腔内，然后再从另一端的出水口流出，使得主板302和挡板303内的冷却水能够一直保持冷却效果；当高温反应釜2结束对材料的高温加热后，将会打开高温反应釜2与冷却器3之间的电磁阀，此时高温反应釜2内的气体将从冷却器3的进气端进入，穿过挡板303的阻拦降温后，再从冷却器3的出气端进入高温反应釜2中，需要注意的是，此时冷却气体是从内壳体201的底部进入，即冷却气体直接通入电池材料中，从而提高对电池材料的降温速率；特别的，降温板的一种实施例为：所述主板302设为两个，且两主板302的板面均垂直设有多个挡板303，两主板302分别安装在外罩301的内顶面和内地面，两主板302上的挡板303对应交错设置，在本实施例中，高温气体流经冷却器3的路径为方波状，有效增长了高
温气体的流经路途，提高了对高温气体的冷却效果；此外，所述冷却器3的出气端与高温反应釜2之间设有风机19，通过该风机19能够将冷却后的气体有效输送至高温反应釜2内；所述尾气处理塔4用于收集并净化高温反应釜2处理原料时产生的废气。
18.根据需要，利用本生产线加工钠离子电池正、负极材料的方法为：1）按照各个原料的配比，通过进料箱1向高温反应釜2中加入各种的原料；2）打开电磁阀a5，向高温反应釜2中加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液与原料整体的配比为2:1
±
0.5；3）关闭电磁阀a5，打开电磁阀b6，然后启动真空压缩机9将高温反应釜2抽真空，直到高温反应釜内压力为-40~-50kpa；4）关闭电磁阀b6，打开电磁阀d10，向高温反应釜2中充入氮气气氛，直到高温反应釜2的压力恢复为常压状态；5）关闭电磁阀d10，启动加热机构203，开始加热高温反应釜2中的原料，同时打开电磁阀f12，处理原料加热过程中产生的尾气；6）原料加热完成后，关闭加热机构和电磁阀f，打开电磁阀d，通过氮气罐向高温反应釜内补充氮气，其中氮气的补充速率为500ml/min，氮气的补充时间为8-12min；7）关闭电磁阀d10，打开电磁阀c7和电磁阀e11，通过冷却器3对高温反应釜2中的原料成品进行循环降温；8）降温完成后，关闭电磁阀d10、电磁阀c7和电磁阀e11，打开高温反应釜2的出料口。
19.优选的，所述步骤5）中，原料的加热采用分段式的方法，其中第一温度段为：常温——200℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间100min；第二温度段为：200℃——400℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间150min；第三温度段为：400℃——850℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间300min；通过分段加热的方法能够逐步对电池原料进行加热，让原料之间能够在不同的温度段进行不同的化学反应，从而让原料之间的反应更加充分，进而使制备出的电池材料性能更好。
20.本发明未详述部分为现有技术，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：包含进料箱（1）、高温反应釜（2）、冷却器（3）和尾气处理塔（4）；所述进料箱（1）用于向高温反应釜（2）加入原料；所述高温反应釜（2）用于对原料进行加热和搅拌处理；所述冷却器（3）用于对高温反应釜（2）及内部材料进行降温；所述尾气处理塔（4）用于收集并净化高温反应釜（2）处理原料时产生的废气。2.如权利要求1所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述进料箱（1）包含放料仓（101）、下料仓（102）、控制阀，其中放料仓（101）设为多个，多个放料仓（101）均设有与下料仓（102）相连通的出料口，多个放料仓（101）的内底面均设有压力传感器（103）；所述下料仓（102）的底部通过控制阀与高温反应釜（2）的进料口对应连通。3.如权利要求1所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述高温反应釜（2）包含内壳体（201）、外壳体（202）、加热机构（203）、搅拌轴（204）和出料管（205）；其中外壳体（202）内设有加热机构（203），加热机构（203）套在内壳体（201）外；内壳体（201）顶部分别通过电磁阀a（5）、电磁阀b（6）、电磁阀c（7）和电磁阀f（12）一一对应与氢氧化钠溶液罐（8）、真空压缩机（9）、冷却器（3）的进气端和尾气处理塔（4）连通，内壳体（201）底部分别通过电磁阀d（10）、电磁阀e（11）和电磁阀g（13）一一对应与氮气罐（14）、冷却器（3）的出气端和大气连通；所述内壳体（201）中设有同轴的搅拌轴（204），内壳体（201）的顶部设有用于驱动搅拌轴（204）转动的电机（15），内壳体（201）的底部设有出料管（205）。4.如权利要求3所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述搅拌轴（204）的轴身设有绞龙（16）和搅拌杆（17），其中绞龙（16）沿搅拌轴（204）的轴线设置，搅拌杆（17）则为多个，分别垂直于搅拌轴（204）均匀分布。5.如权利要求3所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述内壳体（201）设有测温机构（18），且测温机构（18）由多个用于检测物料温度或者内壳体（201）外壁温度的温度传感器构成。6.如权利要求1所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述冷却器（3）包含外罩（301）和降温板，其中外罩（301）两端分别设为进气端和出气端，所述降温板由主板（302）和多块挡板（303）构成，且主板（302）和挡板（303）均设为中空结构，其挡板（303）的空腔均与主板（302）的空腔对应连通，主板（302）安装在外罩（301）的内壁面，主板（302）设有与外部水源连通的进水口和出水口，挡板（303）的板面与外罩（301）的进气端相对应。7.如权利要求6所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述主板（302）设为两个，且两主板（302）的板面均垂直设有多个挡板（303），两主板（302）分别安装在外罩（301）的内顶面和内底面，两主板（302）上的挡板（303）对应交错设置。8.如权利要求1所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述冷却器（3）的出气端通过风机（19）与高温反应釜（2）连通。9.利用本生产线加工钠离子电池正、负极材料的方法为：1）按照各个原料的配比，通过进料箱（1）向高温反应釜（2）中加入各种的原料；2）打开电磁阀a（5），向高温反应釜（2）中加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液与原料整体的配比为2:1
±
0.5；
3）关闭电磁阀a（5），打开电磁阀b（6），然后启动真空压缩机（9）将高温反应釜（2）抽真空，直到高温反应釜（2）内压力为-40~-50kpa；4）关闭电磁阀b（6），打开电磁阀d（10），向高温反应釜（2）中充入氮气气氛，直到高温反应釜（2）的压力恢复为常压状态；5）关闭电磁阀d（10），启动加热机构（203），开始加热高温反应釜（2）中的原料，同时打开电磁阀f（12），处理原料加热过程中产生的尾气；6）原料加热完成后，关闭加热机构（203）和电磁阀f（12），打开电磁阀d（10），通过氮气罐向高温反应釜（2）内补充氮气，其中氮气的补充速率为500ml/min，氮气的补充时间为8-12min；7）关闭电磁阀d（10），打开电磁阀c（7）和电磁阀e（11），通过冷却器（3）对高温反应釜（2）中的原料成品进行循环降温；8）降温完成后，关闭电磁阀d（10）、电磁阀c（7）和电磁阀e（11），打开高温反应釜（2）的出料口。10.如权利要求9所述的钠离子电池正负极材料生产线，其特征是：所述步骤5）中，原料的加热采用分段式的方法，其中第一温度段为：常温——200℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间100min；第二温度段为：200℃——400℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间150min；第三温度段为：400℃——850℃，升温速率为1-20℃/min，恒温时间300min。

技术总结
一种钠离子电池正负极材料生产线，包含进料箱、高温反应釜、冷却器和尾气处理塔；所述进料箱用于向高温反应釜加入多种粉末原料；所述高温反应釜用于对多种粉末原料进行加热和搅拌处理；所述冷却器用于对高温反应釜及内部材料进行降温；所述尾气处理塔用于收集并净化高温反应釜处理原料时产生的废气；本生产线既能够稳定对钠离子电池正负极材料进行稳定加热，又能够提高材料制备效率。又能够提高材料制备效率。又能够提高材料制备效率。


技术研发人员：康忠波 王建同 康永鑫
受保护的技术使用者：洛阳松导感应加热科技有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/7/18