一种磷酸铁锂颗粒纳米化均化方法及装置与流程

本发明属于锂离子电池正极材料处理的技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂颗粒的纳米化均化方法及装置。

背景技术：

1997年John B.Goodenough教授首次发现LiFePO₄可逆嵌脱锂离子的特性后，电池界引起了一场巨大的轰动。在各种储锂正极材料中,由于LiFePO₄安全性能好、循环寿命长、原材料来源广泛、价格相对低廉、无环境污染等优点脱颖而出，一直是锂离子电池正极材料研究开发的热点。

合成LiFePO₄的方法可以分为固相法和液相法。固相法又可以分为传统的高温固相法、机械活化法、碳热法、微波辐射法等。液相法可以分为：水热合成法、化学共沉淀法、溶胶凝胶法。液相法会产生较多的废液，处理成本相对较高，因此目前比较成熟的工业化方法是固相法。固相法的优点在于：容易操作，易于工业化，但固相法的缺陷在于所得产品颗粒分布不均匀。LiFePO₄材料本身存在一些缺陷，例如：电导率低，离子扩散系数低，振实密度低等。而缺陷的改善方法通常有：碳包覆，掺入金属离子，导电有机物包覆，减小粒度，合成球形颗粒等措施。其中减小粒度的措施，最常见的就是用球磨机研磨，而且国内很多厂家都在这样做。球磨法最大的缺陷在于：能耗高，产品粒度分布不均匀，残次品较多。

技术实现要素：

本发明为了解决LiFePO₄的细化过程中使用球磨机能耗高，产品粒度分布不均匀，残次品较多的问题，提出了一种磷酸铁锂颗粒的纳米化均化方法及装置。

本发明的技术方案为：

一种磷酸铁锂颗粒的纳米化均化方法，在室温下，将磷酸铁锂置于充满有机溶剂的粒径均化塔中，粒径均化塔与旋流器连接，其中粒径均化塔的溢流口与旋流器上部入口相连，在溢流口与上部入口之间设置阀门，粒径均化塔的重颗粒入口与旋流器的放料口相连，在重颗粒入口和放料口之间设置阀门，粒径均化塔的放料口通过纳米粉碎机与旋流器进料口相连；粒径均化塔通氮气保护，在有机溶剂的悬浮分离作用下，重的颗粒通过旋流器的放料口和粒径均化塔的重颗粒入口重新进入粒径均化塔在纳米粉碎机的作用下重新粉碎，粉碎后重新进入旋流器，轻的颗粒通过旋流器上方的上部入口经集料罐泵送至纳米压滤机压滤，滤饼经过进料螺杆与预热螺杆以及真空浆叶式干燥器回收溶剂干燥经冷却后得到均化后的成品，从纳米压滤机出液口出来的经过中间罐由溶剂泵重新泵送至粒径均化塔循环使用；真空浆叶式干燥器的蒸汽在负压作用下经由冷凝器冷却获得的溶剂由溶剂泵重新泵入中间罐，不凝性气体通过缓冲罐和液封罐后排放。

如上所述的有机溶剂可以是极性有机溶剂和非极性有机溶剂，但选择的时候要根据想要得到产品的颗粒度和比重来选择，若想得到粒度较小的产品可以选择密度较高的溶剂，若想得到粒度较大的产品可以选择密度较小的溶剂。

所述的有机溶剂为醇类或芳烃溶剂，具体为甲醇或乙醇或苯或甲苯或二甲苯中的一种或几种组合。

为了保证所得到产品的粒度为纳米级，还需要调整纳米粉碎机的转速在1400r/min～3200r/min，溶剂和磷酸铁锂的流速在0.8～3.5m/s。

所述的滤饼干燥温度为30-80℃，真空度为-1.0～-0.3MPa。

本发明的工艺可以得到粒度为30-100nm分布均匀的颗粒。

本发明的一种磷酸铁锂颗粒的纳米化均化装置，包括粒径均化塔，其特征在于，所述的粒径均化塔与旋流器连接，其中粒径均化塔的溢流口与旋流器上部入口相连，在溢流口与上部入口之间设置阀门，粒径均化塔的重颗粒入口与旋流器的放料口相连，在重颗粒入口和放料口之间设置阀门，粒径均化塔的放料口通过纳米粉碎机与旋流器进料口相连；所述的旋流器的上部入口还与集料罐连接，集料罐出口通过输料泵与纳米压滤机进口相连，纳米压滤机出液口与中间罐连接，所述纳米压滤机的滤饼出口下端设置料斗，料斗连接干燥系统，所述的干燥系统包括依次连接的进料螺杆，预热螺杆，冷却螺杆，真空桨叶干燥器，冷凝器，真空泵。

作为优选，本发明的一种磷酸铁锂颗粒的纳米化均化装置，包括粒径均化塔，其特征在于，所述的粒径均化塔与旋流器连接，其中粒径均化塔的溢流口与旋流器上部入口相连，在溢流口与上部入口之间设置阀门，粒径均化塔的重颗粒入口与旋流器的放料口相连，在重颗粒入口和放料口之间设置阀门，粒径均化塔的放料口通过纳米粉碎机与旋流器进料口相连；所述的旋流器的上部入口还与集料罐连接，集料罐出口通过输料泵与纳米压滤机进口相连，纳米压滤机出液口与中间罐连接，中间罐出口通过溶剂泵与粒径均化塔进液口连接；所述纳米压滤机的滤饼出口下端设置料斗，所述料斗出口与进料螺杆相通，进料螺杆与预热螺杆相通，预热螺杆出口与真空浆叶干燥器连接，所述真空浆叶干燥器粒料出口与冷却螺杆相连，冷却螺杆出口连接成品仓；所述真空浆叶干燥器的蒸汽出口与冷凝器连接，冷凝器的出口与捕集冷凝器连接，捕集冷凝器出液口与溶剂回收罐连接，溶剂回收罐的出口通过溶剂泵与中间罐连接；所述捕集冷凝器的不凝气体出口通过阀门连接缓冲罐，缓冲罐罐底通过阀门连接水封，缓冲罐上部出口通过阀门连接真空泵，真空泵出口连接液封罐。

本发明的有益效果为：本发明有效解决了磷酸铁锂细化过程中能耗过高和产品粒度分布不均匀的问题。通过旋流器和有机溶剂的有效分离，重的颗粒沉降下来通过纳米均化塔的下部进入纳米粉碎机，如此一来纳米粉碎机只粉碎过大的颗粒，大大节约了反复粉碎的能耗；而符合要求的小颗粒经过旋流器直接进入到压滤机，经过压滤干燥出来。由于溶剂的悬浮力和纳米粉碎机的转速是一定的，因此小颗粒在旋流器上方的溢出是有选择性的，因此，本发明可以得到粒度分布均匀的产品。

附图说明

图1为工艺流程示意图。

图2为本发明的装置连接示意图。

其中，1-粒径均化塔，101-粒径均化塔进液口，102-溢流口，103-重颗粒入口，104-粒径均化塔的放料口，2-旋流器，201-旋流器上部入口，202-旋流器进料口，203-旋流器的放料口，3-集料罐，301-集料罐出口，4-纳米粉碎机，5-输料泵，6-溶剂泵，7-中间罐，701-中间罐出口，8-纳米压滤机，801-纳米压滤机进口，802-纳米压滤机出液口，803-滤饼出口，9-料斗，901-料斗出口，10-预热螺杆，1001-预热螺杆出口，11-进料螺杆，12-真空浆叶干燥器，1201-真空浆叶干燥器的蒸汽出口，1202-真空浆叶干燥器粒料出口，13-冷却螺杆，1301-冷却螺杆出口，14-成品仓，15-真空泵，16-冷凝器，16a-冷凝器的出口，17-液封罐，18-捕集冷凝器，18a-捕集冷凝器的不凝气体出口，18b-捕集冷凝器出液口，19-溶剂回收罐，19a-溶剂回收罐的出口，20-水封，21-缓冲罐，22-阀门，

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明提供的磷酸铁锂颗粒的纳米化均化装置，包括粒径均化塔1，所述的粒径均化塔1与旋流器2连接，其中粒径均化塔的溢流口102与旋流器上部入口201相连，在溢流口102与上部入口201之间设置阀门22，粒径均化塔的重颗粒入口103与旋流器的放料口203相连，在重颗粒入口103和放料口203之间设置阀门22，粒径均化塔的放料口104通过纳米粉碎机4与旋流器进料口202相连；所述的旋流器的上部入口201还与集料罐3连接，集料罐出口301通过输料泵5与纳米压滤机进口801相连，纳米压滤机出液口802与中间7罐连接，中间罐出口701通过溶剂泵6与粒径均化塔进液口101连接；所述纳米压滤机8的滤饼出口803下端设置料斗9，所述料斗出口901与进料螺杆11相通，进料螺杆11与预热螺杆10相通，预热螺杆出口1001与真空浆叶干燥器12连接，所述真空浆叶干燥器粒料出口1202与冷却螺杆13相连，冷却螺杆出口1301连接成品仓14；所述真空浆叶干燥器的蒸汽出口1201与冷凝器16连接，冷凝器的出口16a与捕集冷凝器18连接，捕集冷凝器出液口18b与溶剂回收罐19连接，溶剂回收罐的出口19a通过溶剂泵6与中间罐7连接；所述捕集冷凝器的不凝气体出口18a通过阀门22连接缓冲罐21，缓冲罐罐底通过阀门连接水封20，缓冲罐上部出口通过阀门连接真空15泵，真空泵出口连接液封罐17。

本发明的提供的磷酸铁锂颗粒的纳米化均化方法，在室温下，将磷酸铁锂置于充满有机溶剂的粒径均化塔中，粒径均化塔与旋流器连接，其中粒径均化塔的溢流口与旋流器上部入口相连，在溢流口与上部入口之间设置阀门，粒径均化塔的重颗粒入口与旋流器的放料口相连，在重颗粒入口和放料口之间设置阀门，粒径均化塔的放料口通过纳米粉碎机与旋流器进料口相连；粒径均化塔通氮气保护，在有机溶剂的悬浮分离作用下，重的颗粒通过旋流器的放料口和粒径均化塔的重颗粒入口重新进入粒径均化塔在纳米粉碎机的作用下重新粉碎，粉碎后重新进入旋流器，轻的颗粒通过旋流器上方的上部入口经集料罐泵送至纳米压滤机压滤，滤饼经过进料螺杆与预热螺杆以及真空浆叶式干燥器回收溶剂干燥经冷却后得到均化后的成品，从纳米压滤机出液口出来的经过中间罐由溶剂泵重新泵送至粒径均化塔循环使用；真空浆叶式干燥器的蒸汽在负压作用下经由冷凝器冷却获得的溶剂由溶剂泵重新泵入中间罐，不凝性气体通过缓冲罐和液封罐后排放。

下述实施例1-5，给出了几种具体的实例，用于说明本发明方法的技术方案，但是在本发明涵盖范围的变化，不限于下述实施例的描述，均在本发明的保护范围。

实施例1

将磷酸铁锂置于充满乙醇的粒径均化塔中，粒径均化塔通氮气保护，启动纳米粉碎机、输送泵、压滤机、干燥器系统，调整纳米粉碎机的转速为2000r/min,物料流速为1.2m/s,所述的滤饼干燥温度为50℃，真空度为-0.3MPa连续得到颗粒度为70-90nm的磷酸铁锂颗粒。

实施例2

将磷酸铁锂置于充满甲醇的粒径均化塔中，粒径均化塔通氮气保护，启动纳米粉碎机、输送泵、压滤机、干燥器，调整纳米粉碎机的转速为1600r/min,物料流速为1.5m/s,所述的滤饼干燥温度为30℃，真空度为-1.0MPa连续得到颗粒度为80～100nm的磷酸铁锂颗粒。

实施例3

将磷酸铁锂置于充满异丙醇的粒径均化塔中，粒径均化塔通氮气保护，启动纳米粉碎机、输送泵、压滤机、干燥器，调整纳米粉碎机的转速为2400r/min,物料流速为1.8m/s,所述的滤饼干燥温度为80℃，真空度为-0.5MPa连续得到颗粒度为60～80nm的磷酸铁锂颗粒。

实施例4

将磷酸铁锂置于充满甲苯的粒径均化塔中，粒径均化塔通氮气保护，启动纳米粉碎机、输送泵、压滤机、干燥器，调整纳米粉碎机的转速为2600r/min,物料流速为2.3m/s,所述的滤饼干燥温度为60℃，真空度为-0.8MPa连续得到颗粒度为50～70nm的磷酸铁锂颗粒。

实施例5

将磷酸铁锂置于充满二甲苯的粒径均化塔中，粒径均化塔通氮气保护，启动纳米粉碎机、输送泵、压滤机、干燥器，调整纳米粉碎机的转速为3000r/min,物料流速为2.0m/s,所述的滤饼干燥温度为40℃，真空度为-0.6MPa连续得到颗粒度为30～50nm的磷酸铁锂颗粒。