用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种设备投资少、可获得粒径均匀、形状好、产率高的锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其包括供料仓、球形磨、负压型滤筒式除尘器，所述球形磨的内腔为圆柱形腔，在腔内设有废料排出系统、合格产品集料器、原料供料口和旋转磨盘，旋转磨盘通过转轴与研磨电机连接，沿旋转磨盘周边均匀垂直设有20根－40根呈圆柱形的钨钢柱。当置于旋转磨盘中的锂离子电池负极材料在旋转磨盘高速旋转下被甩出并与钨钢柱碰撞后，就会形成圆滑表面积的颗粒，如此循环，即可加工出形貌好、粒度大小适宜且产率高的高品质产品。其可使设备投资成本下降50%，生产运行成本降低50%，产品的利用率提升10%，质量稳定，设备运行可靠，维保费用低。
【专利说明】用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种制备锂离子电池负极材料的生产设备，特别涉及一种研磨锂离子电池负极材料的全自动磨机。
【背景技术】
[0002]随着信息时代人们对多功能便携式电子设备需求的日益增长，以及电动车的快速发展，研发高比能量、高倍率、高安全性、长寿命、低成本的新型锂电池电极材料已经成为目前国际上重要的前沿研究领域。日本Sony公司1991年将锂离子电池商品化以来，锂离子电池以其能量密度高、工作电压高、负载特性好、充电速度快、安全无污染等优点广泛应用于移动电话、微型相机、掌上电脑和笔记本电脑等领域。在锂离子电池中，负极材料的形状近视豌豆形、粒度区间分布及颗粒大小是影响电池能量、倍率、安全性、长寿命的重要因素之一。由于人造(天然)石墨具有无序排序、高比容量、价格低和优良循环性等优点，因而人们常将其应用于锂离子电池负极材料的制作中，但对所用生产加工设备的要求却很高，即其不仅要解决粒度区间窄、球形差的问题，而且还能解决成本高、产率低的问题。
[0003]现有技术中，用于锂离子电池负极材料的加工设备主要分两类，一种是棍压磨，价格昂贵(每台价格为40-50万元)，其不仅能耗高，而且还不能解决粒度区间窄、球形度差和生产成本高的问题，其产率仅在40-45%。另一种是德国产的气流涡旋微粉机，其利用高速旋转对物料粉体进行加工，其虽广泛应用于粮食加工和制药行业，但其用于锂离子电池负极材料的加工，其表现为能耗高、设备投资大、回报率底、产率低(产率在40— 45%之间)、粒度区间分布宽和形貌不好等缺点，因而其只适用于低端的负极材料加工。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种设备投资少、可获得粒径均匀、形状好、产率高的锂离子电池负极材料的全自动球形磨。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为:
[0006]本实用新型的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，包括供料仓、与供料仓相接的球形磨、接于球形磨废料排出口的负压型滤筒式除尘器、各种进出物料阀和控制电路，所述球形磨的内腔为圆柱形腔，圆柱形腔分上腔、中腔和下腔，在上腔设有废料排出系统；在中腔侧壁偏上相对位置设有合格产品集料器和原料供料口，中腔底端为与圆柱形腔同轴设置的旋转磨盘，在旋转磨盘的外周边和内周边设有向上延伸的凸缘，旋转磨盘通过转轴与设于圆柱形腔之下固定在机架上的研磨电机连接，沿旋转磨盘周边均匀垂直设有20根一 40根呈圆柱形的钨钢柱，每根钨钢柱直径为20mm — 30mm ;在下腔设有筒状的旋转座，旋转座的上端置于旋转磨盘的下方，其下端穿过圆柱形腔的底部固定在机架上，所述转轴穿置于旋转座的内筒中，在旋转座筒壁内设有给转轴降温的冷却系统，在下腔壁上还设有进气孔。
[0007]所述集料器包括集料箱和封闭气缸。[0008]所述原料供料口通过供料通道、进料控制阀与供料仓相接，在供料通道内设有电动螺旋推进器。
[0009]所述废料排出系统包括置于所述磨机顶部的排料电机、与排料电机连接并置于所述上腔中的排料转子和废料通道，废料通道通过其排料口与所述的滤筒式除尘器相接。
[0010]在旋转座内筒的上下位置分别设有轴承，所述转轴穿置于两轴承内。
[0011]在所述滤筒式除尘器中的过滤筒的顶部设有清除其滤网上的物料的正压吹风装置。
[0012]在所述滤筒式除尘器中的废料排料器的上下两端分别不同时打开的上部阀和下部阀。
[0013]所述转轴的旋转速度在3000 - 6000转/分。
[0014]所述滤筒式除尘器所用的负压风机为双转子旋转风机。
[0015]与现有技术相比，本实用新型在将磨机内腔制作成圆柱形腔，并在旋转磨盘的周边设置许多钨钢柱的结构，当置于旋转磨盘中的锂离子电池负极材料在旋转磨盘高速旋转下被甩出并与钨钢柱碰撞后，就会形成圆滑表面积的颗粒，如此循环，即可将该负极材料加工成形貌好、粒度大小适宜且产率高的高品质负极材料。本实用新型设备投资少、生产成本低，若采用可编程控制器PLC替代传统的由若干计时器、计数器、测速计和测温计等传统器件构成的控制电路，则会大大缩短生产周期，降低人工成本。
[0016]本实用新型可使设备投资成本下降50%左右，生产运行成本降低50%，产品的利用率可提升10%，产品质量稳定，设备运行可靠，维护保养费用低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为采用本实用新型制造锂离子电池负极材料的系统设备示意图。
[0018]图2为本实用新型的全自动球形磨总成结构示意图。
[0019]附图标记如下:
[0020]全自动球形磨1、上腔2、废料排出系统21、排料电机22、排料转子23、废料通道24、排料口 25、中腔3、集料器31、集料箱311、封闭气缸312、出料阀313、旋转磨盘32、凸缘321、转轴33、钨钢柱34、下腔4、旋转座41、轴承42、研磨电机43、供料仓5、进料电机51、进料控制阀52、供料通道53、电动螺旋推进器54、供料口 55、滤筒式除尘器6、过滤筒61、锥形漏斗62、废料排料器63、上部阀64、下部阀65、反吹阀66、负压吸风连接管道67、负压风机68、消音器69、负压输送管道7、流量控制阀71、机架8。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0022]本实用新型的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨I为制作锂离子电池负极材料所用设备系统中的核心设备，如图1所示，该系统中包括的设备有:存放负极材料原料的供料仓5、全自动球形磨I和滤筒式除尘器6，供料仓5通过供料通道53与全自动球形磨I相接，全自动球形磨I通过其废料排出系统21和负压输送管道7与滤筒式除尘器6相接。所述滤筒式除尘器6包括过滤筒61、接于过滤筒61侧壁上的负压吸风连接管道67和接于该连接管道始端的负压风机68，在负压风机68侧还设有消音器69，所述过滤筒61的下端为锥形漏斗62，锥形漏斗62之下设有废料排料器63 (此处的废料是指加工后的负极材料的粒径小于预设值的负极材料，该部分可回收用来制作其他规格锂离子电池的负极材料)，在废料排料器63的上下两端分别设有不会同时打开的上部阀64和下部阀65。
[0023]如图2所示，本实用新型的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨I的磨机固设在机架8上，其内腔为圆柱形腔，圆柱形腔分上腔2、中腔3和下腔4。
[0024]在上腔2设有废料排出系统21，该废料排出系统21包括置于所述磨机顶部的排料电机22、排料转子23和废料通道24，排料转子23置于圆柱形腔内并在排料电机22的带动下旋转，旋转时可将粒径较小的负极材料颗粒吸入并通过废料通道24、排料口 25送入所述的滤筒式除尘器6中。
[0025]在中腔3侧壁偏上设有收集粒径合格的负极材料颗粒的集料器31，该集料器31包括集料箱311和封闭气缸312，当本实用新型的设备运行平稳后，粒径在设定值范围内的已加工好的负极材料，在离心力的作用下被抛入集料器的集料箱中，当其中的存量达到预设值时，即打开出料阀313出料。在与集料器31相对位置的侧壁上设有原料供料口 55，该原料供料口 55通过供料通道53、进料控制阀52与供料仓5相接，在供料通道53内设有电动螺旋推进器54，该电动螺旋推进器54在进料电机51的带动下旋转并将存放在供料通道53内的负极材料的原料送入设置于圆柱形腔内的旋转磨盘32中。
[0026]所述旋转磨盘32设置于中腔3底端，其与圆柱形腔同轴设置，旋转磨盘32为一圆盘，在圆盘的外周边和内周边均设有向上延伸的凸缘321 (即沿轴向外凸的凸台)，即外凸缘321和内凸缘321，在旋转磨盘32上的内凸缘321上连接有转轴33 (优选瑞典SKF轴承)，该转轴33穿过设置在下腔4中的旋转座41与设于圆柱形腔之下且固定在机架8上的研磨电机43连接，在该研磨电机43的驱动下，转轴33带动旋转磨盘32旋转，旋转的速度在3000 — 6000 转 / 分。
[0027]在中腔3中还垂直设有钨钢柱34，沿旋转磨盘32周边距所述外凸缘321径向距尚为15mm — 20mm的位置均勻间隔设有20根一 40根呈圆柱形的鹤钢柱34,每根鹤钢柱34直径为 20mm — 30mm。
[0028]在下腔4设有筒状由铸钢所制的与所述转轴33同轴线的旋转座41，旋转座41固定不动，旋转座41的上端置于旋转磨盘32的下方，其下端穿过圆柱形腔的底部固定在机架8上，在旋转座41内筒的上下位置分别设有轴承42，所述转轴33穿置于两轴承42内。在旋转座41筒壁内设有循环冷却系统，该冷却系统可确保所述转轴33在高速旋转下其工作温度保持在规定的范围内，通常冷却水可将旋转座41的工作温度降至50度内(即确保在6000转/分的连续运行下，转轴33的温度不超过60度)。
[0029]在下腔4壁上还设有进气孔。
[0030]所述滤筒式除尘器6的工作原理为:其包括高密度的收集过滤筒61，过滤筒61主要是把超细物料与空气分开，通过设置在过滤筒61顶部的反吹阀66，对过滤筒61定期进行正压反吹操作，清理过滤筒61上部的物料。物料通过过滤筒61下部的废料排料器63出料包装。在废料排料器63上设有双板控制阀(即在废料排料器63上下端面设置的上部阀64和下部阀65)，该双板阀为一个打开另一个关闭，这样可使球形磨内腔的负压状态保持稳定均匀。
[0031]本实用新型中的各种输送连接管道之间或连接管道与设备间均采用高强度橡胶密封，不会产生漏气及物料外泄。在滤筒式除尘器6的前端设有流量控制阀71，流量控制阀71受电柜控制系统控制开启或关闭，由此确保球形磨腔体内的物料流量处于稳定状态，从而保证所述负极材料的粒度处于一个较窄范围内。
[0032]本实用新型的球形磨总成装置，设有产品集料器31，圆柱形腔体，排料电机22及排料轮子。进料定量控制器定量控制阀，腔体四周设有直径20mm-30mm圆柱形钨钢柱34。内部通过30KW电机带动旋转磨盘，，在130米每秒的线速度下，使物料与钨钢柱34做冲击，剪切，融合等作用，使得物料的容貌很圆，如同豌豆形状。机架8起支撑圆柱形腔作用，机架8下部设有防震垫减少高速旋转时的共震。
[0033]本实用新型的进料控制装置，设有锥度小于60度的料仓，并带有搅拌装置使得物料颗粒均匀的通过自动进料器进入腔体球磨。
[0034]为了提高生产效率、降低人工成本和更精确对相关设备进行控制，本实用新型的控制电路可采用自动电控柜，由可编程控制器PLC控制、所述可编程控制器分别连接外围执行电机，执行机构、数据及工艺的修订由电柜面板上的触摸屏设定。电柜采用一键启动装置，并配备对工艺，设备运行记录，储存，及设备的维护保养及故障记录。
[0035]本实用新型的工艺流程是:
[0036]当启动负压风机68后(该风机采用台湾生产的罗茨分机，该风机为双转子旋转风机，此风机的特点是吹风流量恒定)，反吹阀66根据控制电路设定的时间，每间隔10—20秒对过滤筒61表面的物料进行清理，从而保证过滤筒61有足够的过风量。消音器69去除高速旋转的双转子风机产生的噪音。自动双板阀主要对除尘器内的物料定期排除，采用2个气动控制阀延时控制。当上部阀64打开时，下部阀65必须关闭，物料通过自身的重量聚集在废料排料器63内，运行时间一般控制在30-50秒为佳。上部阀64关闭延时2秒后，打开下部阀65，运行3— 5秒(约排完废料排料器63中的物料后)关闭下部阀65，延时2秒再打开上部阀64，如此循环运行，使得负流量稳定，物料通过双板控制阀能自由排除即可。
[0037]在所述负压输送管道7上设有流量控制阀71和采样传感器，采用该传感器对负压输送管道7的物料流量进行数据采集并经控制电路或控制电柜PLC进行处理后，对流量控制阀71进行控制，当流量低于设定值时，控制电路或控制电柜PLC处理器控制流量控制阀71打开设定的角度。
[0038]将流量控制阀71设定在一定开度下，启动排料电机22并带动排料转子23运行，一般根据不同的粒径区间来设置排料电机22的速度，通常设定在转速2300-3000转/分为宜。启动球形磨电机通过V型七条三角带带动旋转磨盘32做高速旋转,一般设定在转速4000-5000转/分即可，再启动进料控制阀52启动进料电机51带动螺旋自动进料器供给圆柱形腔物料，在旋转磨盘32的高速旋转并与固定柱做冲击，剪切，碰撞，融合等作用力，去掉轮角部分，使物料表面光滑近似豌豆形状，球形度好，在设定的负压风速下，球形磨内腔中被加工的负极材料根据自身的重量分别处于不同的位置:合格的负极材料产品(即粒经在设定值范围内的产品)集中在集料器31收集，不合格的(即粒径大于设定值范围的产品)物料继续在腔体内做冲击，剪切，碰撞，融合处理。低于要求指标的产品(即粒径小于设定值范围的产品)通过排料转子23排入滤筒式除尘器中收集。
[0039]本实用新型的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨I控制柜可以采用可编程控制模块PLC，如采用三菱FX-2N系列，可以多路输入外加高速计数模块，PLC的区域比较功能对数据进行实时比较，7.5寸触摸屏实时查看测量数值和修改区域比较区间的上限和下限值，使用方便。该控制系统可以实现根据不同物料，通过其上的触摸屏设定和监控相关设备部件的参数，如反吹阀66的开启关闭时间及间隔时间、双板控制阀的开启关闭时间，而且还可对排料电机22运行情况进行监控、记录和储存并通过显示终端显示出来。
[0040]研磨电机43采用对频率，电流曲线图，方便查看设备运行情况。整个控制柜对所有的轴承42，旋转磨盘32，排料轮子，负压罗茨风机等全部设有运行保养记录储存功能，能监控运行时间到时，报警提示客户需保养及维修事宜。对整个系统做了故障储存记录功率，客户通过输入用户名即可查看整个一年设备的运行状况。
[0041]本实用新型可以通过流量控制阀71的传感器对控制电路或者PLC控制器反馈的信号，通过控制电路或PLC内部处理器对控制阀7发出控制电流，控制开关角度来实现球形磨总成内的流量匀速，可靠。
[0042]球形磨控制柜，采用可编程控制器三菱PLC控制，对控制系统采用一键式起到及停止功能，并适时对整过设备做记录，储存功能。对设备的任何部件故障做记录，保存，查询功能。
【权利要求】
1.一种用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，包括供料仓(5)、与供料仓(5)相接的球形磨、接于球形磨废料排出口的负压型滤筒式除尘器(6)、各种进出物料阀和控制电路，其特征在于:所述球形磨的内腔为圆柱形腔，圆柱形腔分上腔(2)、中腔(3)和下腔(4)，在上腔(2)设有废料排出系统(21);在中腔(3)侧壁偏上相对位置设有合格产品集料器(31)和原料供料口(55)，中腔(3)底端为与圆柱形腔同轴设置的旋转磨盘(32)，在旋转磨盘(32)的外周边和内周边设有向上延伸的凸缘(321)，旋转磨盘(32)通过转轴(33)与设于圆柱形腔之下固定在机架(8)上的研磨电机(43)连接，沿旋转磨盘(32)周边均匀垂直设有20根一 40根呈圆柱形的钨钢柱(34)，每根钨钢柱(34)直径为20mm— 30mm;在下腔(4)设有筒状的旋转座(41 )，旋转座(41)的上端置于旋转磨盘(32)的下方，其下端穿过圆柱形腔的底部固定在机架(8 )上，所述转轴(33 )穿置于旋转座(41)的内筒中，在旋转座(41)筒壁内设有给转轴(33)降温的冷却系统，在下腔(4)壁上还设有进气孔。
2.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:所述集料器(31)包括集料箱(311)和封闭气缸(312)。
3.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:所述原料供料口(55)通过供料通道(53)、进料控制阀(52)与供料仓(5)相接，在供料通道(53)内设有电动螺旋推进器(54)。
4.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:所述废料排出系统(21)包括置于所述磨机顶部的排料电机(22)、与排料电机(22)连接并置于所述上腔(2 )中的排料转子(23 )和废料通道(24 )，废料通道(24 )通过其排料口( 25 )与所述的滤筒式除尘器( 6)相接。
5.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:在旋转座(41)内筒的上下位置分别设有轴承(42)，所述转轴(33)穿置于两轴承(42)内。
6.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:在所述滤筒式除尘器(6)中的过滤筒(61)的顶部设有清除其滤网上的物料的正压吹风>j-U ρ?α装直。
7.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:在所述滤筒式除尘器(6)中的废料排料器(63)的上下两端分别不同时打开的上部阀(64)和下部阀(65)。
8.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:所述转轴(33)的旋转速度在3000 - 6000转/分。
9.根据权利要求1所述的用于研磨锂离子电池负极材料的全自动球形磨，其特征在于:所述滤筒式除尘器(6)所用的负压风机(68)为双转子旋转风机。
【文档编号】B24B31/12GK203779297SQ201420183400
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】岳杰 申请人:深圳市銘科科技开发有限公司