一种锂电池正极材料的制备方法与流程

1.本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池正极材料的制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。磷酸铁锂锂离子电池是以磷酸铁锂为正极材料的电池，它具有环保，铁资源丰富，循环寿命长，电池放电深度利用范围宽，高稳定性好，安全性最好等优点。因不含有毒有害物质，被称为绿色电池。在笔记本电脑、移动电话、电动自行车、电动汽车电源中被广泛应用。但其也有低温性能差，电池能量密度一般，本征电导率低等缺点。目前这种电极材料的制备方法最常用的为固相合成法，缺点是所制得正极材料电容量有限，原料混合均匀性差，制备材料的性能稳定性不好，批次与批次之间质量一致性差。由于该合成方法在合成温度较高时，粒径分布不均，颗粒粗大等缺点而不能完全解决材料固有的局限性，材料的颗粒度分布不均将严重影响烧结后的正极材料的性能。


技术实现要素：

3.本发明提供一种锂电池正极材料的制备方法，以解决现有技术中正极材料的制备方法成品颗粒不均匀，导致成品质量差的技术问题。
4.为解决上述问题，本发明提供了一种锂电池正极材料的制备方法，具体包括以下步骤：破碎，通过上料机构或人工将原料送至破碎机构，破碎机构对原料进行破碎；初筛，对破碎后的原料进行初次筛分，将不合格的原料筛选出来，并回输至原料箱，对不合格的原料再次破碎；筛选分类，将初筛后合格的原料筛分成若干组，使各组原料的颗粒均匀；除杂，对筛分后的各组原料再次筛分，以防止在筛分过程中，少量原料在筛分过程中从设备缝隙掉落，避免影响成品质量；烧结，除杂后的原料落在烧结输送带上的脱料组件上，原料经烧结输送带运输至烧结箱烧结；冷却，烧结输送带将烧结后的运输至冷却箱进行冷却；脱模，使原料与匣钵分离，防止原料粘连在匣钵内无法正常排入成品箱。
5.基于上述的制备方法，本发明还提供了锂电池正极材料的生产设备，包括：上料机构，其用于输送原料；破碎机构，其用于粉碎原料，以便后续进行烧结处理；烧结箱，其用于烧结粉碎后原料；冷却箱，其用于冷却烧结后的原料；烧结输送带，用于输送粉碎后的原料，并输送原料使原料依次经过烧结箱和冷却箱，完成烧结处理和冷却处理；
所述的锂电池正极材料的生产设备还包括：初筛机构，其设置在破碎机构底部的出料口处，用于对粉碎后的原料进行初次筛分，筛分出不合格的大颗粒原料，并将不合格的原料排放至原料箱，不合格的原料经上料机构提升至破碎机构内再次破碎；筛分机构，其设置在初筛机构的正下方，用于对破碎后合格的原料进行筛选分类，根据原料的目数将原料分为若干组；脱料组件，其安装在烧结输送带上，用于对烧结冷却后的原料进行脱模处理，使烧结处理后的原料能够落入成品箱内。
6.作为进一步地改进，所述初筛机构包括初筛箱体，所述初筛箱体内安装有用于初筛支架，所述初筛支架上滑动连接有初筛网，所述初筛支架上还安装有用于驱动初筛网摇摆筛分的第一振动组件。
7.作为进一步地改进，所述初筛机构下方与初筛网的下出料口对应的位置安装有回料输送带，所述回料输送带的另一端延伸至原料箱，将破碎不合格的原料重新破碎。
8.作为进一步地改进，所述筛分机构包括自上到下依次布置的连接杆上的一级筛板、二级筛板和底层导流板，所述连接杆设置在筛分箱上，所述连接杆连接有用于驱动一级筛板、二级筛板和底层导流板摇摆的筛分组件。
9.作为进一步地改进，所述筛分组件包括安装在筛分箱上的第一振动电机，所述第一振动电机的输出轴上连接有摇摆轮，所述连接杆上安装有与摇摆轮配合轮，使摇摆轮在转动过程中，带动配合轮及连接杆上下摆动，实现原料的筛分。
10.作为进一步地改进，所述烧结输送带的传动带上均布有连接板，脱料组件通过连接板与传动带连接。
11.作为进一步地改进，所述脱料组件包括匣钵，匣钵内上下滑动连接有第一脱料板和第二脱料板，所述第一脱料板和第二脱料板交错布置在匣钵内，所述第一脱料板的侧面连接板上安装有第一抬升限位柱，所述第二脱料板的侧面连接板上安装有第二抬升限位柱；所述烧结输送带的侧壁开设有第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽内均设置有提升块，两提升块交错设置，使第一脱料板抬升时，第二脱料板处于常态，使第二脱料板抬升时，第一脱料板处于常态。
12.作为进一步地改进，所述烧结输送带与筛分机构对应的位置还设有除杂机构，所述除杂机构包括用于筛分原料的平铺筛网，所述平铺筛网滑动连接在平铺支架上，所述平铺筛网的侧面还安装有用于驱动平铺筛网摇摆的第二振动组件。
13.作为进一步地改进，所述除杂机构还包括用于接收物料的集料板，所述集料板安装在烧结输送带的侧壁上，所述平铺支架安装在集料板底部，所述第二振动组件安装在集料板的侧壁下方。
14.本发明的上述技术方案的有益效果如下：1、本发明在破碎阶段采用循环反击式破碎的方式，并对破碎后的材料进行筛分，若破碎颗粒度未达初筛标准，将送返破碎机内进行再次破碎，直至破碎颗粒到达初筛标准，大大降低了破碎后原料出现不合格颗粒的情况。
15.2、通过设置筛分机构，对原料颗粒进行筛选分组，使各匣钵内颗粒大小均匀，针对
不同分组的匣钵内原料目数不同，调整对应的烧结时间，以保证产品质量稳定，由于缺少大颗粒原料的影响，烧结后的成品质量也有所提高。
16.3、对筛选分组后的原料颗粒再次进行筛分，以确保各匣钵内的产品原料颗粒均匀。由于筛分机构在筛选分组过程中，有部分颗粒会未经过滤从设备的间隙中掉落至烧结输送带的匣钵中，进而影响烧结后的产品质量。
17.4、针对现有技术中，原料粉末在烧结冷却后会粘连在匣钵中，单靠重力不易将原料排出的问题，本发明对匣钵内部进行了改进，采用机械式脱模，在匣钵内部底面设置交叉式底板，借助输送带侧壁的滑槽与提升块，使匣钵内部底的脱料板交叉活动，进而使原料与脱料板分离，匣钵被输送至烧结输送带末端后，匣钵内的正极材料受重力落在成品箱内，免去人工取料时间，提高了生产效率。
附图说明
18.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：图1为本发明锂电池正极材料的生产设备的结构示意图；图2为本发明锂电池正极材料的生产设备的局部剖视图；图3为本发明锂电池正极材料的生产设备的后视结构示意图；图4为本发明锂电池正极材料的生产设备的烧结输送带的结构示意图；图5为图4的a部放大图；图6为本发明锂电池正极材料的生产设备的除杂机构的结构示意图；图7为本发明锂电池正极材料的生产设备的脱料组件的结构示意图；图8为本发明锂电池正极材料的生产设备的提升块的结构示意图。
19.附图标记说明：1、原料箱；2、上料机构；3、破碎机构；4、初筛机构；41、初筛箱体；42、第一振动组件；43、初筛支架；44、初筛网；5、回料输送带；6、筛分机构；61、筛分箱；62、延长板；63、底层导流板；64、二级筛板；65、一级筛板；66、连接杆；67、摇摆轮；68、第一振动电机；7、烧结箱；8、烧结输送带；81、传动带；82、连接板；83、提升块；84、第一滑槽；85、第二滑槽；9、冷却箱；10、成品箱；11、除杂机构；111、平铺支架；112、平铺筛网；113、第二振动组件；114、集料板；12、脱料组件；121、匣钵；122、第一脱料板；123、第二脱料板；124、第一抬升限位柱；125、第二抬升限位柱。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.就现有的锂电池正极材料制备方法，制备的正极材料会出现原料颗粒不均匀，影响成品正极材料的性能，烧结后的成品质量浮动大的问题，本发明改进了制备步骤，并设计
了一套筛分系统，使破碎后的原料颗粒均匀，成品质量稳定。
22.通过人工或输送带设备将原料送至原料箱，上料机构将原料箱中的原料提升至破碎机构内，经破碎机构破碎后，原料颗粒落在初筛机构上。第一振动组件带动初筛网往复摇摆振动，对粉碎后的原料颗粒进行初步的筛分，不合格的原料从初筛网的排料口排至回料输送带上，回料输送带将不合格的原料颗粒运送至原料箱内，不合格的原料颗粒随着新的原料一并被提升至破碎机构，循环破碎。合格的原料颗粒从初筛网的网孔中排出，落下筛分机构上。
23.筛分机构为二级筛分，将合格的原料颗粒分为三组。一级筛板、二级筛板和底层导流板均安装在连接杆上，连接杆上安装有配合轮，第一振动电机上的摇摆轮为三角轮或凸轮，第一振动电机在带动摇摆轮转动的过程中，带动连接杆上下摆动，对原料进行筛分。对原料颗粒进一步筛分，一方面，使各匣钵内的原料颗粒更均匀，确保成品性能良好，成品质量更加稳定。另一方面，可根据匣钵内颗粒的目数调整烧结时间，做到精准控制，以保证产品质量。
24.由于原料筛分下落过程中或筛分过程中，会有少量原料颗粒的飞溅，从设备的间隙中掉落下来，落在烧结输送带的的匣钵中。因此，本发明在筛分系统的末端设置了除杂机构，用于过滤掉大颗粒原料，避免影响成品质量。
25.原料经烧结冷却后，会粘连在匣钵中，因此需要人工将将成品与匣钵分离，这就需要额外配置工作人员完成该操作，当产量较大时，非常耗费人力。对此，本发明对匣钵内部进行了改进，设计了脱料组件，采用机械式脱模，在匣钵内部底面设置交叉布置的第一脱料板和第二脱料板，烧结输送带侧壁分别开设有第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽内均安装有提升块，第一脱料板的侧面连接板上安装有第一抬升限位柱，第二脱料板的侧面连接板上安装有第二抬升限位柱，当第一抬升限位柱移动至提升块时，由于提升块是倾斜面，因此匣钵在移动过程中，第一抬升限位柱会产生一个向上的力，带动第一脱料板上升，此时由于第二脱料板被第二滑槽限定位置，无法上移，导致第二脱料板与成品分离，之后第一脱料板复位，第二脱料板重复是上述动作，使第一脱料板与成品分离。当匣钵移动至烧结输送带末端后，成品不再与匣钵粘连，受重力落下成品箱内，免去人工取料时间，提高了生产效率。
26.在介绍了本发明的基本原理之后，下面具体介绍本发明的各种非限制性实施方式。附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
27.下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
28.本发明所提供的锂电池正极材料的制备方法的实施例1：s1.破碎，通过上料机构或人工将原料送至破碎机构，破碎机构对原料进行破碎；s2.初筛，对破碎后的原料进行初次筛分，将不合格的原料筛选出来，并回输至原料箱，对不合格的原料再次破碎；s3.筛选分类，将初筛后合格的原料筛分成若干组，使各组原料的颗粒均匀；s4.除杂，对筛分后的各组原料再次筛分，以防止在筛分过程中，少量原料在筛分过程中从设备缝隙掉落，避免影响成品质量；s5.烧结，除杂后的原料落在烧结输送带上的脱料组件上，原料经烧结输送带运输
至烧结箱烧结；s6.冷却，烧结输送带将烧结后的运输至冷却箱进行冷却；s7.脱模，使原料与匣钵分离，防止原料粘连在匣钵内无法正常排入成品箱。
29.锂电池正极材料的生产设备，包括：上料机构2，其用于输送原料，本实施例中，上料机构2为皮带提升机；破碎机构3，其用于粉碎原料，以便后续进行烧结处理，破碎机构3采用反击式破碎设备；烧结箱7，其用于烧结粉碎后原料；冷却箱9，其用于冷却烧结后的原料；烧结输送带8，用于输送粉碎后的原料，并输送原料使原料依次经过烧结箱7和冷却箱9，完成烧结处理和冷却处理；锂电池正极材料的生产设备还包括：初筛机构4，其设置在破碎机构3底部的出料口处，用于对粉碎后的原料进行初次筛分，筛分出不合格的大颗粒原料，并将不合格的原料排放至原料箱1，原料箱1底面为倾斜面，使原料聚集在靠近提升机的一端，不合格的原料经上料机构2提升至破碎机构3内再次破碎；筛分机构6，其设置在初筛机构4的正下方，用于对破碎后合格的原料进行筛选分类，根据原料的目数将原料分为若干组；脱料组件12，其安装在烧结输送带8上，用于对烧结冷却后的原料进行脱模处理，使烧结处理后的原料能够落入成品箱10内。
30.如图2所示，初筛机构4包括初筛箱体41，初筛箱体41内安装有用于初筛支架43，初筛支架43上滑动连接有初筛网44，初筛支架43上还安装有用于驱动初筛网44摇摆筛分的第一振动组件42，本实施例中，第一振动组件42包括电机和安装在电机上的转子轮，转子轮与初筛网44的配合孔配合。
31.作为另一种具体实施方式，第一振动组件42为电机和安装在电机上的偏心轮，偏心轮与筛网之间通过连杆铰接，带动初筛网44往复运动。
32.如图1和图2所示，初筛机构4下方与初筛网44的下出料口对应的位置安装有回料输送带5，回料输送带5的另一端延伸至原料箱1，将破碎不合格的原料重新破碎，采用循环破碎的方式，使原料充分破碎。
33.如图2所示，本实施例中，筛分机构6包括自上到下依次布置的连接杆66上的一级筛板65、二级筛板64和底层导流板63，连接杆66设置在筛分箱61上，连接杆66连接有用于驱动一级筛板65、二级筛板64和底层导流板63摇摆的筛分组件，对原料颗粒进一步筛分，一方面，使各匣钵121内的原料颗粒更均匀，确保成品性能良好，成品质量更加稳定。另一方面，可根据匣钵121内颗粒的目数调整烧结时间，做到精准控制，以保证产品质量。
34.如图3所示，筛分组件包括安装在筛分箱61上的第一振动电机68，第一振动电机68的输出轴上连接有摇摆轮67，摇摆轮67为三角轮或凸轮，连接杆66上安装有与摇摆轮67配合轮，使摇摆轮67在转动过程中，带动配合轮及连接杆66上下摆动，实现原料的筛分。
35.如图4所示，烧结输送带8的传动带81上均布有连接板82，脱料组件12通过连接板82与传动带81连接。
36.如图7所示，脱料组件12包括匣钵121，匣钵121内上下滑动连接有第一脱料板122和第二脱料板123，第一脱料板122和第二脱料板123交错布置在匣钵121内，第一脱料板122的侧面连接板82上安装有第一抬升限位柱124，第二脱料板123的侧面连接板82上安装有第二抬升限位柱125；如图8所示，烧结输送带8的侧壁开设有第一滑槽84和第二滑槽85，第一滑槽84和第二滑槽85内均设置有提升块83，两提升块83交错设置，使第一脱料板122抬升时，第二脱料板123处于常态，使第二脱料板123抬升时，第一脱料板122处于常态，当第一抬升限位柱124移动至提升块83时，由于提升块83是倾斜面，因此匣钵121在移动过程中，第一抬升限位柱124会产生一个向上的力，带动第一脱料板122上升，此时由于第二脱料板123被第二滑槽85限定位置，无法上移，导致第二脱料板123与成品分离，之后第一脱料板122复位，第二脱料板123重复是上述动作，使第一脱料板122与成品分离。
37.如图4或6所示，烧结输送带8与筛分机构6对应的位置还设有除杂机构11，除杂机构11包括用于筛分原料的平铺筛网112，平铺筛网112滑动连接在平铺支架111上，平铺筛网112的侧面还安装有用于驱动平铺筛网112摇摆的第二振动组件113，第二振动组件113与第一振动组件42结构相同。
38.除杂机构11还包括用于接收物料的集料板114，集料板114安装在烧结输送带8的侧壁上，平铺支架111安装在集料板114底部，第二振动组件113安装在集料板114的侧壁下方，除杂机构11的设置是为了防止原料在筛分下落过程中或筛分过程中，少量原料颗粒的飞溅，从设备的间隙中掉落下来，落在烧结输送带8的的匣钵121中。
39.本发明所提供的锂电池正极材料的生产设备的实施例2：其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，用于回收不合格的原料的设备为回料输送带。
40.在本实施例中，采用倾斜的导向板，将不合格的原料输送至原料箱内，导向板的成本相对更低，可根据设备的结构选择对应的部件。
41.本发明所提供的锂电池正极材料的生产设备的实施例3：其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，第一振动组件包括电机和安装在电机上的转子轮，转子轮与初筛网的配合孔配合。
42.在本实施例中，第一振动组件为震荡电机，安装更加方便。
43.本发明所提供的锂电池正极材料的生产设备的实施例4：其与实施例1的区别主要在于：实施例1中，上料机构为皮带提升机。
44.在本实施例中，上料机构为蛟龙提升机，蛟龙提升机的稳定性更好，能够防止物料在提升过程中掉落。
45.根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特
定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
46.另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。
47.虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求保护范围内的模块组成、等同或替代方案。