一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，包括进料管、输料泵、与所述进料管的出口连通的一组或者并联布置的多组超声波处理组件以及出料管；所述超声波处理组件包括一个或者串联布置的多个反应罐，每个所述反应罐上固定连接一超声波换能器；每个反应罐的进口端的中心轴与出口端的中心轴互不平行。本实用新型专利技术使高镍三元材料与去离子水的混合液依次经过多个串联的反应罐，混合液在每个反应罐内经超声波换能器的振动作用使Li

【技术实现步骤摘要】
一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备
本技术涉及金属冶炼
，尤其涉及一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备。
技术介绍
目前，锂离子电池用三元正极材料LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(NCM111)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM622)已投入量产应用。从正极材料的角度而言，镍含量的上升会导致三元材料中Li/Ni混排的加剧，缩短循环寿命。更严重的是，镍含量的增加会导致颗粒间碱性杂质残留的大幅上升，进而引起充放电过程中严重的产气，导致电池鼓胀变形、循环及搁置寿命缩短，产生安全隐患。碱性杂质残留，成为制约高镍三元材料在电动车用高能量密度动力电池中应用的关键。高镍三元锂离子电池正极材料碱性过高是由于其表面有Li2CO3和LiOH，材料表面的游离Li+很容易与空气中的H2O和CO2反应，生成碱性物质Li2CO3和LiOH。刘大亮等发表的文献《高镍三元正极材料后处理降碱工艺》中，通过具体试验表明水洗可以去除材料表面的Li2CO3和LiOH，是控制高镍三元材料碱性杂质含量、提升材料性能的一种便捷有效手段。水洗作为高镍三元材料残碱控制的基本工艺，可发挥材料本身的性能，经洗涤处理后材料表面副反应也很少。而现有技术中往往用去离子水直接冲洗高镍材料，使物料表面的碱性物质与去离子水发生反应而脱离晶体颗粒表面，但是这种处理方式无法实现Li2CO3和LiOH的完全去除，清洗效果不佳。
技术实现思路
为了解决现有技术中的水洗工艺单纯采用去离子水冲洗高镍材料表面，清洗效果不佳的技术问题，本技术提供了一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备来解决上述问题。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，包括进料管、连接于所述进料管上的输料泵、与所述进料管的出口连通的一组或者并联布置的多组超声波处理组件以及与每个所述超声波处理组件的出口连通的出料管；所述超声波处理组件包括一个或者串联布置的多个反应罐，每个所述反应罐上固定连接一超声波换能器，每个所述超声波处理组件中位于最前方的反应罐与所述进料管连通，位于最后方的反应罐与所述出料管连通；所述超声波换能器与超声波发生器电连接；每个所述反应罐的进口端的中心轴与出口端的中心轴互不平行，且所述超声波换能器位于与反应罐的进口端相对的反应罐表面上。优选的，所述进料管所在高度低于所述出料管所在高度，且每个所述反应罐的进口端所在高度均低于该反应罐的出口端所在的高度。优选的，所述反应罐的进口端的中心轴与出口端的中心轴相互垂直。优选的，所述进料管和所述出料管上各设置一快关阀。优选的，所述出料管上连通有流量计。进一步的，还包括箱体，所述箱体包括箱门、内部中空的箱盒，所述箱门与所述箱盒铰接连接，所述进料管、输料泵、超声波处理组件和出料管均位于所述箱盒内，箱盒上具有适于所述进料管穿过的进料口和适于所述出料管穿过的出料口。优选的，所述箱体采用隔音材质制成。优选的，所述反应罐为水冷式反应罐。本技术的有益效果是：本技术所述的高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，使高镍三元材料与去离子水的混合液依次经过多个串联的反应罐，混合液在每个反应罐内经超声波换能器的振动作用使Li2CO3和LiOH从晶体表面剥离，从而保证水洗效果；同时，每个所述反应罐的进口端的中心轴与出口端的中心轴互不平行，使混合液流动过程中流速方向不断变化，从而控制混合液的流速，延长了混合液在反应罐内的停留时间，进一步提高水洗效果。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术所述的高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备的具体实施方式的结构示意图；图2是本技术中所述超声波发生器的布置示意图。图中，1、进料管，2、输料泵，3、超声波换能器，4、反应罐，5、出料管，6、箱盒，7、流量计，8、快关阀，9、超声波发生器，10、电控箱。具体实施方式下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。如图1、图2所示，一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，包括进料管1、连接于进料管1上的输料泵2、与进料管1的出口连通的一组或者并联布置的多组超声波处理组件以及与每个超声波处理组件的出口连通的出料管5；超声波处理组件包括一个或者串联布置的多个反应罐4，每个反应罐4上固定连接一超声波换能器3，每个超声波处理组件中位于最前方的反应罐4与进料管1连通，位于最后方的反应罐4与出料管5连通；超声波换能器3与超声波发生器9电连接；每个反应罐4的进口端的中心轴与出口端的中心轴互不平行，且超声波换能器3位于与反应罐4的进口端相对的反应罐4表面上。反应罐4为压力容器，具有换热效果好、耐腐蚀、卫生、无环境污染、使用方便等特点。本技术所述“前方”是指混合液流动方向上最先流经的地方，“后方”是指混合液流动方向上最后流经的地方。输料泵2将高镍三元材料与分离水的混合液从进料管1同时输送至并联布置的多个超声波处理组件，在超声波处理组件中混合液依次流经串联布置的多个反应罐4，在反应罐4内，超声波换能器3将超声波发生器9的电能转换成机械振动并通过反应罐4向混合液辐射超声波，在声波的振动作用下液体中会产生很多微小气泡，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然破裂，在气泡破裂时，产生冲击波，这种物理现象称为超声空化。空化对Li2CO3和LiOH的直接反复冲击，一方面破坏Li2CO3和LiOH与晶体材料表面的吸附，另一方面也会引起Li2CO3和LiOH的疲劳破坏而脱离。因此与单纯去离子水冲洗相比水洗效果更佳，水洗后的残碱率更低。另外，所述超声波处理组件由多个反应罐4串联而成，可以将反应罐4的体积缩小，使混合液在较小的反应罐4空间内停留清洗，并且经多级清洗，从而保证水洗效果。每个反应罐4的进口端的中心轴与出口端的中心轴互不平行，此时混合液在流出各个反应罐4时流动方向发生改变，流速降低，从而延长混合液在容量较小的反应罐4内的停留时间。实施例1，如图1、图2所示，一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，包括进料管1、连接于进料管1上的输料泵2、与进料管1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，其特征在于：包括进料管(1)、连接于所述进料管(1)上的输料泵(2)、与所述进料管(1)的出口连通的一组或者并联布置的多组超声波处理组件以及与每个所述超声波处理组件的出口连通的出料管(5)；/n所述超声波处理组件包括一个或者串联布置的多个反应罐(4)，每个所述反应罐(4)上固定连接一超声波换能器(3)，每个所述超声波处理组件中位于最前方的反应罐(4)与所述进料管(1)连通，位于最后方的反应罐(4)与所述出料管(5)连通；所述超声波换能器(3)与超声波发生器(9)电连接；/n每个所述反应罐(4)的进口端的中心轴与出口端的中心轴互不平行，且所述超声波换能器(3)位于与反应罐(4)的进口端相对的反应罐(4)表面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，其特征在于：包括进料管(1)、连接于所述进料管(1)上的输料泵(2)、与所述进料管(1)的出口连通的一组或者并联布置的多组超声波处理组件以及与每个所述超声波处理组件的出口连通的出料管(5)；
所述超声波处理组件包括一个或者串联布置的多个反应罐(4)，每个所述反应罐(4)上固定连接一超声波换能器(3)，每个所述超声波处理组件中位于最前方的反应罐(4)与所述进料管(1)连通，位于最后方的反应罐(4)与所述出料管(5)连通；所述超声波换能器(3)与超声波发生器(9)电连接；
每个所述反应罐(4)的进口端的中心轴与出口端的中心轴互不平行，且所述超声波换能器(3)位于与反应罐(4)的进口端相对的反应罐(4)表面上。


2.根据权利要求1所述的高镍三元材料水洗系统用超声波处理设备，其特征在于：所述进料管(1)所在高度低于所述出料管(5)所在高度，且每个所述反应罐(4)的进口端所在高度均低于该反应罐(4)的出口端所在的高度。


3.根据权利要求2所述的高镍三元材料水洗系统用超声波处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴真全，虞兰剑，徐建波，许晶，
申请(专利权)人：常州百利锂电智慧工厂有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32