CN215184137U - 固态锂电池的固态电解质制备设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于新能源电池制备机械技术领域，尤其涉及一种固态锂电池的固态电解质制备设备，包括：上料装置；搅拌装置，搅拌装置与上料装置连通，搅拌装置对从上料装置输送来的原料进行搅拌均匀；球磨装置，球磨装置与搅拌装置通过第一输送装置连通，球磨装置对搅拌均匀后的原料进行研磨；煅烧装置，煅烧装置与球磨装置通过第二输送装置连通，煅烧装置对研磨完成的原料进行煅烧；下料装置，下料装置与煅烧装置通过第三输送装置连通，下料装置接收并存储从煅烧装置输送来的电解质粉料。应用本技术方案能够解决现有技术中固态电解质无法量产制备来满足目前市场新能源电池生产需求的问题。

Description

固态锂电池的固态电解质制备设备

技术领域

本实用新型属于新能源电池制备机械技术领域，尤其涉及一种固态锂电池的固态电解质制备设备。

背景技术

固态锂电池，是一种使用固体电极材料和固体电解质材料，不含有任何液体的锂电池。在目前各种新型电池体系中，固态电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜，具有高安全性、高体积能量密度，同时与不同新型高比能电极体系(如锂硫体系、金属-空气体系等)具有广泛适配性，可进一步提升电池质量和能量密度。

传统锂离子电池采用有机液体电解液，在过度充电、内部短路等异常的情况下，电池容易发热，造成电解液气胀、自燃甚至***，存在严重的安全隐患，而固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题，电池安全性大幅提高；液态电解质存在在充放电过程中持续形成和生长SEI膜的问题以及锂枝晶刺穿隔膜问题，一直没有得到有效的解决。而采用固态电解质可以大大提升电池的循环性和使用寿命，并且采用固体电解质的固态锂电池针刺和高温稳定性极好，最高操作温度有望达到300℃，从而避免正负极材料在高温下与电解液反应可能导致的热失控；电池能量密度有望达到300～400Wh/kg甚至更高；其电化学稳定窗口可达5V以上，可匹配高电压电极材料，进一步提升电池质量和能量密度。

然而，目前固态电解质还处于实验阶段，合成装置只能生产几十克或者公斤级的试验样品，无法量产制备来满足目前市场新能源电池生产需求需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种固态锂电池的固态电解质制备设备，旨在解决现有技术中固态电解质无法量产制备来满足目前市场新能源电池生产需求的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种固态锂电池的固态电解质制备设备，包括：上料装置；搅拌装置，搅拌装置与上料装置连通，搅拌装置对从上料装置输送来的原料进行搅拌均匀；球磨装置，球磨装置与搅拌装置通过第一输送装置连通，球磨装置对搅拌均匀后的原料进行研磨；煅烧装置，煅烧装置与球磨装置通过第二输送装置连通，煅烧装置对研磨完成的原料进行煅烧；下料装置，下料装置与煅烧装置通过第三输送装置连通，下料装置接收并存储从煅烧装置输送来的电解质粉料。

可选地，固态锂电池的固态电解质制备设备还包括加热装置，加热装置设置在第一输送装置上，加热装置在原料被输送进入球磨装置前对原料进行加热干燥。

可选地，煅烧装置包括第一煅烧室、第二煅烧室、第三煅烧室和第一传送机构，第一煅烧室、第二煅烧室和第三煅烧室顺序排列，第一煅烧室与第二煅烧室之间、第二煅烧室与第三煅烧室之间通过第一传送机构连通，第一煅烧室与球磨装置通过第二输送装置连通，第三煅烧室与下料装置通过第三输送装置连通。

可选地，第一传送机构包括第一传送辊道和承载器，第一煅烧室与第二煅烧室之间、第二煅烧室与第三煅烧室之间通过第一传送辊道连通，承载器在第一传送辊道上移动；煅烧装置还包括上升机构、下降机构和第二传送辊道，上升机构具有第一上部工位和第一下部工位，下降机构具有第二上部工位和第二下部工位，第一上部工位与第一煅烧室之间通过第一传送辊道连通，第二上部工位与第三煅烧室之间通过第一传动辊道连通，第一下部工位与第二下部工位通过第二传送辊道连通，并且，第一上部工位与球磨装置通过第二输送装置连通，第二上部工位与下料装置通过第三输送装置连通。

可选地，固态锂电池的固态电解质制备设备还包括涂布输送管路和涂布装置，涂布输送管路的一端通过三通阀a连接在第一输送装置与球磨装置之间的管路上，涂布输送管路的另一端与涂布装置连接。

可选地，固态锂电池的固态电解质制备设备还包括助力输送装置，助力输送装置为罗茨风机，助力输送装置分别与涂布输送管路、球磨装置的入口连接。

可选地，助力输送装置还通过三通阀b与球磨装置与第一上部工位之间的管路连接。

可选地，第二输送装置和第三输送装置也均为罗茨风机。

可选地，固态锂电池的固态电解质制备设备还包括控制装置，控制装置分别控制上料装置、搅拌装置、第一输送装置、加热装置、球磨装置、第二输送装置、煅烧装置、第三输送装置、下料装置、助力输送装置、三通阀a和三通阀b之间协调运行。

可选地，第一输送装置为螺旋搅拌输送机，加热装置设置在螺旋搅拌输送机的圆筒的后半段上。

本实用新型至少具有以下有益效果：

应用本实用新型提供的固态电解质制备设备来制备生产固态锂电池的固态电解质，原料从上料装置进行上料之后，然后依次地经过搅拌装置进行搅拌均匀、经过球磨装置将搅拌均匀的原料进一步研磨得更加细小、经过煅烧装置加热原料以最大限度地去除原料中的水分，从而得到符合要求的固态电解质，再从下料装置进行下料装运，从而实现了生产线流水作业生产固态锂电池的固态电解质，实现批量的规模化生产，生产效率高，很好地满足了目前市场新能源电池生产需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一的固态锂电池的固态电解质制备设备的装配分布结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的固态锂电池的固态电解质制备设备的装配分布结构示意图；

图3为本实用新型实施例三固态锂电池的固态电解质制备设备的装配分布结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、上料装置；2、搅拌装置；3、第一输送装置；4、球磨装置；5、第二输送装置；6、煅烧装置；61、第一煅烧室；62、第二煅烧室；63、第三煅烧室；64、第一传送机构；641、第一传送辊道；642、承载器；65、上升机构；651、第一上部工位；652、第一下部工位；66、下降机构；661、第二上部工位；662、第二下部工位；67、第二传送辊道；7、第三输送装置；8、下料装置；9、加热装置；10、涂布输送管路；11、涂布装置；12、三通阀a；13、助力输送装置；14、三通阀b。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指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”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一：

如图1所示，其示出了本实用新型的实施例一的固态锂电池的固态电解质制备设备的装配分布结构示意图。

实施例一提供了一种固态锂电池的固态电解质制备设备，应用该固态电解质制备设备可以将湿法制备固态电解质和干法制备固态电解质实现兼容，即利用该套固态电解质制备设备既可以进行湿法制备固态电解质，也可以进行干法制备固态电解质。具体地，该固态电解质制备设备包括上料装置1、搅拌装置2、球磨装置4、煅烧装置6和下料装置8，组成了该固态电解质制备设备的能够实现湿法制备固态电解质和干法制备固态电解质兼容的基本组成架构。在装配过程中，搅拌装置2与上料装置1连通，上料装置1中放置原料，其中，湿法制备固态电解质的原料包括粉料和液体原料，干法制备固态电解质的原料只有粉料，上料装置1将原料通过负压抽送到搅拌装置2中，然后，搅拌装置2对从上料装置1输送来的原料进行搅拌均匀。接着，球磨装置4与搅拌装置2通过第一输送装置3连通，搅拌均匀后的原料通过第一输送装置3输送至球磨装置4中，启动球磨装置4运行，则球磨装置4对搅拌均匀后的原料进行研磨，使得搅拌均匀后的原料更加细腻均匀。接着对研磨均匀后的原料进行煅烧，从而彻底出去混合料中水分并且混合料经过煅烧后改变了混合料中多个晶体之间的结构改变，从而形成晶体空穴、间隙，便于离子传导，即为固态电解质，装配时，煅烧装置6与球磨装置4通过第二输送装置5连通，即研磨后的混合料经过第二输送装置5输送进煅烧装置6中，并同时启动煅烧装置6运行，煅烧装置6对研磨完成的混合料进行煅烧，从而形成粉状的固态电解质(即固态电解质的原始粉料)。在设备的末端，下料装置8与煅烧装置6通过第三输送装置7连通，粉状的固态电解质由第三输送装置7输送向下料装置8，下料装置8接收并存储从煅烧装置6输送来的电解质粉料。

应用本实用新型提供的固态电解质制备设备来制备生产固态锂电池的固态电解质，原料从上料装置1进行上料之后，然后依次地经过搅拌装置2进行搅拌均匀、经过球磨装置4将搅拌均匀的原料进一步研磨得更加细小、经过煅烧装置6加热原料以最大限度地去除原料中的水分，从而得到符合要求的固态电解质，再从下料装置8进行下料装运，从而实现了生产线流水作业生产固态锂电池的固态电解质，实现批量的规模化生产，生产效率高，很好地满足了目前市场新能源电池生产需求。并且，应用本实用新型提供的固态点解至制备设备能够实现兼容湿法制备方式和干法制备方式来生产固态锂电池的固态电解质。

针对湿法制备固态电解质：

上料装置1将液体原料和粉状原料通过负压抽送至搅拌装置2中并进行搅拌均匀，此时被搅拌均匀的原料是具有流动性能力的较粘稠的流体状，流体状的混合料通过第一输送装置3输送至球磨装置4中，在第一输送装置4输送流体状的混合料的过程中，为了更顺利地在球磨装置4中进行球磨操作，因此，固态锂电池的固态电解质制备设备还包括加热装置9，利用加热装置9对流体状的混合料进行烘干，也就是对流体状的混合料边输送边进行烘烤烘干，在原料进入球磨装置4进行球磨操作之前原料被加热装置9加热烘干，具体装配则是加热装置9设置在第一输送装置3上。

在实施例一中，煅烧装置6包括第一煅烧室61、第二煅烧室62、第三煅烧室63和第一传送机构64，也就是，球磨完成后的混合料在煅烧装置6中经过了三段式煅烧：第一煅烧室61为低温煅烧，煅烧温度在20℃≤T₁≤1000℃之间；第二煅烧室62为第一次高温煅烧，煅烧温度在1000℃≤T₂≤1500℃之间；第三煅烧室63为第二次高温煅烧，煅烧温度在1500℃≤T₃≤2000℃之间。具体装配分布为第一煅烧室61、第二煅烧室62和第三煅烧室63顺序地呈直线排列，第一煅烧室61与第二煅烧室62之间、第二煅烧室62与第三煅烧室63之间通过第一传送机构64连通，球磨后的混合料在煅烧后形成为粉状的固态电解质，因此，第一煅烧室61与球磨装置4之间可以通过第二输送装置5连通，也就是球磨后的混合料直接地通过第二输送装置5输送进第一煅烧室61中进行低温煅烧，紧接着进行第一次高温煅烧和第二次高温煅烧，煅烧形成的粉状固态电解质可以直接输送到下料装置8进行存储，因而第三煅烧室63与下料装置8通过第三输送装置7直接连通。

具体地，第一传送机构64包括第一传送辊道641和承载器642，从球磨装置4球磨完成的混合料被第二输送装置5输送至承载器642中盛装起来，然后第一传送辊道641带动承载器642在第一煅烧室61、第二煅烧室62和第三煅烧室63中通过并进行煅烧，也就是，第一煅烧室61与第二煅烧室62之间、第二煅烧室62与第三煅烧室63之间通过第一传送辊道641连通，承载器642在第一传送辊道641上移动。为了保证煅烧形成的固态电解质的质量，因而需要对粉料进行循环煅烧，因此，煅烧装置6还包括上升机构65、下降机构66和第二传送辊道67，上升机构65具有第一上部工位651和第一下部工位652，下降机构66具有第二上部工位661和第二下部工位662，第一上部工位651与第一煅烧室61之间通过第一传送辊道641连通，第二上部工位661与第三煅烧室63之间通过第一传动辊道连通，第一下部工位652与第二下部工位662通过第二传送辊道67连通，并且，第一上部工位651与球磨装置4通过第二输送装置5连通，第二上部工位661与下料装置8通过第三输送装置7连通。

优选地，第二输送装置5和第三输送装置7也均为罗茨风机，第一输送装置3为螺旋搅拌输送机，并且加热装置9设置在螺旋搅拌输送机的圆筒的后半段上。

在实施例一的固态电解质制备设备中，针对湿法制备固态电解质，为了实现自动化、智能化的生产控制过程，固态锂电池的固态电解质制备设备还包括控制装置(未图示)，控制装置分别控制上料装置1、搅拌装置2、第一输送装置3、加热装置9、球磨装置4、第二输送装置5、煅烧装置6、第三输送装置7和下料装置8之间协调运行。其中，控制装置可以是现有技术中已经成熟应用的MCU控制模块、PLC控制模块或者是控制微机等，在此不作限制，只要是现有技术中能够满足并实现该固态电解质制备设备的协调控制要求即可，在此不再赘述。

另外，当固态电解质要求被制备成膜时，此时该固态锂电池的固态电解质制备设备还包括涂布输送管路10和涂布装置11，涂布输送管路10的一端通过三通阀a12连接在第一输送装置3与球磨装置4之间的管路上，三通阀a12与控制装置电性连接，由控制装置控制运行，涂布输送管路10的另一端与涂布装置11连接。这时，上料装置1将粉状原料和液体原料同时输送进搅拌装置2进行搅拌均匀，然后通过第一输送装置3向后输送，并且在利用第一输送装置3输送混合均匀的流体状原料过程中无需启动加热装置9对胶料进行加热干燥，控制装置控制三通阀a12关闭与球磨装置4的连通接口并连通第一输送装置3的输出口与涂布输送管路10，在第一输送装置3的输送动力下，搅拌均匀的流体状原料经三通阀a12直接输送至涂布输送管路10进入涂布装置11，流体状原料在涂布装置中被涂布成膜，然后在进行煅烧形成膜状的固态电解质。

针对干法制备固态电解质：

采取干法制备固态电解质所应用的固态电解质制备设备与采取湿法制备固态电解质所应用的固态电解质制备设备为同一部设备，只是在进行干法制备固态电解质过程中所需启动运行的设备各个组成部分不同。与针对湿法制备固态电解质时的固态电解质制备设备的运行结构相比较，应用干法制备固态电解质的过程中，所需启动运行的各个组成部分是上料装置1、搅拌装置2(或者也可以不需启动运行搅拌装置2)、第一输送装置3、球磨装置4、第二输送装置5、煅烧装置6、第三输送装置7和下料装置8(无需启动运行加热装置9、三通阀a12和涂布装置11)。在采取干法制备固态电解质时，所需原料仅为粉状原料(较为干燥)。实际上，在进行干法制备固态电解质的过程中，固态电解质制备设备中所需启动运行的各个组成部分的运行工况与进行湿法制备固态电解质的运行工况相同，在此不再赘述。

实施例二：

如图2所示，其示出了本实用新型的实施例二的固态锂电池的固态电解质制备设备的装配分布结构示意图。实施例二的固态电解质制备设备与实施例一的固态电解质制备设备相比，具有以下不同之处。

在实施例二中，固态锂电池的固态电解质制备设备还包括助力输送装置13，助力输送装置13与控制装置电性连接，助力输送装置13为罗茨风机，助力输送装置13分别与涂布输送管路10、球磨装置4的入口连接。并且，无论是进行湿法制备固态电解质还是进行干法制备固态电解质的过程中，助力输送装置13均是保持一直启动运行状态以始终提供输送助力。也就是：当控制装置控制三通阀a12连通第一输送装置3的输出口与球磨装置4的输入口时(此时涂布输送管路10完全关闭)，助力输送装置13输出的全部助力提供用来辅助输送原料进入球磨装置4(此时助力输送装置13不向涂布输送管路10提供任何输送助力)；当控制装置控制三通阀a12连通第一输送装置3的输出口与涂布输送管路10的入口时(此时球磨装置4的输入口完全关闭)，助力输送装置13输出的全部助力提供用来辅助输送原料进入涂布输送管路10以输送至涂布装置11(此时助力输送装置13不向球磨装置4提供任何输送助力)。

实施例二的固态电解质制备设备与实施例一的固态电解质制备设备之间比较，除了以上结构不同之外，其余结构均相同，在此不再赘述。

实施例三：

如图3所示，其示出了本实用新型的实施例三的固态锂电池的固态电解质制备设备的装配分布结构示意图。实施例三的固态电解质制备设备与实施例二的固态电解质制备设备相比，具有以下不同之处。

在实施例三中，助力输送装置13还通过三通阀b14与球磨装置4与第一上部工位651之间的管路连接。

实施例三的固态电解质制备设备与实施例二的固态电解质制备设备之间比较，除了以上结构不同之外，其余结构均相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，包括：

上料装置；

搅拌装置，所述搅拌装置与所述上料装置连通，所述搅拌装置对从所述上料装置输送来的原料进行搅拌均匀；

球磨装置，所述球磨装置与所述搅拌装置通过第一输送装置连通，所述球磨装置对搅拌均匀后的原料进行研磨；

煅烧装置，所述煅烧装置与所述球磨装置通过第二输送装置连通，所述煅烧装置对研磨完成的原料进行煅烧；

下料装置，所述下料装置与所述煅烧装置通过第三输送装置连通，所述下料装置接收并存储从所述煅烧装置输送来的电解质粉料。

2.根据权利要求1所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述固态锂电池的固态电解质制备设备还包括加热装置，所述加热装置设置在所述第一输送装置上，所述加热装置在原料被输送进入所述球磨装置前对原料进行加热干燥。

3.根据权利要求2所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述煅烧装置包括第一煅烧室、第二煅烧室、第三煅烧室和第一传送机构，所述第一煅烧室、所述第二煅烧室和所述第三煅烧室顺序排列，所述第一煅烧室与所述第二煅烧室之间、所述第二煅烧室与所述第三煅烧室之间通过所述第一传送机构连通，所述第一煅烧室与所述球磨装置通过第二输送装置连通，所述第三煅烧室与所述下料装置通过所述第三输送装置连通。

4.根据权利要求3所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述第一传送机构包括第一传送辊道和承载器，所述第一煅烧室与所述第二煅烧室之间、所述第二煅烧室与所述第三煅烧室之间通过所述第一传送辊道连通，所述承载器在所述第一传送辊道上移动；

所述煅烧装置还包括上升机构、下降机构和第二传送辊道，所述上升机构具有第一上部工位和第一下部工位，所述下降机构具有第二上部工位和第二下部工位，所述第一上部工位与所述第一煅烧室之间通过所述第一传送辊道连通，所述第二上部工位与所述第三煅烧室之间通过第一传动辊道连通，所述第一下部工位与所述第二下部工位通过所述第二传送辊道连通，并且，所述第一上部工位与所述球磨装置通过第二输送装置连通，所述第二上部工位与所述下料装置通过所述第三输送装置连通。

5.根据权利要求4所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述固态锂电池的固态电解质制备设备还包括涂布输送管路和涂布装置，所述涂布输送管路的一端通过三通阀a连接在所述第一输送装置与所述球磨装置之间的管路上，所述涂布输送管路的另一端与所述涂布装置连接。

6.根据权利要求5所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述固态锂电池的固态电解质制备设备还包括助力输送装置，所述助力输送装置为罗茨风机，所述助力输送装置分别与所述涂布输送管路、所述球磨装置的入口连接。

7.根据权利要求6所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述助力输送装置还通过三通阀b与所述球磨装置与所述第一上部工位之间的管路连接。

8.根据权利要求7所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述第二输送装置和所述第三输送装置也均为罗茨风机。

9.根据权利要求8所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述固态锂电池的固态电解质制备设备还包括控制装置，所述控制装置分别控制所述上料装置、所述搅拌装置、所述第一输送装置、所述加热装置、所述球磨装置、所述第二输送装置、所述煅烧装置、所述第三输送装置、所述下料装置、所述助力输送装置、所述三通阀a和所述三通阀b之间协调运行。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的固态锂电池的固态电解质制备设备，其特征在于，

所述第一输送装置为螺旋搅拌输送机，所述加热装置设置在所述螺旋搅拌输送机的圆筒的后半段上。

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