[发明专利]一种电池级锂铝合金合成设备及合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池级锂铝合金合成设备及合成方法，特别是一次锂电池负极材料专用锂铝合金合成设备及合成方法。

背景技术

近年来，随着一次锂电池应用领域的不断发展，对一次锂电池在电性能和安全性方面提出了更高的要求。实践表明一次锂铁电池采用电池级锂铝合金作负极材料，可明显改善其放电电压特性。一次锂锰电池采用电池级锂铝合金材料作负极，可改善其在大电流放电时的安全性能。因此作为负极材料的电池级锂铝合金正越来越多地应用于一次锂电池行业。

目前，传统工艺设备合成的电池级锂铝合金存在纯度不稳定，主要是其中的氧、氮含量较高，合金中铝的含量不均匀。从而影响一次锂电池的电性能质量和产品的稳定性。

传统的电池级锂铝合金的合成工艺主要有两种：一种是在干燥空气间内（相对湿度≤2％，20℃）进行，将金属锂和铝按一定比例加入到电炉敞口坩锅内熔化，采用机械搅拌方式合成，手工浇铸；另一种是在充满氩气的手套箱内进行，将金属锂和铝按一定比例加入到电炉敞口坩锅内熔化，采用机械搅拌方式合成，手工浇铸。

上述电池级锂铝合金的合成工艺主要存在三个问题：一是锂铝合金的合成设备均为敞口机械搅拌方式。采用空气干燥间内合成工艺时，即使保证干燥间相对湿度低于2％（20℃），由于金属锂在合成温度200－220℃条件下活性太强，或多或少会与空气中氧、氮发生化学反应产生杂质；采用氩气手套箱内合成工艺时，由于操作性的要求，手套箱不能做到完全密封，外界自然空气容易进入到手套箱内使氩气受到污染，由于自然空气的影响，在锂铝合金合成过程中亦会产生少量的氧化锂、氮化锂杂质。二是锂铝合金的熔化和合成均在同一设备中进行，在锂铝合金熔化和合成过程中产生的氧化锂、氮化锂杂质不能有效除去，浇铸时带入到产品中。三是由于合成设备为机械搅拌方式，手工浇铸时需停止搅拌进行操作，因此会影响到合金中铝含量的均匀性。

因此，传统工艺设备合成的电池级锂铝合金产品质量难以保证且稳定性较差。同时，由于设备为敞口机械搅拌方式，存在较大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种电池级锂铝合金合成设备及其合成方法，利用本设备及合成方法可在全密闭、高真空和高纯氩气条件下，无需任何机械搅拌装置，生产出高性能电池级锂铝合金产品。

一种电池级锂铝合金合成设备及其合成方法是采用以下技术方案实现的：

一种电池级锂铝合金合成设备包括熔料罐、第一加热炉、管道过滤器、液封阀、第二加热炉、合成釜、第三加热炉、氩气装置、真空泵和控制柜；熔料罐外部设有第一加热炉；在熔料罐和合成釜之间设有管道过滤器和液封阀，在管道过滤器和液封阀外部设有第二加热炉；合成釜外部设有第三加热炉；所述熔料罐和合成釜均与外部的氩气装置以及真空泵相联；所述的熔料罐、合成釜、第一加热炉、第二加热炉、第三加热炉、液封阀、氩气装置和真空泵均与控制柜连接。

 所述的熔料罐上部一侧设有熔料罐真空管和熔料罐氩气管，所述熔料罐真空管和熔料罐氩气管分别与外部的真空泵及氩气装置联接；熔料罐的罐盖和罐体通过法兰全密封联接，法兰密封圈设有上、下水冷夹套；熔料罐底部设有熔料罐出料管。

 所述的合成釜上部一侧设有合成釜进料管，合成釜底部设有合成釜出料管；合成釜上部另一侧设有合成釜真空管和合成釜上氩气管，所述的合成釜真空管和合成釜上氩气管分别与外部的真空泵及氩气装置联接；合成釜内下部设有氩气分配器，在氩气分配器上沿圆周方向均布有小孔；氩气分配器通过设置在合成釜下部的合成釜下氩气管与外部的氩气装置联接；合成釜的釜盖和釜体通过法兰全密封联接，法兰密封圈设有上、下水冷夹套；合成釜的釜盖上设有气动阀缸，气动阀缸与合成釜内的长杆阀通过法兰密封联接，由气动阀缸控制长杆阀的开、闭。 

所述管道过滤器的过滤精度≤2微米。

在熔料罐、液封阀、合成釜和第一加热炉、第二加热炉以及第三加热炉内均设有测温器，所述测温器采用工业用测温器，测温器所测出的温度的变化反映出物料的状态和走向。

所述的熔料罐、液封阀、合成釜、第一加热炉、第二加热炉、第三加热炉、氩气装置和真空泵均与控制柜连接，从而实现全过程自动控制的安全生产。

所述的设备采用管道法兰联接方式将全部构成部件密闭联接成一体，使得该设备在全密闭、高真空和高纯氩气条件下进行熔料和合成作业。

一种电池级锂铝合金合成设备的合成方法，包括如下步骤：