一种热电池隔膜料自动制备装置和方法
阅读说明：本技术 一种热电池隔膜料自动制备装置和方法 (Automatic thermal battery diaphragm material preparation device and method ) 是由 李海君 陈祥华 卢丫 刘江涛 万伟华 赵洪楷 王幸 刘丹 刘美美 黄晓丽 李进 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热电池隔膜料自动制备装置和方法,采用将熔融电解质直接与粘合剂混合的方式,大幅减少工步。自动制备装置包括电解质喷淋装置、隔膜料成型装置、隔膜料混合装置、隔膜料造粒装置四个部分。电解质喷淋装置将加热后熔融的电解质喷淋在粘合剂上,隔膜料成型装置将浸润电解质的粘合剂推至隔膜料混合装置,隔膜料混合装置将隔膜料混合均匀并保持高温使电解质与粘合剂持续混合均匀,隔膜料造粒装置将隔膜料粉碎成合适粒径的颗粒,得到需要隔膜料成品贮存。本发明具有效率高,节约能源,制备隔膜料含水量低的特点,特别适用于热电池批量生产需求。(The invention discloses an automatic preparation device and method for a thermal battery diaphragm material, which adopt a mode of directly mixing a molten electrolyte with an adhesive, thereby greatly reducing the process steps. The automatic preparation device comprises an electrolyte spraying device, a diaphragm material forming device, a diaphragm material mixing device and a diaphragm material granulating device. The electrolyte spraying device sprays the heated and melted electrolyte on the adhesive, the diaphragm material forming device pushes the adhesive soaked with the electrolyte to the diaphragm material mixing device, the diaphragm material mixing device uniformly mixes the diaphragm material and keeps high temperature to continuously and uniformly mix the electrolyte and the adhesive, and the diaphragm material granulating device crushes the diaphragm material into particles with proper particle size to obtain a finished product of the diaphragm material to be stored. The invention has the characteristics of high efficiency, energy conservation and low water content of the prepared diaphragm material, and is particularly suitable for the requirement of mass production of thermal batteries.)
技术领域
本发明属于热电池技术领域，特别是一种热电池隔膜料自动制备装置和方法。
背景技术
热电池是以熔盐作为电解质，利用自带热源使其熔化而激活的一次储备电池。具有激活时间短、使用环境温度宽、储存周期长、免维护的优点，在武器装备系统中应用越来越广泛。
热电池所用隔膜料为电解质(E)和粘合剂(B)按照一定比例混合后高温融合而成。电解质一般为LiCl-KCl、LiCl-LiBr-LiF、LiCl-LiBr-LiF-KBr等共融盐，这类卤素盐熔融时电导很高，在常温时电导却非常低，特别适用于高功率放电和热电池长时间存贮的要求；粘合剂的作用是抑制电解质的流动，一般为MgO、SiO2、Al2O3等金属氧化物，这类氧化物具有较强吸附力，保持热电池工作时电解质融化不发生泄露，同时耐温较高，可以满足热电池工作时的温度要求。
目前热电池用隔膜料制备采用手工操作，工序较为繁琐。如文献“陆瑞生，刘效疆，热电池，北京：国防工业出版社，2005”第241页-第243页指出隔膜料(也称电解质EB)的制备方法：
(1)将MgO盛于坩埚内，放入马弗炉中，升温灼烧。
(2)根据需制电解质(EB)的材料总量，按电解质(E)的质量百分比进行配制，分别称量电解质(E)和MgO，把它们盛于球磨罐中，加入适量刚玉球，在球磨机上球磨混合。
(3)将混合均匀的混合物，盛于坩埚内，放入马弗炉内，升温熔融。
(4)将经熔融的混合物转入球磨罐中，加入适量刚玉球，放在球磨机上进行球磨，球磨后使混合物过100目筛。然后装瓶密封，贮存在干燥器内备用。
该工艺方法适合小批量手工操作，物料转移需要人工搬运。其中较为费时和耗能的为熔融和球磨工序，每批次熔融时间需要10h，球磨时间需要(2～3)h。采用该种方法隔膜料制备效率为(18～25)h/kg，隔膜料制备能耗为(80～100)kW/kg，效率较低、能耗较高。另外球磨过程中刚玉球会将MgO粉在球磨罐壁上砸实，出现粘壁问题，影响了粘结剂与电解质的混合均匀度。
在CN105703002A《一种热电池用电解质材料及其制备方法》中以Al2O3为粘合剂期望解决热电池的安全性问题，但是其制备方法与陆瑞生等提出的制备隔膜料方法基本一致，仍采用电解质与粘合剂混合、熔融烧结、熔融后球磨的方式实现隔膜料制备，无法解决隔膜料制备时效率低、能耗高以及混合不均匀问题。
发明内容
本发明旨在提供一种热电池隔膜料自动制备装置和方法，针对现有技术中存在的不足，实现热电池隔膜料制备的自动化，提升制备效率，降低制备能耗，提升隔膜料制备质量。
本发明的技术方案如下：
一种热电池隔膜料自动制备装置，包括，
电解质喷淋装置，所述电解质喷淋装置包含电解质熔融池、电解质喷淋头、惰性气体保护箱和过渡仓，其中，电解质喷淋头位于惰性气体保护箱内，且电解质喷淋头的进料端与电解质熔融池连通，惰性气体保护箱与过渡仓连通；
隔膜料成型装置，所述隔膜料成型装置包含刮粉装置、粉料挡板、粉料下料口、操作平台、粘合剂顶升机构和粘合剂盛放腔，其中，操作平台上且位于惰性气体保护箱内设置有粉料挡板和刮粉装置，粉料挡板与刮粉装置围合形成的区域内且在操作平台上开有粉料下料口和粘合剂进料口，粘合剂进料口位于电解质喷淋头正下方，粘合剂进料口与粘合剂盛放腔连通，粘合剂盛放腔内设置有粘合剂顶升机构。
优选的，热电池隔膜料自动制备装置还包括隔膜料混合装置，所述隔膜料混合装置包含隔膜料混合锅和混料装置，其中，混料装置位于隔膜料混合锅内，隔膜料混合锅的进料口与粉料下料口连通，隔膜料混合锅上还设置有混合锅出口。
优选的，热电池隔膜料自动制备装置还包括隔膜料造粒装置，所述隔膜料造粒装置包含粉碎机、过筛机和储料箱，其中，粉碎机的进料口与混合锅出口连通，粉碎机的出料口与过筛机的进料口连通，过筛机的出料口与储料箱的进料口连通。
进一步，所述隔膜料混合锅内设置有加热装置，且加热温度范围在为(0～1000)℃。
进一步，所述混料装置包括混合电机和搅拌桨叶，混合电机驱动隔膜料混合锅内的搅拌桨叶旋转。
进一步，所述电解质熔融池中设置有加热装置，且加热温度范围在为(0～1000)℃，电解质熔融池还与惰性气源连接。
进一步，所述刮粉装置沿着操作平台表面直线往复运动，且粘合剂进料口和粉料下料口位于刮粉装置的运动路径上。
优选的，热电池隔膜料自动制备装置还包括用于防腐的镍合金金属层，所述镍合金金属层设置在热电池隔膜料自动制备装置中与隔膜料、电解质接触的表面。需要说明的是，这里的隔膜料是将电解质融熔吸附在粘合剂上形成的混合物。
一种热电池隔膜料自动制备方法，包括，
步骤一，粘合剂热处理，将粘合剂粉末进行烧结后转移至过渡仓内，再由过渡仓转移到粘合剂盛放腔中；
步骤二，电解质熔融，将待熔融的电解质转移至电解质熔融池内，并加热至电解质熔融；
步骤三，隔膜料制备，控制电解质喷淋头按需要配比将熔融电解质喷涂在粘合剂上，然后由粘合剂顶升机构将粘合剂向上顶升一段距离，再由刮粉装置和粉料挡板将浸润了电解质的粘合剂推入粉料下料口；
步骤四，隔膜料混合，加热并搅拌来自于粉料下料口的隔膜料；
步骤五，隔膜料造粒，将步骤四中混合好的隔膜料依次经过粉碎机粉碎和过筛机筛选最终进入储料箱。
优选的，采用上述自动制备方法时，
所述步骤一中，烧结温度为(500～1000)℃，时间为(4～8)h；
所述步骤二中，电解质熔融池(11)内的加热温度为(400～1000)℃；
所述步骤四中，隔膜料混合锅(31)内的加热温度为(500～1000)℃。
优选的，步骤三中隔膜料的制备全程在惰性气体保护氛围下进行。
本发明中制备隔膜料时，电解质和粘合剂始终在惰性气体保护氛围下进行，避免环境中水分对隔膜料制备的影响。电解质和粘合剂在操作平台形成的平面上进行浸润，通过顶升机构上升高度控制粘合剂的厚度，通过电解质喷淋头控制喷射压力和喷射流量，从而控制粘合剂与电解质浸润的效果，再通过刮粉装置将充分浸润的粘合剂与电解质推入下步工序装置中。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：本发明的技术途径中没有熔融烧结工序、没有球磨工序，隔膜料制备效率提升到(4～10)h/kg，隔膜料制备能耗降低至(5～10)kW/kg，具有自动化程度高、效率高、能耗低、工序流程简洁、特别适合批量生产的特点。
附图说明
图1为本发明热电池隔膜料自动制备装置总体结构示意图；
图2为本发明电解质喷淋装置的总体结构示意图；
图3为本发明隔膜料成型装置结构示意图；
图4为本发明隔膜料混合装置结构示意图；
图5为本发明隔膜料造粒装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明技术思想的情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
热电池隔膜料自动制备装置包含电解质喷淋装置1、隔膜料成型装置2、隔膜料混合装置3、隔膜料造粒装置4共四个分装置。其中，电解质喷淋装置1与隔膜料成型装置2结合在一起并配合使用，隔膜料成型装置2与隔膜料混合装置3结合在一起并配合使用，隔膜料混合装置3与隔膜料造粒装置4结合在一起并配合使用。
四个分装置与电解质或隔膜料接触部分的零部件均采用镍合金材料进行防腐，并进行隔水、隔氧处理。
电解质喷淋装置1包含电解质熔融池11、电解质喷淋头12、惰性气体保护箱13、过渡仓14。电解质喷淋装置1中的电解质熔融池11能够加热，加热温度范围在为(0～1000)℃，保持电解质处于融化状态，然后通过惰性气体氩气或氮气将电解质挤压至电解质喷淋头12处，电解质喷淋头12可以控制单位时间内喷淋电解质的重量或体积，整个电解质接触部分采用镍合金材料进行防腐，整个喷淋工序在惰性气体保护箱13内完成，粘合剂通过过渡仓14进入装置内部。
隔膜料成型装置2包含刮粉装置21、粉料挡板22、粉料下料口23、操作平台24、粘合剂顶升机构25、粘合剂盛放腔26。隔膜料成型装置2中，粘合剂通过过渡仓14转入粘合剂盛放腔26，在电解质喷淋后，由粘合剂顶升机构25将粘合剂向上顶升一段距离，然后由刮粉装置21和粉料挡板22共同作用将浸润电解质的粘合剂推至粉料下料口23。
隔膜料混合装置3包含隔膜料混合锅31、混合锅出口32、混合电机33。隔膜料混合装置3中的隔膜料混合锅31与上个分装置中的粉料下料口23对接，并能够加热，加热温度范围为(0～1000)℃。当隔膜料进入隔膜料混合装置3后，混合电机33带动桨叶开始运动，隔膜料进行混合，混合后通过混合锅出口32进入隔膜料造粒装置4。
隔膜料造粒装置4包含粉碎机41、过筛机42、储料箱43。隔膜料造粒装置4中，隔膜料依次经过粉碎机41、过筛机42、储料箱43，形成成品隔膜。粉碎机41带有冷却装置防止电机受热损坏。
本发明的热电池隔膜料自动制备方的法特点是：在制备过程包括以下工艺步骤：
(1)粘合剂热处理：将粘合剂MgO、SiO2、Al2O3等粉末在电阻炉内烧结，烧结温度为(500～1000)℃，时间为4～8h。然后通过过渡仓14转移至粘合剂盛放腔26内。
(2)电解质熔融：将需要熔融的电解质转移至电解质熔融池11内，加热温度为(400～1000)℃。
(3)隔膜料制备：装置控制电解质喷淋头12按需要配比将熔融电解质喷涂在粘合剂上，然后由粘合剂顶升机构25将粘合剂向上顶升一段距离，然后由刮粉装置21和粉料挡板22将浸润的电解质的粘合剂推入粉料下料口23。
(4)隔膜料混合：隔膜料混合锅31与粉料下料口23对接，并能够加热，加热温度在(500～1000)℃，当隔膜料进入时，混合电机33开始运动，带动桨叶开始进行隔膜料混合，混合冷却后通过混合锅出口32进入隔膜料造粒装置4。
(5)隔膜料造粒：隔膜料依次经过粉碎机41、过筛机42、储料箱43，形成成品隔膜料。
实施例1
(1)粘合剂热处理：将MgO粉末在电阻炉内烧结，烧结温度为1000℃，时间为4h。然后通过过渡仓14转移至粘合剂盛放腔26内。
(2)电解质熔融：将混合后的电解质LiCl-KCl转移至电解质熔融池11内，加热温度为700℃。
(3)隔膜料制备：装置控制电解质喷淋头12按重量比电解质︰氧化镁＝30︰70的配比将熔融电解质喷涂在MgO粉末上，然后由粘合剂顶升机构25将粘合剂向上顶升3mm，然后由刮粉装置21和粉料挡板22将浸润的电解质的粘合剂推入粉料下料口23。
(4)隔膜料混合：隔膜料混合锅31与粉料下料口23对接，并能够加热，加热温度为700℃，当隔膜料进入时，混合电机33开始运动，设置混合时间为30min，转速为1400n/min，进行混合，混合冷却后通过混合锅出口32进入隔膜料造粒装置4。
(5)隔膜料造粒：隔膜料再依次经过粉碎机41、过筛机42、储料箱43，形成热电池隔膜料成品。
实施例2
(1)粘合剂热处理：将MgO粉末在电阻炉内烧结，烧结温度为800℃，时间为6h。然后通过过渡仓14转移至粘合剂盛放腔26内。
(2)电解质熔融：将混合后的电解质LiCl-LiBr-LiF转移至电解质熔融池11内，加热温度为800℃。
(3)隔膜料制备：装置控制电解质喷淋头12按重量比电解质︰氧化镁＝40︰60的配比将熔融电解质喷涂在MgO粉末上，然后由粘合剂顶升机构25将粘合剂向上顶升1mm，然后由刮粉装置21和粉料挡板22将浸润的电解质的粘合剂推入粉料下料口23。
(4)隔膜料混合：隔膜料混合锅31与粉料下料口23对接，并能够加热，加热温度在800℃，当隔膜料进入时，混合电机(33)开始运动，设置混合时间为40min，转速为2000n/min，进行混合，混合冷却后通过混合锅出口32进入隔膜料造粒装置4。
(5)隔膜料造粒：隔膜料再依次经过粉碎机41、过筛机42、储料箱43，形成热电池隔膜料成品。
实施例3
(1)粘合剂热处理：将SiO2粉末在电阻炉内烧结，烧结温度为1000℃，时间为6小时。然后通过过渡仓14转移至粘合剂盛放腔26内。
(2)电解质熔融：将混合后的电解质LiCl-LiBr-LiF转移至电解质熔融池11内，加热温度为800℃。
(3)隔膜料制备：装置控制电解质喷淋头12按重量比电解质︰氧化镁＝30︰70的配比将熔融电解质喷涂在MgO粉末上，然后由粘合剂顶升机构25将粘合剂向上顶升1mm，然后由刮粉装置21和粉料挡板22将浸润的电解质的粘合剂推入粉料下料口23。
(4)隔膜料混合：隔膜料混合锅31与粉料下料口23对接，并能够加热，加热温度在800℃。当隔膜料进入时，混合电机33开始运动，设置混合时间为20min，转速为1400n/min，进行混合，混合后通过混合锅出口32进入隔膜料造粒装置4。
(5)隔膜料造粒：隔膜料再依次经过粉碎机41、过筛机42、储料箱43，形成热电池隔膜料成品。
对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，在没有背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。
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