一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置

本发明涉及锂离子电池正极材料制备设备，尤其是涉及一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置。

背景技术：

1、随着全球能源结构转型的推进，化石能源因不可再生、高污染等缺陷逐步被电化学储能设备替代。锂离子电池具备能量转化效率高、循环寿命长、应用场景覆盖广等优势，现已成为消费电子、新能源汽车、大型储能电站的核心储能供能器件，市场需求持续扩张。

2、正极材料是决定锂电池电化学性能与生产成本的核心构件，高镍三元材料是当前高性能锂电正极主流发展方向，而三元前驱体的制备品质、配套设备投入成本，直接限制高镍三元正极材料产业化推广与实验室研发效率。

3、现阶段行业内制备高镍三元前驱体主流工艺为共沉淀法，配套标准设备主要由大型反应釜、独立温控系统、保护气路、水循环加热设备、多组蠕动泵、外置搅拌装置组合而成。现有设备存在四大核心缺陷：轻量化差、移动搭建困难：整套设备体积庞大、自重高，仅适配固定厂房规模化量产，无法搬运、现场快速组装，完全不满足实验室小试、研发试样制备需求。投入与运维成本高：设备采购单价昂贵，零部件损耗后维修保养成本高，研发入门资金门槛高。反应与废液处理割裂：反应单元、废液分离单元相互独立，外部管路杂乱繁多，废液导出、转运、收集操作流程繁琐。控制稳定性差、抗干扰能力弱：仅依靠纯软件程序调节物料输送参数，受现场电磁信号干扰、设备机械震动影响极大，极易出现ph失控、物料配比偏差，造成前驱体晶粒生长不均、原料浪费、成品报废。

4、专利号为cn213611375u的专利，装置仅设置基础蠕动泵与反应容器，无集成舵机自动切换管路结构、无机械限流辅助ph调控结构、无应急旁路保护、无一体化废液自动抽取功能，仍存在ph抗干扰差、废液处理操作繁琐、管路零散无集成封装等缺陷。

5、综上，现有三元前驱体制备设备笨重、成本高、废液分离操作复杂、参数调控抗干扰性能不足，亟需一种轻量化、可快速自搭建、反应废液一体化、调控稳定的新型共沉淀制备装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，结构简易、组装便捷、整机可自由移动；一套设备同步完成原料进料、在线ph精准调控、废液自动分离收集一体化作业；增设应急旁路与机械辅助调速结构，具备故障应急防护、功能拓展能力；提升设备运行稳定性与通用适配性，大幅降低实验室、小批量试样制备的设备投入成本。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，包括五颈烧瓶、磁子搅拌恒温水浴锅、可正反转蠕动泵、三通管件、ph检测组件、温度检测探头、舵机控制组件、台钳、废液处理罐、盐溶液罐、碱液罐、半包覆式封装盒；蠕动泵包括第一蠕动泵、第二蠕动泵；三通管件包括第一三通管件、第二三通管件、第三三通管件、第四三通管件；舵机控制组件包括控制器、调速舵机、角度舵机；装置搭载多参数单步迭代算法，算法输出控制信号联动舵机控制组件与蠕动泵协同调节流量；

3、五颈烧瓶放置于磁子搅拌恒温水浴锅内；五颈烧瓶上设置温度检测口、ph检测口、预留端口、第一原料入口端、第二原料入口端。

4、优选的，温度检测探头装配于温度检测口，ph检测组件装配于ph检测口。

5、优选的，盐溶液罐经管路、第一三通管件、第一蠕动泵、第二三通管件后接入五颈烧瓶的第一原料入口端，第一三通管件通过管路连通废液处理罐；碱液罐经管路、第三三通管件、第二蠕动泵、第四三通管件后接入五颈烧瓶的第二原料入口端。

6、优选的，碱液罐对应管路上设有台钳，台钳连接调速舵机；三通管件连接角度舵机，角度舵机集成安装于半包覆式封装盒内实现集中控制。

7、优选的，控制器驱动调速舵机动作，调速舵机带动台钳改变碱液罐对应管路流通截面积以调节物料输送流速，进而调控反应体系ph值。

8、优选的，五颈烧瓶上的预留端口用于外接新增输送管路、在线检测模块或补充多种盐溶液原料。

9、优选的，第一蠕动泵、第二蠕动泵出料口分别旁接由角度舵机控制通断的应急旁路管路；当体系ph严重偏离预设区间时，角度舵机切换通路，碱液罐切入应急旁路管路，盐溶液罐维持进料稀释体系，ph恢复正常后自动复位。

10、优选的，控制器驱动角度舵机切换三通管件，控制第一蠕动泵反向运转，负压抽取五颈烧瓶内部废液至废液处理罐，自动完成废液集中收集。

11、优选的，半包覆式封装盒分为上下两段独立构件，上层构件用于固定角度舵机并集中收纳舵机控制线，下层构件根据三通管件外形、管路走向预制定位槽；上下两段独立构件装配锁紧后相互限位，防止舵机输出轴与三通管件发生传动偏移，同时半包覆结构便于设备检修、管路拆装。

12、本发明采用上述一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置的优点和有益效果是：

13、1、本发明采用实验室标准五颈烧瓶替代重型工业反应釜，磁子水浴锅整合温控和搅拌功能，降低设备成本以及占地空间，结构简单，组装便捷，适配实验室研发、小批量试样制备场景。

14、2、本发明依靠多路三通管件和双向蠕动泵的复合管路布局，单套设备无需拆装管路即可完成连续进料反应、废液自动抽取收集，简化外部管路排布，缩短废液自动抽取时长，提升废液收集效率，降低废液转运、分离操作难度。

15、3、本发明增设舵机和台钳机械调速机构辅助ph调节，相比纯软件程序控制，抵抗现场电磁干扰、机械震动能力显著提升；传统纯程序控泵ph波动±0.7~1.1，本发明双重调控ph波动≤±0.15；降低原料损耗率，避免前驱体形貌失控，减少原料浪费与实验报废。

16、4、本发明五颈烧瓶预留拓展接口、独立备用碱液通道，可外接各类传感器、新增原料管路，支持底液单独调碱等特殊工艺；阀门驱动、搅拌方式均可按需切换，适配不同三元前驱体制备工艺。

17、5、本发明装置配合软件迭代算法预判流量误差，硬件台钳从物理层面约束瞬时流量，二者协同消除单一程序调控的滞后与震荡。

18、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，其特征在于：包括五颈烧瓶、磁子搅拌恒温水浴锅、可正反转蠕动泵、三通管件、ph检测组件、温度检测探头、舵机控制组件、台钳、废液处理罐、盐溶液罐、碱液罐、半包覆式封装盒；蠕动泵包括第一蠕动泵、第二蠕动泵；三通管件包括第一三通管件、第二三通管件、第三三通管件、第四三通管件；舵机控制组件包括控制器、调速舵机、角度舵机；装置搭载多参数单步迭代算法，算法输出控制信号联动舵机控制组件与蠕动泵协同调节流量；

2.根据权利要求1所述的一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，其特征在于：温度检测探头装配于温度检测口，ph检测组件装配于ph检测口。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，其特征在于：盐溶液罐经管路、第一三通管件、第一蠕动泵、第二三通管件后接入五颈烧瓶的第一原料入口端，第一三通管件通过管路连通废液处理罐；碱液罐经管路、第三三通管件、第二蠕动泵、第四三通管件后接入五颈烧瓶的第二原料入口端。

4.根据权利要求1所述的一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，其特征在于：碱液罐对应管路上设有台钳，台钳连接调速舵机；三通管件连接角度舵机，角度舵机集成安装于半包覆式封装盒内实现集中控制。

5.根据权利要求1所述的一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，其特征在于：控制器驱动调速舵机动作，调速舵机带动台钳改变碱液罐对应管路流通截面积以调节物料输送流速，进而调控反应体系ph值。

6.根据权利要求1所述的一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，其特征在于：五颈烧瓶上的预留端口用于外接新增输送管路、在线检测模块或补充多种盐溶液原料。

7.根据权利要求1所述的一种轻量化自搭建共沉淀一体化反应制备装置，其特征在于：控制器驱动角度舵机切换三通管件，控制第一蠕动泵反向运转，负压抽取五颈烧瓶内部废液至废液处理罐，自动完成废液集中收集。