CN106602045B - 气力流态化包覆装置及锂离子电池负极材料包覆工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气力流态化包覆装置，包括混合仓，混合仓上设有两个物料进口，两个物料进口分别连接的进料管道上均设置有进料阀；混合仓上分别设置有气流进口和气流出口，气流出口和气流进口之间设置有引风机，气流出口通过管道连接至引风机的进口，气流进口通过管道连接至引风机的出口；引风机的出口与气流进口之间的管道上连接有出料管，出料管上设置有出料阀；出料管与气流进口之间的管道上安装有控制阀，控制阀与气流进口之间的管道上连接有旁通管路，旁通管路上设置有旁通阀。本发明还公开了一种锂离子电池负极材料包覆工艺。本发明的气力流态化包覆装置及锂离子电池负极材料包覆工艺，包覆效果好、且对环境不会造成污染。

Description

气力流态化包覆装置及锂离子电池负极材料包覆工艺
技术领域
本发明涉及材料锂离子电池负极材料领域，具体地说，涉及一种气力流态化包覆装置及锂离子电池负极材料包覆工艺。
背景技术
锂离子电池的负极材料有石墨、碳以及金属氧化物等，而石墨是目前锂离子电池最常用的负极材料，在锂离子电池充电的过程中，可与Li+反应生成LiC6的化合物，其理论比容量为372mAh/g，目前容量最高的石墨负极材料实际比容量为360mAh/g，已经接近理论容量，而大多数石墨负极材料比容量多为300mAh/g，比容量较低。
为了克服石墨材料比容量低、真实密度低、与电解液相容性差等缺点，利用沥青包覆对石墨材料进行改性已成为近几年来石墨负极材料研究的热点。传统沥青包覆石墨材料的方法基本上分为三种：即固相混合、液相混合和气相沉积。但是现有的三种包覆方法均存在缺陷。固相混合的生产方法简单，但生产过程质量不容易控制，特别是沥青微粉包覆的完整性难以保证；气相沉积的条件比较苛刻，成本较高，目前还不具备工业化条件；液相混合包覆时，将沥青溶解在有机溶剂，然后混合，经过400-500℃高温处理，蒸发溶剂，形成中间相态沥青，对石墨进行包覆、清除轻质沥青、溶剂等过程，再碳化处理，在碳颗粒表面形成包覆碳，这种方法得到的负极材料循环性能好，但这种方法处理过程复杂，高温反应釜操作麻烦，生产成本较高且对环境造成污染较大。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种包覆效果好、且对环境不会造成污染的气力流态化包覆装置。
本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种包覆效果好、且对环境不会造成污染的锂离子电池负极材料包覆工艺。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
气力流态化包覆装置，包括混合仓，所述混合仓上设有两个物料进口，两个物料进口分别连接的进料管道上均设置有进料阀；
所述混合仓上分别设置有气流进口和气流出口，所述气流出口和所述气流进口之间设置有引风机，所述气流出口通过管道连接至所述引风机的进口，所述气流进口通过管道连接至所述引风机的出口；
所述引风机的出口与所述气流进口之间的管道上连接有出料管，所述出料管上设置有出料阀；
所述出料管与所述气流进口之间的管道上安装有控制阀，所述控制阀与所述气流进口之间的管道上连接有旁通管路，所述旁通管路上设置有旁通阀。
优选的，所述气流进口处设置有渐缩式喷嘴，所述渐缩式喷嘴的截面直径朝向所述气流进口的方向逐渐减小。
优选的，所述引风机出口与所述控制阀之间的管道上设置有收集料仓，所述出料管连接于所述收集料仓上。
优选的，每根所述进料管道上端设置有料斗。
优选的，所述气流进口和所述气流出口分别设置在所述混合仓的两端。
优选的，所述进料阀、所述出料阀、所述控制阀以及所述旁通阀均为自动阀。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
一种锂离子电池负极材料包覆工艺，应用上述的气力流态化包覆装置，其特征在于，包括以下步骤：
a、将待包覆的锂离子电池负极原材料以及包覆材料分别粉碎并干燥处理，生成锂离子电池负极原材料粉和包覆材料粉，包覆材料粉的粒径小于锂离子电池负极原材料粉的粒径；
b、开启进料阀，使锂离子电池负极原材料粉和包覆材料粉按比例分别通过两个所述物料进口加入所述混合仓；
c、关闭进料阀，开启控制阀，启动引风机，在引风机产生的气压作用下，混合仓中的锂离子电池负极原材料粉和包覆材料粉在混合仓和管道中高速碰撞混合，包覆材料粉包覆在锂离子电池负极原材料粉表面和其特有的微孔中，形成锂离子电池负极包覆物料；
d、关闭控制阀，开启旁通阀，开启卸料阀，所述锂离子电池负极包覆物料随着气流通过出料管排出；
e、所述锂离子电池负极包覆物料依次经过高温处理，以及碳化处理后冷却至常温，制得锂离子电池负极包覆材料。
优选的，所述步骤c中，所述引风机出口与所述控制阀之间的管道上设置有收集料仓，所述出料管连接于所述收集料仓上，所述锂离子电池负极包覆物料通过收集料仓集中后随着气流通过出料管排出。
优选的，所述锂离子电池负极原材料为石墨、碳或者金属氧化物，所述包覆材料为沥青、无定形碳、无定形硅、无定形二氧化硅或者碳。
优选的，所述锂离子电池负极原材料为石墨，所述包覆材料为沥青；
所述步骤a中，石墨粉碎后通过300目筛，取筛下物，沥青粉碎至3～5μm；
所述步骤e中，高温处理时的温度为3000～3500℃。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
本发明的锂离子电池负极材料包覆工艺，应用上述的气力流态化包覆装置，采用一种创新的气力流态化包覆工艺，将包覆材料粉和锂离子电池原材料粉加入混合仓混合，在气压的作用下，混合料在混合仓内以及管道内高速碰撞、混合，形成的强大气流不仅能够实现颗粒充分的包覆，而且还具有解聚、打散的作用，使物料包覆均匀、致密，之后进行高温处理和碳化处理，制得较高电化学性能的锂离子电池负极材料。所得负极材料具有首次充放电效率高、比容量大、循环性能优越等较高的电化学性能。本发明的气力流态化包覆装置结构简单，锂离子电池负极材料包覆工艺简单，包覆效果好，有效降低了生产成本，对环境无污染，适合大规模产业化生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明中的气力流态化包覆装置的结构示意图；
图中：1、混合仓；2、进料管道；3、进料阀；4、气流进口；5、渐缩式喷嘴；6、气流出口；7、引风机；8、收集料仓；9、卸料阀；10、控制阀；11、旁通管路；12、旁通阀；13、出料管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明的气力流态化包覆装置，包括混合仓1，混合仓1上设有两个物料进口，两个物料进口分别连接的进料管道2上均设置有进料阀3。
混合仓1上分别设置有气流进口4和气流出口6，气流进口4和气流出口6分别设置在混合仓1的两端。气流出口6和气流进口4之间设置有引风机7，气流出口4通过管道连接至引风机7的进口，气流进口4通过管道连接至引风机7的出口。
引风机7的出口与气流进口4之间的管道上连接有出料管13，出料管13上设置有出料阀9。
出料管13与气流进口4之间的管道上安装有控制阀10，控制阀10与气流进口4之间的管道上连接有旁通管路11，旁通管路11上设置有旁通阀12。
为了提高风速，气流进口4处设置有渐缩式喷嘴5，渐缩式喷嘴5的截面直径朝向气流进口4的方向逐渐减小。
进料阀3、出料阀9、控制阀10以及旁通阀12均采用自动阀，例如采用电磁阀，可设置控制器，使气力流态化包覆装置自动运行。
作为优选的方案，引风机7的出口与控制阀10之间的管道上设置有收集料仓8，出料管13连接于收集料仓8上。
每根进料管道2上端设置有料斗。收集料仓8可采用球形，混合仓1的两端部的外表面可采用弧形外表面。
本发明还公开了一种应用上述气力流态化包覆装置的锂离子电池负极材料包覆工艺的实施例，其特征在于，包括以下步骤：
a、将石墨以及沥青分别粉碎并干燥处理，石墨粉碎后通过300目筛，取筛下物，沥青粉碎至3～5μm，生成锂离子电池负极原材料粉和包覆材料粉，包覆材料粉的粒径小于锂离子电池负极原材料粉的粒径；
b、开启进料阀3，使石墨粉和沥青粉按照重量份比例1：0.02～0.05分别通过两个物料进口加入混合仓1；
c、关闭进料阀3，开启控制阀10，启动引风机7，在引风机7产生的气压作用下，混合仓1中的石墨粉和沥青粉在混合仓1和管道中高速碰撞混合，沥青粉包覆在石墨粉表面和其特有的微孔中，形成沥青包覆石墨物料；
d、相对降低引风机7的风力后，关闭控制阀10，开启旁通阀12，沥青包覆石墨随着气流通过出料管13排出；
e、沥青包覆石墨依次经过3000～3500℃的高温石墨化处理，以及辊道窑碳化处理后冷却至常温，制得锂离子电池负极包覆材料。
其中，为了稳定地卸料，步骤c中，可在引风机7的出口与控制阀10之间的管道上设置收集料仓，出料管13连接于收集料仓8上，锂离子电池负极包覆物料通过收集料仓8集中后随着气流通过出料管13排出。
当然，本发明的锂离子电池负极材料包覆工艺，不仅仅局限于沥青对于石墨的包覆，无定形碳、无定形硅、无定形二氧化硅对碳的包覆，以及碳对金属氧化物的包覆，同样适用，应用范围广。
本发明的锂离子电池负极材料包覆工艺，在气压作用下，混合料在混合仓1以及管道内高速碰撞、混合，形成的强大气流不仅能够实现颗粒充分包覆，而且还具有解聚、打散的作用，使物料包覆均匀、致密。所得负极材料具有首次充放电效率高、比容量大、循环性能优越等较高的电化学性能。完全能够达到充分包覆。
本发明的锂离子电池负极材料包覆工艺，解决了固相混合包覆生产过程质量不容易控制，特别是沥青微粉包覆的完整性难以保证、包覆不均匀、不致密的问题。固相混合法设备自身及设备和搅拌桨之间存在固有死角，即便是加长混合包覆时间，也不可能达到充分包覆，造成能源和资源的浪费。而本发明的锂离子电池负极材料包覆工艺中，气力流态化包覆流程在设备腔体内部进行，混合仓和收集料仓具有独特的圆弧形设计，包覆受力均匀，完全能够达到充分包覆，有利于节约能源、降低生产成本，同时整个流程在设备腔体内部进行，完全隔绝外部污染因素，包覆材料纯度有保障。
本发明的锂离子电池负极材料包覆工艺，不用再采用有机溶剂就能够实现颗粒的充分包覆，能够保证设备连续运转，采用本方法能够降低生产成本，无污染，能够解决环境污染带来的负面影响。
本发明的气力流态化包覆装置结构简单，锂离子电池负极材料包覆工艺简单，设备故障率低，长期运转稳定；系统采用自动控制，自动化程度高，操作方便，节省了人力配置，传统包覆生产线一般需配备七至八人，而气力流态化包覆生产线只需两人即可实现对整条生产线的控制和操作，节省了劳动力。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.气力流态化包覆装置，其特征在于，包括混合仓，所述混合仓上设有两个物料进口，两个物料进口分别连接的进料管道上均设置有进料阀；
所述混合仓上分别设置有气流进口和气流出口，所述气流出口和所述气流进口之间设置有引风机，所述气流出口通过管道连接至所述引风机的进口，所述气流进口通过管道连接至所述引风机的出口；
所述引风机的出口与所述气流进口之间的管道上连接有出料管，所述出料管上设置有出料阀；
所述出料管与所述气流进口之间的管道上安装有控制阀，所述控制阀与所述气流进口之间的管道上连接有旁通管路，所述旁通管路上设置有旁通阀。
2.如权利要求1所述的气力流态化包覆装置，其特征在于：所述气流进口处设置有渐缩式喷嘴，所述渐缩式喷嘴的截面直径朝向所述气流进口的方向逐渐减小。
3.如权利要求1或2所述的气力流态化包覆装置，其特征在于：所述引风机出口与所述控制阀之间的管道上设置有收集料仓，所述出料管连接于所述收集料仓上。
4.如权利要求3所述的气力流态化包覆装置，其特征在于：每根所述进料管道上端设置有料斗。
5.如权利要求3所述的气力流态化包覆装置，其特征在于：所述气流进口和所述气流出口分别设置在所述混合仓的两端。
6.如权利要求3所述的气力流态化包覆装置，其特征在于：所述进料阀、所述出料阀、所述控制阀以及所述旁通阀均为自动阀。
7.应用权利要求1至6任一项所述的气力流态化包覆装置的锂离子电池负极材料包覆工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、将待包覆的锂离子电池负极原材料以及包覆材料分别粉碎并干燥处理，生成锂离子电池负极原材料粉和包覆材料粉，包覆材料粉的粒径小于锂离子电池负极原材料粉的粒径；
b、开启进料阀，使锂离子电池负极原材料粉和包覆材料粉按比例分别通过两个所述物料进口加入所述混合仓；
c、关闭进料阀，开启控制阀，启动引风机，在引风机产生的气压作用下，混合仓中的锂离子电池负极原材料粉和包覆材料粉在混合仓和管道中高速碰撞混合，包覆材料粉包覆在锂离子电池负极原材料粉表面和其特有的微孔中，形成锂离子电池负极包覆物料；
d、关闭控制阀，开启旁通阀，开启卸料阀，所述锂离子电池负极包覆物料随着气流通过出料管排出；
e、所述锂离子电池负极包覆物料依次经过高温处理，以及碳化处理后冷却至常温，制得锂离子电池负极包覆材料。
8.如权利要求7所述的锂离子电池负极材料包覆工艺，其特征在于：所述步骤c中，所述引风机出口与所述控制阀之间的管道上设置有收集料仓，所述出料管连接于所述收集料仓上，所述锂离子电池负极包覆物料通过收集料仓集中后随着气流通过出料管排出。
9.如权利要求7所述的锂离子电池负极材料包覆工艺，其特征在于：所述锂离子电池负极原材料为石墨、碳或者金属氧化物，所述包覆材料为沥青、无定形碳、无定形硅、无定形二氧化硅或者碳。
10.如权利要求8所述的锂离子电池负极材料包覆工艺，其特征在于：所述锂离子电池负极原材料为石墨，所述包覆材料为沥青；
所述步骤a中，石墨粉碎后通过300目筛，取筛下物，沥青粉碎至3～5μm；
所述步骤e中，高温处理时的温度为3000～3500℃。
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