CN107224955B - 一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置 - Google Patents

一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置，包括：带有桶盖的桶体；桶体的底部设有出料口和进气口，桶盖上设有加料口和排气口，排气口上连接有尾气收集罐，排气口上安装有用于清理排气口积料的清理装置；桶体的轴线处设有可转动的主轴，桶体内的主轴上从下至上固连有多个水平设置的搅拌棒，上下相邻两个搅拌棒交错5‑90°布置；下层至第三层搅拌棒的两端固连有将桶体内物料沿桶体内壁向上翻的第一刀片，上两层搅拌棒的两端固连有将上翻的物料下压至桶底的第二刀片。本发明通过第一刀片和第二刀片使桶体内物料反应充分，提高了包覆效果；通过通入保护气，动态置换粉体表面的残留空气，避免纳米硅与空气中的氧气反应形成氧化硅。

Description

一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置
技术领域
本发明涉及锂电池硅碳负极材料制作的技术领域，尤其涉及一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置。
背景技术
负极材料锂离子电池、高容量化的关键。目前，商品化锂离子电池的负极材料多为炭材料，其中，人造石墨的使用虽然是主流之一，但人造石墨与电解液的相容性差、炭负极上发生有机溶剂的不可逆分解都会对电极行为产生负面影响，使石墨层发生膨胀和收缩，导致其剥落，从而降低循环效率。为了改造人造石墨这些缺陷，现有技术以人造石墨作为原料，对其进行表面改性处理，例如采用热缩聚法对人造石墨进行包覆改性，以得到的化学性能佳，充放电效率高的负极材料。
现有技术在制作上述负极材料时，一般是将石墨和硅(氧化亚硅)在混合装置中混合完成包覆，进入低温窑炉里去长时间碳化，制作设备复杂，工艺成本高。静态包覆效果不完整，硅碳包覆后空气不能及时排出，高温下硅易氧化。
针对现有技术中存在的上述技术问题，目前尚未提出有效的解决方法。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置。
为实现上述目的，本发明提供一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置，包括：带有桶盖的桶体；
所述桶体的底部设有出料口和向桶体内通入保护气的进气口，所述桶盖上设有加料口和排气口，所述排气口上连接有尾气收集罐，所述排气口上安装有用于清理排气口积料的清理装置；
所述桶体的轴线处设有可转动的主轴，所述桶体内的主轴上从下至上固连有多个水平设置的搅拌棒，上下相邻两个所述搅拌棒交错5-90°布置；下层至第三层搅拌棒的两端固连有将桶体内物料沿桶体内壁向上翻的第一刀片，上两层搅拌棒的两端固连有将上翻的物料下压至桶底的第二刀片。
作为本发明的进一步改进，所述进气口与保护气罐相连，所述排气口上安装有排气管，所述排气管的中部设有与所述尾气收集罐相连接的通口；
所述清理装置包括安装在所述排气管顶端的气缸和滑动设置在所述排气管内的活塞，所述气缸通过气缸杆与所述活塞相连；初始状态下，所述活塞位于所述通口上方，所述尾气收集罐与所述桶体相连通；清理状态下，所述活塞向下运动，清理排气口和排气管内的积料。
作为本发明的进一步改进，所述主轴为不锈钢包覆碳钢轴心形成的轴状结构。
作为本发明的进一步改进，所述桶体内的主轴上还固连有与所述桶盖相配合的刮刀，所述刮刀与所述桶盖内壁之间的距离为3-50mm。
作为本发明的进一步改进，所述桶体为上直桶下锥桶的结构形式，下层至次上层的搅拌棒设置在所述锥桶内，最上层的搅拌棒设置在所述直桶内。
作为本发明的进一步改进，所述第一刀片与竖直面的夹角为20-60°，左端的第一刀片为斜向前布置，右端的第一刀片为斜向后布置；
所述第二刀片与竖直面的夹角为20-60°，左端的第二刀片为斜向后布置，右端的第二刀片为斜向前布置；
所述第一刀片和第二刀片配合俯视顺时针转动的主轴。
作为本发明的进一步改进，所述第一刀片与所述锥桶相配合，所述第一刀片与所述锥桶内壁之间的距离为3-50mm；
次上层的第二刀片与所述锥桶相配合，次上层的第二刀片与所述锥桶内壁之间的距离为3-50mm；
最上层的第二刀片与所述直桶相配合，最上层的第二刀片与所述直桶内壁之间的距离为3-50mm。
作为本发明的进一步改进，锥桶内部分搅拌棒的中部固连有将上翻的物料顺着主轴下压至桶底的第一压刀，所述第一压刀与竖直面的夹角为20-60°，左侧第一压刀为斜向后布置，右侧第一压刀为斜向前布置；
直桶内搅拌棒的中部固连有将上翻的物料顺着主轴下压至桶底的第二压刀，所述第二压刀与竖直面的夹角为20-60°，左侧第二压刀为斜向后布置，右侧第二压刀为斜向前布置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置，通过第一刀片和第二刀片，桶体内的物料可沿着桶体内壁向上翻到达最高点，再顺着主轴下压到桶底，形成循环；使反应充分，避免了物料静止，提高了包覆效果；通过进气口中向桶体内通入保护气，置换桶体内的空气，避免纳米硅与空气中的氧气反应形成氧化硅，从而保护负极硅颗粒的包覆；通过清理装置及时清理排气口的积料，使排气口排气顺畅，不积料。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的锂电池硅碳负极材料碳包覆装置的结构图；
图2为图1中清理装置在清理状态下的示意图；
图3为图1中最上层搅拌棒的侧视图。
图中：
10、桶体；11、桶盖；12、直桶；13、锥桶；14、排气管；15、通口；20、尾气收集罐；30、清理装置；31、气缸；32、活塞；33、气缸杆；40、主轴；41、搅拌棒；42、第一刀片；43、第二刀片；44、刮刀；45、第一压刀；46、第二压刀；50、加热炉。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
为解决现有技术中包覆不够均匀、硅材料容易被氧化等问题，如图1-3所示，本发明提供一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置，包括：桶体10、尾气收集罐20、清理装置30、搅拌装置和加热炉50；其中：
本发明的桶体10的外部设有加热炉50，加热炉50用于加热桶体10；桶体10采用上直桶12下锥桶13的结构形式，可防止桶体10内部积料的问题，每次加料的最适加料量为锥桶13的体积。桶体10的底部设有出料口(图中未示出)和向桶体内通入保护气的进气口(图中未示出)，出料口处设有配合设有阀门，保护气可选用氮气，通过向桶体10内通入氮气，与桶体和物料中的空气充分替换，避免纳米硅与空气中的氧气反应形成氧化硅，从而保护负极硅颗粒的包覆。桶体10的上端开口处扣有桶盖11，桶盖11上设有物料进料口、废气排气口和检修口(图中未示出)；通过物料进料口向桶体内加入石墨、纳米硅和沥青等物料，物料反应产生的废气(氮气和焦油气等)通过排气口进行排出。
本发明的排气口上安装有排气管14，排气管14的中部设有与尾气收集罐20相连接的通口15；清理装置30密封排气管14的顶端，避免废气从排气管14顶端排出；清理装置30具体包括安装在排气管14顶端的气缸31和滑动设置在排气管14内的活塞32，活塞32的下端面与桶盖11相配合，气缸31通过气缸杆33与活塞32相连；如图1所示，初始状态下，活塞,3位于通口15上方，尾气收集罐20与桶体10相连通，桶体10内产生的高温气体经由排气口、排气管14、通口15进入尾气收集罐20中，高温尾气(焦油气等)经尾气收集罐20冷凝变成液态，收集在尾气收集罐20的底部，可自行排出；高温尾气(保护气等)可经尾气收集罐20顶部的开口进入相应的收集罐中；当需要清理排气口处积料时，气缸31带动活塞32向下运动，清理排气口和排气管内的积料，如图2所示。气缸31带动活塞32往复运动，使排气口排气顺畅、不积料。
如图1、3所示，本发明在桶体10内设有用于充分搅拌物料的搅拌装置，搅拌装置包括主轴40和搅拌棒41；其中，主轴40设置在桶体10的轴线处，主轴40为内部碳钢轴心，碳钢轴心外部包覆有不锈钢；主轴40自上至下插入桶体内，且上下可调整；主轴40的上端连接有电机和减速机(图中未示出)，带动主轴转动；主轴的下端位于桶体(锥桶)底部；主轴40与桶盖11的连接处填充有保温材料，且在桶盖11顶部的主轴位置处设有气体保护腔(图中未示出)，气体保护腔内充有大于桶体内气压的保护气，可避免桶体10内的废气或灰尘顺着主轴40进入减速机中，损坏减速机；本发明还在桶盖顶部的主轴位置处设有水浴冷凝器，主轴穿过水浴冷凝器中，对主轴进行降温。
本发明桶体内的主轴40上固连有与桶盖11相配合的刮刀44，刮刀与桶盖内壁之间的距离为3-50mm。
本发明桶体内的主轴40上从下至上固连有多个水平设置的搅拌棒41，搅拌棒41的长短与锥桶相配合，搅拌棒41的中部固连在主轴上，上下相邻两个搅拌棒交错5-90°布置，保证搅拌物料时受力均匀。下层至次上层的搅拌棒41设置在锥桶13，最上层的搅拌棒设置在直桶12内。下层至第三层搅拌棒的两端固连有将桶体内物料沿桶体内壁向上翻的第一刀片42，更具体的：第一刀片42与竖直面的夹角为20-60°，左端的第一刀片42为斜向前布置，右端的第一刀片42为斜向后布置，即；当左端旋转至右端时，左端的第一刀片42与右端的第一刀片42相重合；为了实现第一刀片42向上翻料的效果，上述第一刀片42的结构布置配合俯视顺时针旋转的主轴40；为了保证第一刀片42对锥桶内物料更优的翻料效果，第一刀片42的形状与锥桶相配合，第一刀片42与锥桶13内壁(次底层至第三层第一刀片42与锥桶侧壁、最底层第一刀片42与锥桶侧壁和底壁)之间的距离为3-50mm。上两层搅拌棒41的两端固连有将上翻的物料下压至桶底的第二刀片43，第二刀片与竖直面的夹角为20-60°左端的第二刀片43为斜向后布置，右端的第二刀片43为斜向前布置；上述第二刀片43的方向与第一刀片42的方向相反，在主轴转动的过程中，第二刀片43可将上翻的物料下压，避免上翻的物料溅至太高而造成排气口积料；次上层的第二刀片43与锥桶13相配合，次上层的第二刀片43与锥桶13内壁之间的距离为3-50mm；最上层的第二刀片43与直桶12相配合，最上层的第二刀片43与直桶12内壁之间的距离为3-50mm。
为了配合第二刀片43实现将上翻的物料顺着主轴下压至桶底的压料效果，本发明在锥桶13内部分搅拌棒41的中部固连有将上翻的物料顺着主轴下压至桶底的第一压刀45，第一压刀45与竖直面的夹角为20-60°，左侧第一压刀45为斜向后布置，右侧第一压刀45为斜向前布置；直桶12内搅拌棒41的中部固连有将上翻的物料顺着主轴下压至桶底的第二压刀46，第二压刀46与竖直面的夹角为20-60°，左侧第二压刀46为斜向后布置，右侧第二压刀46为斜向前布置。为了提高压刀的强度，第一压刀45、第二压刀46可设计成三角形。
结合附图1、3对本发明的搅拌装置做以下详细说明：
本发明的主轴40上共设有6根搅拌棒41，上下相邻搅拌棒41呈90°交错布置；第一根搅拌棒41设置在直桶12内，第一根搅拌棒41的左端设有斜向后的第二刀片43，第一根搅拌棒41的左中部设有斜向后的第二压刀46，第一根搅拌棒41的右端设有斜向前的第二刀片43，第一根搅拌棒41的右中部设有斜向前的第二压刀46；第二至第六根搅拌棒41设置在锥桶13内，第二根搅拌棒41的左端设有斜向后的第二刀片43，第二根搅拌棒41的左中部设有斜向后的第一压刀45，第二根搅拌棒41的右端设有斜向前的第二刀片43，第二根搅拌棒41的右中部设有斜向前的第一压刀45；第三至第六根搅拌棒41的左端设有斜向前的第一刀片42，右端设有斜向后的第一刀片42；为了保证中部物料的积块，第三至第四根搅拌棒41的左中部设有斜向后的第一压刀45，斜向后的第一压刀45与左端第一刀片42之间的距离为100-300mm，若第一刀片42至主轴的距离较短时，则无需安装第一压刀45；第三至第四根搅拌棒41的右中部设有斜向前的第一压刀45，斜向前的第一压刀45与右端第一刀片42之间的距离为100-300mm，第一压刀45的位置可与第二压刀46的位置相配合。在主轴40俯视顺时针转动时，第一刀片42将物料从桶底顺着桶内壁向上翻到达最高点，第二刀片43、第一压刀45和第二压刀46将锥桶13中上翻的物料下压至桶底，配合第一刀片42实现物料在锥桶内的闭式循环。
本发明的刀片采用特殊形状及排布方式使物料在桶体内充分的翻滚流动(物料从桶底顺着桶内壁向上翻到达最高点，再顺着主轴下压到桶底，形成循环)，使高温时反应散发出来的焦油等尾气能顺畅的排出排气口；使物料在腔体内充分的运动起来，起到反应充分，消除物料静止的情况发生，加高腔体，使物料不易飞扬至排气口，从而减少排气口堵塞现象。
本发明还提供一种基于锂电池硅碳负极材料碳包覆装置的硅碳负极材料的制备方法，包括：
从进料口中向桶体内加入石墨、纳米硅(氧化亚硅)和沥青，经硅碳负极材料的制备工艺升温曲线后，从出料口出料；
整个过程持续搅拌，持续从进气口中向桶体内通入保护气，置换桶体内的空气。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种锂电池硅碳负极材料碳包覆装置，其特征在于，包括：带有桶盖的桶体；
所述桶体的底部设有出料口和向桶体内通入保护气的进气口，所述桶盖上设有加料口和排气口，所述排气口上连接有尾气收集罐，所述排气口上安装有用于清理排气口积料的清理装置；
所述桶体的轴线处设有可转动的主轴，所述桶体内的主轴上从下至上固连有多个水平设置的搅拌棒，上下相邻两个所述搅拌棒交错5-90°布置；下层至第三层搅拌棒的两端固连有将桶体内物料沿桶体内壁向上翻的第一刀片，上两层搅拌棒的两端固连有将上翻的物料下压至桶底的第二刀片；
所述第一刀片与竖直面的夹角为20-60°，左端的第一刀片为斜向前布置，右端的第一刀片为斜向后布置；
所述第二刀片与竖直面的夹角为20-60°，左端的第二刀片为斜向后布置，右端的第二刀片为斜向前布置；
所述第一刀片和第二刀片配合俯视顺时针转动的主轴；
所述进气口与保护气罐相连，所述排气口上安装有排气管，所述排气管的中部设有与所述尾气收集罐相连接的通口；
所述清理装置包括安装在所述排气管顶端的气缸和滑动设置在所述排气管内的活塞，所述气缸通过气缸杆与所述活塞相连；初始状态下，所述活塞位于所述通口上方，所述尾气收集罐与所述桶体相连通；清理状态下，所述活塞向下运动，清理排气口和排气管内的积料；
所述桶体为上直桶下锥桶的结构形式，下层至次上层的搅拌棒设置在所述锥桶内，最上层的搅拌棒设置在所述直桶内；
所述第一刀片与所述锥桶相配合，所述第一刀片与所述锥桶内壁之间的距离为3-50mm；
次上层的第二刀片与所述锥桶相配合，次上层的第二刀片与所述锥桶内壁之间的距离为3-50mm；
最上层的第二刀片与所述直桶相配合，最上层的第二刀片与所述直桶内壁之间的距离为3-50mm；
锥桶内部分搅拌棒的中部固连有将上翻的物料顺着主轴下压至桶底的第一压刀，所述第一压刀与竖直面的夹角为20-60°，左侧第一压刀为斜向后布置，右侧第一压刀为斜向前布置；
直桶内搅拌棒的中部固连有将上翻的物料顺着主轴下压至桶底的第二压刀，所述第二压刀与竖直面的夹角为20-60°，左侧第二压刀为斜向后布置，右侧第二压刀为斜向前布置。
2.如权利要求1所述的锂电池硅碳负极材料碳包覆装置，其特征在于，所述主轴为不锈钢包覆碳钢轴心形成的轴状结构。
3.如权利要求1所述的锂电池硅碳负极材料碳包覆装置，其特征在于，所述桶体内的主轴上还固连有与所述桶盖相配合的刮刀，所述刮刀与所述桶盖内壁之间的距离为3-50mm。
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