CN108940534B - 一种硅金属复合负极材料研磨装置及其研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅金属复合负极材料研磨装置，包括机筒、固定安装在所述机筒底部的立柱和铰接在所述机筒侧面的箱门，所述箱门上安装有进料斗、充气泵和气罐，所述进料斗上安装有用于控制所述进料斗向所述机筒内进料的控制阀。有益效果在于：本发明所述的一种硅金属复合负极材料研磨装置及其研磨方法能够实现将硅金属复合负极材料生产过程中的混合、煅烧、研磨、筛选等工艺步骤整合在一个设备内进行，大大减小了设备的占地面积，由于设备数量少，因此生产成本相应降低，适合中小企业使用，同时由于省去了原料的转移和运输，故节省了时间，缩短了硅金属复合负极材料的生产周期，实用性好。

Description

一种硅金属复合负极材料研磨装置及其研磨方法

技术领域

本发明涉及硅金属复合负极材料生产领域，具体涉及一种硅金属复合负极材料研磨装置及其研磨方法。

背景技术

目前，市场上常见的锂电池负极材料绝大多数采用碳制作，由于碳的比容量已经接近372mAh/g的理论值，难以再提高，因此无法满足人们对锂离子电池日益增长的比能量的需求。故寻找高比容量负极材料成为一个重要的发展方向。现有在各种非碳负极材料中，硅金属合金材料以其较高的体积比容量、简单的合成方法以及较好的安全性等优点使其成为新型负极材料研究的一个方向。

目前在硅金属复合负极材料生产过程中，首先需要将各种原料进行混合，然后进行煅烧，之后再进行研磨成粉，筛选后方可得到硅金属复合负极材料，由于混合设备、煅烧设备以及研磨设备是分开安装设置的，因此在生产过程中需要花费时间将原料从一个设备转移至另一个设备，故整个硅金属复合负极材料的生产周期较长，同时混合设备、煅烧设备以及研磨设备分开安装需要占用较大的厂房面积，不适合中小企业使用。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种硅金属复合负极材料研磨装置及其研磨方法，以解决现有技术中传统的硅金属复合负极材料的生产周期较长，同时多种设备分开安装需要占用较大的厂房面积，生产成本高，不适合中小企业使用等问题。本发明提供的诸多技术方案中优选的技术方案能够实现将硅金属复合负极材料生产过程中的混合、煅烧、研磨、筛选工艺步骤整合在一个设备内进行，大大减小了设备的占地面积，加之由于设备数量少，因此生产成本相应降低，适合中小企业使用，同时由于省去了原料的转移和运输，故节省了时间，缩短了硅金属复合负极材料的生产周期，实用性好等技术效果，详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种硅金属复合负极材料研磨装置，包括机筒、固定安装在所述机筒底部的立柱和铰接在所述机筒侧面的箱门，所述箱门上安装有进料斗、充气泵和气罐，所述进料斗上安装有用于控制所述进料斗向所述机筒内进料的控制阀，所述充气泵上安装有与所述机筒内部连通的充气管和与所述气罐连通的输气管；

所述机筒上表面固定安装有驱动电机，所述机筒内部竖直转动安装有上端与所述驱动电机输出轴固定连接的传动轴，所述机筒内部上端固定安装有搅拌斗，所述搅拌斗内的所述传动轴上安装有多个搅拌桨，所述搅拌斗内壁下端固定安装有与所述传动轴密封转动连接的上挡板，所述上挡板下表面紧密连接有与所述传动轴密封转动连接的下挡板，所述上挡板和所述下挡板上开设有多个中心轴线相互重合的下料通孔，所述下挡板外壁上紧套有外齿圈，所述搅拌斗外壁上开设有与所述搅拌斗内部连通的安装孔，所述安装孔内安装有与所述外齿圈啮合连接的中间齿轮，所述搅拌斗外壁上固定安装有旋转电机，所述旋转电机输出轴上安装有与所述中间齿轮啮合连接的主动齿轮；

所述机筒内壁中部固定安装有加热筒，所述加热筒外壁上缠绕有感应线圈，所述加热筒内壁上固定安装有主研磨筒，所述主研磨筒内转动安装有固定套设在所述传动轴上的主研磨体，所述加热筒、所述主研磨筒、所述主研磨体均采用导电材质制作；

所述主研磨筒内壁下端固定安装有外出料斗，所述外出料斗上端固定安装有筛板，所述外出料斗内布置有上端与所述筛板下表面固定连接的内出料斗；所述外出料斗外壁和所述机筒外壁上固定安装有与内出料斗下端连通的出料管；

所述外出料斗下方设置有与所述机筒内壁固定连接的副研磨筒，所述副研磨筒内转动安装有紧套在所述传动轴上的副研磨体，所述副研磨筒下端安装有副出料斗。

作为优选，所述主研磨体的长度为所述机筒长度的三分之一。

作为优选，所述筛板既不与外进料斗内壁接触，也不与主研磨筒内壁接触；

其中，所述筛板外壁上固定安装有多根与所述主研磨筒内壁固定连接的连接杆；

其中，所述内出料斗上表面与所述筛板下表面边缘处固定连接。

作为优选，所述出料管倾斜向下布置在所述内出料斗下端。

一种硅金属复合负极材料研磨方法，采用权利要求1-4任意一项所述的硅金属复合负极材料研磨装置执行以下步骤：

步骤一：将生产硅金属复合负极材料所用的原料全部通过进料斗加入搅拌斗内，然后启动驱动电机通过传动轴带动搅拌桨转动搅拌原料；

步骤二：启动充气泵，通过充气管将气罐内的惰性气体充入机筒内，然后接通感应线圈的电路连接，向所述感应线圈内通入高频交流电，通过涡流效应加热主研磨体和主研磨筒；

步骤三：待所述主研磨体和所述主研磨筒的温度达到设定温度后，控制旋转电机转动通过主动齿轮和中间齿轮带动外齿圈旋转，所述外齿圈旋转带动下挡板旋转，使所述下挡板上的下料通孔与上挡板上的所述下料通孔重合，所述搅拌斗内的混合原料便穿过所述下料通孔落到所述主研磨筒内进行煅烧，同时，所述主研磨体在所述传动轴的带动下转动研磨混合原料；

步骤四：煅烧并研磨完毕的混合原料落到筛板上，一部分混合原料穿过所述筛板落到内出料斗内，另一部分混合原料在搅拌器的搅动下从所述筛板边缘处落下进入外出料斗内；

步骤五：所述内出料斗内的混合原料从出料管流出；所述外出料斗内的混合原料落入副研磨筒内进行二次研磨；之后，所述副研磨筒内的混合物料落入副出料斗内排出。

作为优选，步骤一中生产硅金属复合负极材料所用的原料包括硅氧化物、金属氧化物、有机碳和石墨前驱体；

其中，所述有机碳包括酚醛树脂、环氧树脂、蔗糖、葡萄糖、淀粉、糠醛树脂、羟乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、沥青中的一种或几种的组合；

其中，所述石墨前驱体为天然石墨前驱体、人造石墨前驱体中的一种或几种的组合。

作为优选，步骤一中生产硅金属复合负极材料所用的原料在搅拌过程中，下挡板上的下料通孔与上挡板上的下料通孔不重合。

作为优选，步骤二中所述惰性气体包括氩气、氮气中的一种或多种。

有益效果在于：本发明所述的一种硅金属复合负极材料研磨装置及其研磨方法能够实现将硅金属复合负极材料生产过程中的混合、煅烧、研磨、筛选等工艺步骤整合在一个设备内进行，大大减小了设备的占地面积，由于设备数量少，因此生产成本相应降低，适合中小企业使用，同时由于省去了原料的转移和运输，故节省了时间，缩短了硅金属复合负极材料的生产周期，实用性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的图1的内部结构图；

图3是本发明的图2的内部结构图；

图4是本发明的图3的第一个局部放大图；

图5是本发明的图3的第二个局部放大图；

图6是本发明的上挡板的结构示意图；

图7是本发明的下挡板的结构示意图；

图8是本发明的搅拌器的结构示意图。

附图标记说明如下：

1、机筒；2、立柱；3、驱动电机；4、搅拌斗；5、上挡板；6、下挡板；7、外齿圈；8、中间齿轮；9、主动齿轮；10、旋转电机；11、安装孔；12、下料通孔；13、加热筒；14、感应线圈；15、主研磨筒；16、主研磨体；17、外出料斗；18、内出料斗；19、筛板；20、搅拌器；21、出料管；22、副研磨筒；23、副研磨体；24、副出料斗；25、传动轴；26、搅拌桨；27、箱门；28、连接杆；29、进料斗；30、控制阀；31、充气泵；32、充气管；33、输气管；34、气罐。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1-图8所示，本发明提供的一种硅金属复合负极材料研磨装置，包括机筒1、固定安装在机筒1底部的立柱2和铰接在机筒1侧面的箱门27，箱门27上安装有进料斗29、充气泵31和气罐34，进料斗29用于向搅拌斗4内上料，充气泵31用于向机筒1内注入惰性气体，气罐34用于存储惰性气体，进料斗29上安装有用于控制进料斗29向机筒1内进料的控制阀30，控制阀30用于进料斗29不进料时关闭进料斗29，防止机筒1内的惰性气体从进料斗29流出，充气泵31上安装有与机筒1内部连通的充气管32和与气罐34连通的输气管33；

机筒1上表面固定安装有驱动电机3，驱动电机3用于带动传动轴25转动，机筒1内部竖直转动安装有上端与驱动电机3输出轴固定连接的传动轴25，机筒1内部上端固定安装有搅拌斗4，搅拌斗4内的传动轴25上安装有多个搅拌桨26，搅拌斗4内壁下端固定安装有与传动轴25密封转动连接的上挡板5，上挡板5下表面紧密连接有与传动轴25密封转动连接的下挡板6，上挡板5和下挡板6用于密封搅拌斗4，防止搅拌过程中，原料从搅拌斗4下端流出，上挡板5和下挡板6上开设有多个中心轴线相互重合的下料通孔12，这样设计，使得只有当下料通孔12重合时搅拌斗4内的原料才能流出，下挡板6外壁上紧套有外齿圈7，搅拌斗4外壁上开设有与搅拌斗4内部连通的安装孔11，安装孔11内安装有与外齿圈7啮合连接的中间齿轮8，搅拌斗4外壁上固定安装有旋转电机10，旋转电机10用于带动外齿圈7旋转，从而带动下挡板6旋转，旋转电机10输出轴上安装有与中间齿轮8啮合连接的主动齿轮9；

机筒1内壁中部固定安装有加热筒13，加热筒13外壁上缠绕有感应线圈14，感应线圈14用于通电加热加热筒13，加热筒13内壁上固定安装有主研磨筒15，主研磨筒15内转动安装有固定套设在传动轴25上的主研磨体16，主研磨体16和主研磨筒15用于对混合均匀的原料进行煅烧和研磨，加热筒13、主研磨筒15、主研磨体16均采用导电材质制作，这样设计，当感应线圈14内通入高频交流电时，加热筒13、主研磨筒15、主研磨体16内便产生涡流，从而加热加热筒13、主研磨筒15、主研磨体16；

主研磨筒15内壁下端固定安装有外出料斗17，外出料斗17上端固定安装有筛板19，筛板19用于对研磨后的原料进行筛分，筛选出没有研磨完全的原料，然后在搅拌器20的搅拌下落入副研磨筒22内进行二次研磨，保证原料能够研磨充分，外出料斗17内布置有上端与筛板19下表面固定连接的内出料斗18，内出料斗18用于排出筛板19筛选出的粒度符合要求的原料，外出料斗17用于收集粒度较大的原料并将其送入副研磨筒22内进行二次研磨；所述外出料斗17外壁和所述机筒1外壁上固定安装有与内出料斗18下端连通的出料管21；

外出料斗17下方设置有与机筒1内壁固定连接的副研磨筒22，副研磨筒22内转动安装有紧套在传动轴25上的副研磨体23，副研磨筒22下端安装有副出料斗24。

作为可选的实施方式，主研磨体16的长度为机筒1长度的三分之一，这样设计，使得主研磨筒15能够对原料进行长时间的研磨和煅烧，保证原料煅烧彻底、研磨均匀。

所述筛板既不与外进料斗内壁接触，也不与主研磨筒内壁接触；这样设计，那些被筛板19筛选出来的需要进行二次研磨的原料才能顺利落入外出料斗17内；

其中，筛板19外壁上固定安装有多根与主研磨筒15内壁固定连接的连接杆28；

其中，内出料斗18上表面与筛板19下表面边缘处固定连接，这样设计，保证穿过筛板19的已经研磨好的原料能够全部落入内出料斗18中而不会落入外出料斗17中。

出料管21倾斜向下布置在内出料斗18下端，这样设计，方便出料管21排料。

一种硅金属复合负极材料研磨方法，采用权利要求1-4任意一项的硅金属复合负极材料研磨装置执行以下步骤：

步骤一：将生产硅金属复合负极材料所用的原料全部通过进料斗29加入搅拌斗4内，然后启动驱动电机3通过传动轴25带动搅拌桨26转动搅拌原料；

步骤二：启动充气泵31，通过充气管32将气罐34内的惰性气体充入机筒1内，然后接通感应线圈14的电路连接，向感应线圈14内通入高频交流电，通过涡流效应加热主研磨体16和主研磨筒15；

步骤三：待主研磨体16和主研磨筒15的温度达到设定温度后，控制旋转电机10转动通过主动齿轮9和中间齿轮8带动外齿圈7旋转，外齿圈7旋转带动下挡板6旋转，使下挡板6上的下料通孔12与上挡板5上的下料通孔12重合，搅拌斗4内的混合原料便穿过下料通孔12落到主研磨筒15内进行煅烧，同时，主研磨体16在传动轴25的带动下转动研磨混合原料；

步骤四：煅烧并研磨完毕的混合原料落到筛板19上，一部分混合原料穿过筛板19落到内出料斗18内，另一部分混合原料在搅拌器20的搅动下从筛板19边缘处落下进入外出料斗17内；

步骤五：内出料斗18内的混合原料从出料管21流出；外出料斗17内的混合原料落入副研磨筒22内进行二次研磨；之后，副研磨筒22内的混合物料落入副出料斗24内排出。

作为可选的实施方式，步骤一中生产硅金属复合负极材料所用的原料包括硅氧化物、金属氧化物、有机碳和石墨前驱体；

其中，有机碳包括酚醛树脂、环氧树脂、蔗糖、葡萄糖、淀粉、糠醛树脂、羟乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、沥青中的一种或几种的组合；

其中，石墨前驱体为天然石墨前驱体、人造石墨前驱体中的一种或几种的组合。

步骤一中生产硅金属复合负极材料所用的原料在搅拌过程中，下挡板上的下料通孔与上挡板上的下料通孔不重合。

步骤二中惰性气体包括氩气、氮气中的一种或多种。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种硅金属复合负极材料研磨装置，包括机筒（1）、固定安装在所述机筒（1）底部的立柱（2）和铰接在所述机筒（1）侧面的箱门（27），其特征在于：所述箱门（27）上安装有进料斗（29）、充气泵（31）和气罐（34），所述进料斗（29）上安装有用于控制所述进料斗（29）向所述机筒（1）内进料的控制阀（30），所述充气泵（31）上安装有与所述机筒（1）内部连通的充气管（32）和与所述气罐（34）连通的输气管（33）；

所述机筒（1）上表面固定安装有驱动电机（3），所述机筒（1）内部竖直转动安装有上端与所述驱动电机（3）输出轴固定连接的传动轴（25），所述机筒（1）内部上端固定安装有搅拌斗（4），所述搅拌斗（4）内的所述传动轴（25）上安装有多个搅拌桨（26），所述搅拌斗（4）内壁下端固定安装有与所述传动轴（25）密封转动连接的上挡板（5），所述上挡板（5）下表面紧密连接有与所述传动轴（25）密封转动连接的下挡板（6），所述上挡板（5）和所述下挡板（6）上开设有多个中心轴线相互重合的下料通孔（12），所述下挡板（6）外壁上紧套有外齿圈（7），所述搅拌斗（4）外壁上开设有与所述搅拌斗（4）内部连通的安装孔（11），所述安装孔（11）内安装有与所述外齿圈（7）啮合连接的中间齿轮（8），所述搅拌斗（4）外壁上固定安装有旋转电机（10），所述旋转电机（10）输出轴上安装有与所述中间齿轮（8）啮合连接的主动齿轮（9）；

所述机筒（1）内壁中部固定安装有加热筒（13），所述加热筒（13）外壁上缠绕有感应线圈（14），所述加热筒（13）内壁上固定安装有主研磨筒（15），所述主研磨筒（15）内转动安装有固定套设在所述传动轴（25）上的主研磨体（16），所述加热筒（13）、所述主研磨筒（15）、所述主研磨体（16）均采用导电材质制作；

所述主研磨筒（15）内壁下端固定安装有外出料斗（17），所述外出料斗（17）上端固定安装有筛板（19），所述外出料斗（17）内布置有上端与所述筛板（19）下表面固定连接的内出料斗（18）；所述外出料斗外壁和所述机筒外壁上固定安装有与内出料斗下端连通的出料管；

所述外出料斗（17）下方设置有与所述机筒（1）内壁固定连接的副研磨筒（22），所述副研磨筒（22）内转动安装有紧套在所述传动轴（25）上的副研磨体（23），所述副研磨筒（22）下端安装有副出料斗（24）。

2.根据权利要求1所述的一种硅金属复合负极材料研磨装置，其特征在于：所述主研磨体（16）的长度为所述机筒（1）长度的三分之一。

3.根据权利要求1所述的一种硅金属复合负极材料研磨装置，其特征在于：所述筛板既不与外进料斗内壁接触，也不与主研磨筒内壁接触；

其中，所述筛板（19）外壁上固定安装有多根与所述主研磨筒（15）内壁固定连接的连接杆（28）；

其中，所述内出料斗（18）上表面与所述筛板（19）下表面边缘处固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种硅金属复合负极材料研磨装置，其特征在于：所述出料管（21）倾斜向下布置在所述内出料斗（18）下端。

5.一种硅金属复合负极材料研磨方法，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述的硅金属复合负极材料研磨装置执行以下步骤：

步骤一：将生产硅金属复合负极材料所用的原料全部通过进料斗（29）加入搅拌斗（4）内，然后启动驱动电机（3）通过传动轴（25）带动搅拌桨（26）转动搅拌原料；

步骤二：启动充气泵（31），通过充气管（32）将气罐（34）内的惰性气体充入机筒（1）内，然后接通感应线圈（14）的电路连接，向所述感应线圈（14）内通入高频交流电，通过涡流效应加热主研磨体（16）和主研磨筒（15）；

步骤三：待所述主研磨体（16）和所述主研磨筒（15）的温度达到设定温度后，控制旋转电机（10）转动通过主动齿轮（9）和中间齿轮（8）带动外齿圈（7）旋转，所述外齿圈（7）旋转带动下挡板（6）旋转，使所述下挡板（6）上的下料通孔（12）与上挡板（5）上的所述下料通孔（12）重合，所述搅拌斗（4）内的混合原料便穿过所述下料通孔（12）落到所述主研磨筒（15）内进行煅烧，同时，所述主研磨体（16）在所述传动轴（25）的带动下转动研磨混合原料；

步骤四：煅烧并研磨完毕的混合原料落到筛板（19）上，一部分混合原料穿过所述筛板（19）落到内出料斗（18）内，另一部分混合原料在搅拌器（20）的搅动下从所述筛板（19）边缘处落下进入外出料斗（17）内；

步骤五：所述内出料斗（18）内的混合原料从出料管（21）流出；所述外出料斗（17）内的混合原料落入副研磨筒（22）内进行二次研磨；之后，所述副研磨筒（22）内的混合物料落入副出料斗（24）内排出。

6.根据权利要求5所述的一种硅金属复合负极材料研磨方法，其特征在于：步骤一中生产硅金属复合负极材料所用的原料包括硅氧化物、金属氧化物、有机碳和石墨前驱体；

其中，所述有机碳包括酚醛树脂、环氧树脂、蔗糖、葡萄糖、淀粉、糠醛树脂、羟乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、沥青中的一种或几种的组合；

其中，所述石墨前驱体为天然石墨前驱体、人造石墨前驱体中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求5所述的一种硅金属复合负极材料研磨方法，其特征在于：步骤一中生产硅金属复合负极材料所用的原料在搅拌过程中，下挡板上的下料通孔与上挡板上的下料通孔不重合。

8.根据权利要求5所述的一种硅金属复合负极材料研磨方法，其特征在于：步骤二中所述惰性气体包括氩气、氮气中的一种或多种。

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