CN202977594U - 一种用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置，所述的包覆装置包括筒体 5 、计量装置 1 、加热装置 2 、搅拌装置 3 和循环消烟装置 4 ，其中，筒体 5 通过筒体支架 6 固定；计量装置 1 位于筒体 5 的上端；加热装置 2 为套设围绕于筒体 5 周围的加热夹套 23 ；搅拌装置 3 由位于筒体 5 内下端的搅拌支架 21 固定在筒体 5 内；循环消烟装置 4 位于筒体 5 外并通过循环消烟管 10 与筒体 5 相连接，循环消烟管 10 位于筒体 5 的上端。本实用新型的包覆装置具有计量精确、包覆材料液体的导入速度可控、利于固相与液相的均匀传质，实现均匀混合、均匀包覆和连续化生产、操作简单、无粉尘无污染气体排放、成本低、环保、生产效率高等优点，利于工业化生产。

Description

一种用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置

技术领域

本实用新型属于机械装置领域，具体涉及一种用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置。

背景技术   

当今世界，能源日趋匮乏，各国政府和各大汽车企业正在加紧开发无排放、无污染的电动汽车。锂离子电池作为一种新型的可充电电池，具有工作电压高、比能量大、能量密度高、安全性能好、环保无污染、无记忆效应等优点，已在移动通讯、笔记本电脑、大规模储能等领域广泛应用，并将在电动汽车、混合动力汽车、军事装备、航空航天、国防工业、空间技术等领域应用前景广阔。这些领域的迅猛发展，对二次电池的比容量、循环寿命、倍率性能、低温性能、安全性等方面提出了更高的要求。锂离子电池负极材料的研究备受关注。

石墨类负极材料具有循环效率高、循环性能良好、较低的锂嵌入/脱嵌电位、合适的可逆容量、资源丰富、价格低廉等优点，而成为较为理想的锂离子电池负极材料。但是，石墨类负极材料多具有以较弱的范德华力结合的层状结构或鳞片状结构，充电时，随着溶剂化锂离子的嵌入，层与层之间会产生剥离而形成新的表面，有机电解液在新形成的表面上不断还原分解形成新的SEI膜，既消耗大量的锂离子，加大了首次不可逆容量损失，并由于溶剂化锂离子的嵌入和脱出引起石墨颗粒的体积膨胀和收缩，致使颗粒间的通电网络部分中断，从而出现石墨类材料特有的层状结构所致的有限次循环稳定性。此外，石墨类材料的储锂容量较低，理论比容量仅有372 mAh/g，且存在首次放电效率低、对电解液高度敏感且选择性高等缺陷，使其应用受到限制。为此，已有研究通过对石墨类材料进行改性（包括形貌整形或热解包覆处理等）、结构调整或开发新型负极材料，以改善和提高锂离子电池的电化学性能。

为了克服天然石墨与溶剂、电解液的相容性差，以及石油焦、沥青焦等人造石墨材料存在的比表面积过大等缺陷，已有的处理多在负极材料表面进行包覆处理，如在负极材料表面包覆导电率高的无定形炭，制备出核-壳形结构的负极材料，既能保留负极材料的比容量等特征，又可兼具无定形炭材料的溶剂/电解液相容性、倍率性能好和导电性优等优点。但因多数包覆材料存在粘结性，造成包覆材料液体与粉状负极材料在混合、包覆中存在传质不匀、混合不佳、包覆不均等问题，并由此导致包覆负极材料在包覆过程中的局部过热、焦化等问题，这不仅造成环境污染，且因需阶段性地清理包覆设备中的焦化物而影响生产的连续化，并影响包覆设备的使用寿命。此外，已有的包覆装置尚存在对包覆材料液体的计量不准确等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置，所述的包覆装置包括筒体5、计量装置1、加热装置2、搅拌装置3和循环消烟装置4，其中，筒体5通过筒体支架6固定；计量装置1位于筒体5的上端；加热装置2为套设围绕于筒体5周围的加热夹套23；搅拌装置3由位于筒体5内下端的搅拌支架21固定在筒体5内；循环消烟装置4位于筒体5外并通过循环消烟管10与筒体5相连接，循环消烟管10位于筒体5的上端。

本实用新型的优选技术方案中，所述的循环消烟装置由循环消烟管10、文氏管14、循环消烟槽13、循环消烟泵12和烟囱24组成，其中，文氏管14、循环消烟泵12和消烟槽13形成闭合回路，循环消烟管10通过文氏管14分别与循环消烟槽13、循环消烟泵12相连接，循环消烟泵12与消烟槽13底部相连接，烟囱24位于循环消烟槽13上端。

本实用新型的优选技术方案中，循环消烟泵12抽取消烟槽13内的液体，再将抽取的液体通过文氏管14返回消烟槽13内，从而在闭合回路内形成负压，进而将循环消烟管10内的烟气通过文氏管14吸入消烟槽13内并被其中的液体所吸收，实现无污染气体排放。

本实用新型的优选技术方案中，筒体5上端设有加料仓7、循环消烟管10、包覆液体进料管16、防爆阀9和温度检测器11，筒体5下端设有出料口22，其中，包覆液体进料管16与位于筒体5上端的计量装置1相连接，加料仓7下端设有加料蝶阀8。

本实用新型的优选技术方案中，所述搅拌装置3上设有搅拌轴19和搅拌桨20，搅拌轴19的上端与位于筒体5外的减速机18相连接，搅拌轴19的下端通过位于筒体5内下端的搅拌支架21固定在筒体5内。

本实用新型的优选技术方案中，所述的搅拌桨20为锚式结构，搅拌轴19上设有与其垂直的搅拌桨叶25，优选搅拌桨叶25的数量不少于两根，更优选不少于两根的搅拌桨叶25成对设置且相互平行。

本实用新型的优选技术方案中，所述计量装置1为流量表17。

本实用新型的优选技术方案中，所述筒体5内侧涂覆有防腐蚀涂层。

本实用新型的优选技术方案中，所述加热装置2中的加热方式选自电加热或蒸汽加热的任一种。

本实用新型的优选技术方案中，所述包覆液体选自中温沥青、高温沥青、二次煤沥青、石油沥青、煤焦油、煤沥青轻油、煤沥青中油、煤沥青重油、聚乙烯醇水溶液、丁苯橡胶水溶液、羧甲基纤维素水溶液、葡萄糖水溶液、蔗糖水溶液、柠檬酸溶液的任一种或其组合，优选为中温沥青、石油沥青、高温沥青、煤沥青中油的任一种或其组合。

本实用新型的优选技术方案中，所述的包覆处理温度为50℃-350℃，优选为100℃-300℃。

本实用新型的优选技术方案中，所述的包覆处理时间为0.5-50h。

为了清楚地表述本实用新型的保护范围，本实用新型对术语进行如下界定：

本实用新型所述的比表面积的测试方法为BET法，其测定设备为ST-08A比表面积测试仪。

本实用新型所述的与电解液的相容性方法为行业内常用的吸液性能测试法，即在规定时间内，在极片上滴一滴电解液，观察极片的吸液能力，通过观察电解液是否均分分散和吸收，判定其与电解液的相容性。

本实用新型所述的倍率性能测试方法为：分别以1C、5C、20C和30C的电流充电至2.0V，再以同样的电流放电至0V，测试所得的循环100周以后的比容量。

除非另有说明，本实用新型涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本实用新型涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本实用新型涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。

本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置可实现锂离子电池负极材料与包覆材料液体之间的均匀混合和均匀包覆，且可实现生产的连续化，其工作原理为：根据固液混合包覆原理，采用计量装置将精确计量的包覆材料液体导入筒体内；通过改进搅拌装置中的桨叶结构，如所述的搅拌桨20为锚式结构，搅拌轴19上设有与其垂直的搅拌桨叶25，以增强搅拌力度，改善搅拌均匀度，促进包覆材料液体和负极材料粉料的均匀混合和均匀包覆，避免因包覆材料液体的粘结性而造成传质不匀、混合不均、包覆不均而导致局部过热和包覆材料焦化；通过引入循环消烟装置形成循环消烟闭合回路，用于吸收、处理包覆装置中的液体因受热挥发而产生的污染性气体，实现无污染气体排放。

本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置的工作过程为：顺序开启循环消烟泵12、搅拌装置3和加热装置2，通过流量表17将精确计量的包覆材料液体导入筒体5内，监控流量表17的流速来控制包覆液体的导入速度；通过加热装置2加热，将包覆装置内的包覆材料液体加热至设定温度；打开加料蝶阀8，将原料自加料仓7中加入到筒体5内；通过减速机18调节搅拌装置3的搅拌速率，将导入筒体5内的负极材料/原料与包覆材料液体进行混合，实现固体与液体之间的均匀传质、均匀混合；通过温度检测器11监控筒体5内的包覆物料温度，待包覆材料均匀包覆后，打开出料口22，将均匀包覆的包覆材料放出后，再经干燥、炭化，即得。

与现有技术相比，本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置具有下述有益技术效果：

1、本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置采用计量装置精确计量导入筒体内的包覆材料液体，并通过监控流量表的流速来控制包覆材料液体的导入速度，从而通过计量装置的精确计量和输送，确保包覆过程中包覆材料液体的精确计量，并控制包覆材料液体的导入速度；通过改进搅拌装置及其桨叶结构，如所述的搅拌桨20为锚式结构，搅拌轴19上设有与其垂直的搅拌桨叶25，以增强搅拌力度，改善搅拌均匀度，利于固相与液相的均匀传质，实现均匀混合和均匀包覆，避免包覆材料因受热不均而导致局部过热、焦化等现象；通过引入循环消烟装置形成循环消烟闭合回路，用于吸收、处理包覆装置中的液体因受热挥发而产生的污染性气体，实现无污染气体排放。2、本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置具有计量精确、包覆材料液体的导入速度可控、利于固相与液相的均匀传质，实现均匀混合、均匀包覆和连续化生产、操作简单、无粉尘无污染气体排放、成本低、环保、生产效率高等优点，利于工业化生产。

附图说明

图1  本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置的结构示意框图，其中，1为计量装置，2为加热装置，3为搅拌装置，4为循环消烟装置。

图2  本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置的结构示意图，其中，5为筒体，6为筒体支架，7为加料仓，8为加料蝶阀，9为防爆阀，10为循环消烟管，11为温度检测器，12为循环消烟泵，13为消烟槽，14为文氏管，16为包覆液进料管， 17为流量表，18为减速机，19为搅拌轴，20为搅拌桨，21为搅拌支架，22为出料口，23为加热夹套，24为烟囱，25为桨叶。

具体实施方式

以下结合图1和图2对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型的用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置的工作过程：顺序开启循环消烟泵12、搅拌装置3和加热装置2，通过流量表17将精确计量的包覆材料液体导入筒体5内，监控流量表17的流速来控制包覆液体的导入速度；通过加热装置2加热，将包覆装置内的包覆材料液体加热至设定温度；打开加料蝶阀8，将原料自加料仓7中加入到筒体5内；通过减速机18调节搅拌装置3的搅拌速率，将导入筒体5内的负极材料/原料与包覆材料液体进行混合，实现固体与液体之间的均匀传质、均匀混合；通过温度检测器11监控筒体5内的包覆物料温度，待包覆材料均匀包覆后，打开出料口22，将均匀包覆的包覆材料放出后，再经干燥、炭化，即得。

以下将结合实施例具体说明本实用新型，本实用新型的实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，并非限定本实用新型的实质。

实施例 1  包覆装置对天然石墨的包覆效果

顺序开启循环消烟泵、搅拌装置和加热装置，通过计量装置将精确计量的包覆液体高温沥青融化液导入筒体内，监控流量表的流速来控制高温沥青融化液的导入速度；开启加热装置，将包覆装置内的高温沥青融化液加热至250℃；打开加料蝶阀，将原料天然石墨从加料仓内加入到筒体内；调节搅拌装置的搅拌速率，将导入筒体内的天然石墨与加热至250℃的高温沥青融化液均匀混合1-2小时；通过温度检测器监控筒体内的物料温度，待包覆材料均匀包覆5小时后，打开出料口，将包覆材料放出后，再经干燥、炭化，制得均匀包覆的锂离子电池负极材料。

同时，除将包覆装置改为普通搅拌设备外，进行上述包覆实验，制得包覆的锂离子电池负极材料。

将前述两种方法包覆制备的锂离子电池负极材料进行对比研究，结果见表1。

实施例2  包覆装置对沥青焦的包覆效果

顺序开启循环消烟泵、搅拌装置和加热装置，通过计量装置将精确计量的包覆液体高温沥青融化液导入筒体内，监控流量表的流速来控制包覆液体的导入速度；开启加热装置加热，将包覆装置内的高温沥青融化液加热至250℃；打开加料蝶阀，从加料仓内加入原料沥青焦；调节搅拌装置的搅拌速率，将导入筒体内的沥青焦与加热至250℃的高温沥青融化液均匀混合1-2小时；通过温度检测器监控筒体内的物料温度，待包覆材料均匀包覆5小时后，打开出料口，将放出的包覆材料经干燥、炭化，制得均匀包覆的锂离子电池负极材料。

同时，除将包覆装置改为普通搅拌设备外，进行上述包覆实验，制得包覆的锂离子电池负极材料。

将两种方法包覆制备的锂离子电池负极材料进行对比研究，结果见表1。

表1  

由表1可见，本实用新型的包覆装置采用计量装置精确计量导入筒体内的包覆材料液体，并通过监控流量表的流速来控制包覆材料液体的导入速度，从而通过计量装置的精确计量和输送，确保包覆过程中包覆材料液体的精确计量，并控制包覆材料液体的导入速度；通过改进搅拌装置及其桨叶结构，如所述的搅拌桨20采用锚式结构，搅拌轴19上设有与其垂直的搅拌桨叶，以增强搅拌力度，改善搅拌均匀度，利于固相与液相的均匀传质，实现均匀混合和均匀包覆，避免包覆材料因受热不均而导致局部过热、焦化等现象；通过引入循环消烟装置形成循环消烟闭合回路，用于吸收、处理包覆装置中的液体因受热挥发而产生的污染性气体，实现无污染气体排放。

本实用新型的包覆装置有效解决了待包覆粉料与包覆液体混合不均、包覆不均、局部过热、包覆材料焦化等问题，实现了锂离子电池负极材料的均匀包覆，负极材料的比表面积可控，明显改善材料与电解液的相容性，显著改善了材料的倍率性能。

本实用新型的包覆装置具有计量精确、均匀包覆、连续化生产、操作简单、无粉尘无污染气体排放、成本低、环保、生产效率高等优点，利于工业化生产。

Claims (10)

1.一种用于锂离子电池负极材料包覆制备中的包覆装置，其特征在于，所述的包覆装置包括筒体（5）、计量装置（1）、加热装置（2）、搅拌装置（3）和循环消烟装置（4），其中，筒体（5）通过筒体支架（6）固定；计量装置（1）位于筒体（5）的上端；加热装置（2）为套设围绕于筒体（5）周围的加热夹套（23）；搅拌装置（3）由位于筒体（5）内下端的搅拌支架（21）固定在筒体（5）内；循环消烟装置（4）位于筒体（5）外并通过循环消烟管（10）与筒体（5）相连接，循环消烟管（10）位于筒体（5）的上端。

2.根据权利要求1所述的包覆装置，其特征在于，所述的循环消烟装置由循环消烟管（10）、文氏管（14）、循环消烟槽（13）、循环消烟泵（12）和烟囱（24）组成，其中，文氏管（14）、循环消烟泵（12）和消烟槽（13）形成闭合回路，循环消烟管（10）通过文氏管（14）分别与循环消烟槽（13）、循环消烟泵（12）相连接，循环消烟泵（12）与消烟槽（13）底部相连接，烟囱（24）位于循环消烟槽（13）上端。

3.根据权利要求1所述的包覆装置，其特征在于，循环消烟泵（12）抽取消烟槽（13）内的液体，再将抽取的液体通过文氏管（14）返回消烟槽（13）内，从而在闭合回路内形成负压，进而将循环消烟管（10）内的烟气通过文氏管（14）吸入消烟槽（13）内并被其中的液体所吸收，实现无污染气体排放。

4.根据权利要求1所述的包覆装置，其特征在于，筒体（5）上端设有加料仓（7）、循环消烟管（10）、包覆液体进料管（16）、防爆阀（9）和温度检测器（11），筒体（5）下端设有出料口（22），其中，包覆液体进料管（16）与位于筒体（5）上端的计量装置（1）相连接，加料仓（7）下端设有加料蝶阀（8）。

5.根据权利要求1-4任一项所述的包覆装置，其特征在于，所述搅拌装置（3）上设有搅拌轴（19）和搅拌桨（20），搅拌轴（19）的上端与位于筒体（5）外的减速机（18）相连接，搅拌轴（19）的下端通过位于筒体（5）内下端的搅拌支架（21）固定在筒体（5）内。

6.根据权利要求5所述的包覆装置，其特征在于，所述的搅拌桨（20）为锚式结构，搅拌轴（19）上设有与其垂直的搅拌桨叶（25）。

7.根据权利要求6所述的包覆装置，其特征在于，所述搅拌桨叶（25）的数量不少于两根。

8.根据权利要求7所述的包覆装置，其特征在于，所述的不少于两根的搅拌桨叶（25）成对设置且相互平行。

9.根据权利要求5所述的包覆装置，其特征在于，所述计量装置（1）为流量表（17）。

10.根据权利要求5所述的包覆装置，其特征在于，所述筒体（5）内侧涂覆有防腐蚀涂层。

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