CN208608300U - 一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置 - Google Patents

Abstract

一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其包括有：混合模块，所述混合模块包括前后连接的真空行星搅拌机和至少一台环形设置的反应釜；进料模块，所述进料模块包括并列设置于所述真空行星搅拌机上游的石墨烯上料装置、负极材料上料装置和纯净水上料装置；出料模块，所述出料模块包括位于所述反应釜下游依次设置的分筛装置和后处理装置；动力装置，所述动力装置包括位于所述进料模块的举升器和位于所述出料模块的烘干器；控制中心，所述控制中心连接所述混合模块、进料模块、出料模块和动力装置。本实用新型的有益效果在于：占地面积小，便于生产布置；反应效率高，产物质量好；自动化程度高，劳动强度小，生产效率高；结构安全、可靠。

Description

一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置

技术领域

本实用新型涉及石墨烯基负极材料生产设备领域，尤其涉及一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置。

背景技术

锂离子电池以其比能量大、工作电压高、自放电率小、体积小、重量轻等优势,自其诞生以来,便给储能领域带来了革命性的变化,被广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中，然而随者人们生活水平的提高,更高的用户体验对锂离子电池提出了更高的要求。质量更轻、循环寿命更长，容量更大，使用时间更长等。

为了解决上述问题必须寻找新的性能更加优异的电极材料，目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨,但因其理论容量仅为370mAh，已不能满足用户的迫切需求。普通的石墨材料在高倍率充放电时，循环寿命大约200-300次。因此，更快的充电速度、更高的循环寿命、更高比容量的电池的开发，市场急需，因应这种电池性能的负极材料的开发也迫在眉睫。作为锂离子电池负极材料，硅材料一直备受关注。其理论容量为4200mAh/g，是已商业化的石墨容量的10倍以上，且具有低的嵌锂电位、低原子重量、高能量密度、价格较便宜、环境友好等优势，因此是新代高容量负极材料的最优选择之一。但是由于硅材料本身导电性能差、且充放电过程中体积膨胀大而容易造成材料结构破坏和机械粉碎，导致其循环性能衰减快，限制了其更广泛的应用。为了解决上述问题，现有技术主要有硅颗粒纳米化、或者在硅碳负极材料表面进行包覆，在限制材料体积膨胀的同时,还能阻隔硅基材料与电解液直接接触，从而在改善电池循环性能的同时,减少充放电过程中硅基材料与电解液之间的副反应。由于石墨烯材料具有独特的柔性二维平面结构,其本身是一种优良的包覆材料,可以包覆于硅碳负极材料表面。但是石墨烯片层之间通常结合力较弱,因此石墨烯片层构成的包覆层无法提供足够大的束缚力，以用于约束硅碳负极材料在充放电过程中的体积膨胀,从而影响硅碳负极材料的电化学性能。

一般现有技术通过反应釜中的催化还原或者核壳反应进行石墨烯基负极材料的生产，其制备流程需要高温高压的环境，使得其制备设备一方面效率较低，产物质量不稳定；另一方面，其具有占地面积大、生产流程长、操作繁琐的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，通过该生产装置，可以克服现有技术的缺陷，一方面具有较高的生产效率和产物质量；另一方面占地面积小，生产方便，操作简单，自动化程度高。

为实现实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其包括有：混合模块，所述混合模块包括前后连接的真空行星搅拌机和至少一台环形设置的反应釜；进料模块，所述进料模块包括并列设置于所述真空行星搅拌机上游的石墨烯上料装置、负极材料上料装置和纯净水上料装置；出料模块，所述出料模块包括位于所述反应釜下游依次设置的分筛装置和后处理装置；动力装置，所述动力装置包括位于所述进料模块的举升器和位于所述出料模块的烘干器；控制中心，所述控制中心连接所述混合模块、进料模块、出料模块和动力装置。

由此，通过所述进料模块的石墨烯上料装置、负极材料上料装置和纯净水上料装置分别向所述混合模块的真空行星搅拌机内加入氧化石墨烯水溶液、负极材料和纯净水，并通过所述真空行星搅拌机进行充分的搅拌，此后将混合物加入所述反应釜进行核壳反应从而得到良好的石墨烯基负极材料产品，此后通过所述出料模块对具有所需产品的混合液进行所述分筛装置的分筛提纯后通过所述后处理装置进行烘干、运输、包装。优选的，所述真空行星搅拌机设于所述反应釜的上方，所述混合模块设于所述出料模块的上方，故可以降低整个生产装置的占地面积，并且可以方便的通过重力实现原料的自动的随生产流程移动，减少泵等原料后处理装置。所述动力装置的举升器为所述进料模块提供举升效果，所述进料模块可位于地面进行换装或灌装，此后通过所述举升器举升至高于所述真空行星搅拌机的高度并通过倾倒的方式送入所述真空行星搅拌机，方便在采用竖直布置的生产装置的情况下对原材料进行装填，相比于使用泵或其他形式的运输方法，倾倒的方式更为完全，不会产生在各个组件内的残留。所述烘干器用于烘干产物并便于此后的分装利用。所述控制中心用于控制以上装置和模块的运行，提高自动化程度、降低工人劳动强度、提高生产效率。

作为本实用新型的优选，所述反应釜的包括依次向内设置的外壁、夹层和内壁。

由此，核壳反应具有较高的反应温度和压力，所述反应釜的外壁使其具有良好的结构强度，所述夹层为所述外壁和内壁之间提供填充和支撑，所述内壁为所述反应釜提供反应的空间。

作为本实用新型的优选，所述内壁为陶瓷内壁，所述夹层为隔热夹层，所述外壁为钢制球形外壳。

由此，陶瓷的所述内壁具有高强度、耐高温、耐腐蚀的特点，同时质量较轻，便于生产运输；所述夹层具有隔热的特点从而隔绝内壁内的反应温度，减少对外界的影响；所述外壁为钢制球形，从而具有良好的力学结构和强度，从而可以满足并承受反应时的高压。

作为本实用新型的优选，所述反应釜内设有压力感应器，所述反应釜壁面设有液位视窗和设于所述液位视窗内部的液位感应器。

由此，为满足高温高压的反应状态的安全性和效率性，所述反应釜内不能装填过多的反应原料，所述液位感应器辅助所述控制中心测量所述反应釜内的装填量并控制装填数量，所述液位视窗优选为加厚加强的钢化玻璃或亚克力，从而满足高强度的同时为人工提供视野，作为所述液位感应器的备份，避免可能的失效时可以人工观察控制装填量。同理，所述压力感应器用于监控所述反应釜内的压力情况。

作为本实用新型的优选，所述反应釜包括与所述真空行星搅拌机连接的进料口和通向所述分筛装置的出料口，所述进料口和出料口密封连接有高温高压压差密封阀。

由此，所述反应釜通过所述进料口和出料口进行反应材料的进出动作，所述高温高压压差密封阀用于保证反应时所述进料口和出料口具有良好的温度和压力适应强度。

作为本实用新型的优选，所述出料口外侧连接所述分筛装置，所述分筛装置包括压滤器、废水容器和由所述压滤器通向所述后处理装置的输送板。

由此，所述压滤器可通过加压的方式将未反应的氧化石墨烯和负极材料随反应后剩下的液体筛出并装入所述废水容器后进行无害回收处理，反应完成的石墨烯基负极材料在分筛完成后通过所述输送板送至所述后处理装置。

作为本实用新型的优选，所述后处理装置包括环状的运输带、所述烘干器包括环状设于所述运输带下方的电热丝。

由此，所述运输带以环状的形式设置，通过循环转动的方式可以有效减少为烘干石墨烯基负极材料需要的路径和占地面积，并且便于此后的收集分装。所述电热丝为所述烘干器提供将石墨烯基负极材料烘干的热量。

作为本实用新型的优选，所述电热丝下方设有送风装置和反射板。

由此，所述送风装置可将所述电热丝的热量均匀的输送至所述输送带下方用于烘干操作，从而可以减少电热丝的数量以降低加热能耗；所述反射板可将电热丝向下散发的热量向上反射，从而提高其能量利用效率。

作为本实用新型的优选，所述举升器包括竖直设置的举升轨道、设于所述举升轨道的连接器，所述连接器设有翻转装置。

由此，所述举升器通过所述举升轨道进行所述进料模块的抬升，所述连接器用于可拆的连接所述石墨烯上料装置、负极材料上料装置和纯净水上料装置，在需要添加原料或改变负极材料为锂基或硅基时便于添加和更换。所述翻转装置为所述进料模块提供翻转倾倒的动作，并可通过调节其反转角度进行倾倒速度和量的控制。

作为本实用新型的优选，所述反应釜还包括微波加热装置。

由此，所述微波加热装置通过微波加热的特性使得具反应釜具有快速加热、加热效率高，加热温度可控的特点，从而使得反应效率高且稳定。

本实用新型的有益效果在于：

1. 占地面积小，便于生产布置；

2. 反应效率高，产物质量好；

3. 自动化程度高，劳动强度小，生产效率高；

4. 结构安全、可靠。

附图说明

图1为本实用新型的三维示意图；

图2为本实用新型的反应釜局部剖视图；

图中各项分别为：1真空行星搅拌机，2反应釜，21外壁，22夹层，23内壁，24压力感应器，25液位视窗，26液位感应器，27进料口，28出料口，31石墨烯上料装置，32负极材料上料装置，33纯净水上料装置，4分筛装置，41压滤器，42废水容器，43输送板，5后处理装置，51运输带，6举升器，61举升轨道，62连接器，63翻转装置，7烘干器，71电热丝，72送风装置，73反射板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细描述：

实施例一

如图1所示的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其包括有：混合模块，混合模块包括前后连接的真空行星搅拌机1和三台环形设置的反应釜2；进料模块，进料模块包括并列设置于真空行星搅拌机1上游的石墨烯上料装置31、负极材料上料装置32和纯净水上料装置33，进料模块的三个装置通过可伸长的密封软管连接；出料模块，出料模块包括位于反应釜2下游依次设置的分筛装置4和后处理装置5；动力装置，动力装置包括位于进料模块的举升器6和位于出料模块的烘干器7；控制中心，控制中心连接混合模块、进料模块、出料模块和动力装置。以上模块与装置以上下游形式从上到下依次设置于一个圆柱竖直设置的支架上，其中真空行星搅拌机1设于整个装置的顶部，三个反应釜2设于一块圆环支架上并由从真空行星搅拌机1伸出的三根连接管分别连接，从而使得可以通过三个反应釜2同时进行生产，或可在不同的反应釜2中进行不同负极材料的同时生产，进一步提高生产效率。

本实施例中，反应釜2包括与真空行星搅拌机1连接的进料口27和通向分筛装置的出料口28，进料口27和出料口28密封连接有高温高压压差密封阀。

本实施例中，每一个出料口28下方通过密封管连接分筛装置4，分筛装置4包括压滤器41、废水容器42和由压滤器41通向后处理装置的输送板43。

本实施例中，后处理装置5包括环状的运输带51、烘干器7包括环状设于运输带51下方的电热丝71。电热丝71下方环状间隔设置送风装置72和反射板73。送风装置72为侧面送风，从而可以增大其送风时的送风面积，

本实施例中，举升器6设于以上支架的侧面，包括竖直设置的三条举升轨道61、设于举升轨道61的分别连接石墨烯上料装置31、负极材料上料装置32和纯净水上料装置33的连接器62，每个连接器62设有通过伺服电机带动的翻转装置63。

在工作时，工作人员将氧化石墨烯水溶液、负极材料和不含杂质的纯净水放入对应的石墨烯上料装置31、负极材料上料装置32和纯净水上料装置33，此后将以上进料模块安装至连接器62，连接器62沿举升轨道61升起并最终到达真空行星搅拌机1上方，驱动伺服电机将翻转装置63转动，将原材料倒入真空行星搅拌机1，真空行星搅拌机1进行搅拌操作将各原料混合成均匀的混合液；此后打开反应釜2进料口27的阀门将混合液送入，此后进行反应釜2中高温高压的合核反应，反应完成后，打开出料口28将反应完成的混合液送入分筛装置4，此后通过压滤器41过滤，滤过的石墨烯基负极材料通过运输带51转动并通过烘干器7的工作烘干后分装收集。

实施例二

实施例二所述的技术方案与实施例一近似，其不同之处在于：

如图2所示，本实施例中，反应釜2还包括依次向内设置的外壁21、夹层22和内壁23。内壁23为陶瓷内壁23，夹层22为隔热夹层，外壁21为钢制球形外壳。反应釜2内壁23壁面设有压力感应器24，反应釜2壁面设有液位视窗25和设于液位视窗25内部的液位感应器26。

本实施例中，反应釜2还包括微波加热装置。

这一实施方式使得整个生产装置具有更好的自动控制能力和更高的生产效率。

以上实施例只是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均落入到本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，其包括有：

混合模块，所述混合模块包括前后连接的真空行星搅拌机（1）和至少一台环形设置的反应釜（2）；

进料模块，所述进料模块包括并列设置于所述真空行星搅拌机（1）上游的石墨烯上料装置（31）、负极材料上料装置（32）和纯净水上料装置（33）；

出料模块，所述出料模块包括位于所述反应釜（2）下游依次设置的分筛装置（4）和后处理装置（5）；

动力装置，所述动力装置包括位于所述进料模块的举升器（6）和位于所述出料模块的烘干器（7）

控制中心，所述控制中心连接所述混合模块、进料模块、出料模块和动力装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述反应釜（2）包括依次向内设置的外壁（21）、夹层（22）和内壁（23）。

3.根据权利要求2所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述内壁（23）为陶瓷内壁，所述夹层（22）为隔热夹层，所述外壁（21）为钢制球形外壳。

4.根据权利要求1所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述反应釜（2）内设有压力感应器（24），所述反应釜（2）壁面设有液位视窗（25）和设于所述液位视窗（25）内部的液位感应器（26）。

5.根据权利要求1所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述反应釜（2）包括与所述真空行星搅拌机（1）连接的进料口（27）和通向所述分筛装置（4）的出料口（28），所述进料口（27）和出料口（28）密封连接有高温高压压差密封阀。

6.根据权利要求5所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述出料口（28）外侧连接所述分筛装置（4），所述分筛装置（4）包括压滤器（41）、废水容器（42）和由所述压滤器（41）通向所述后处理装置（5）的输送板（43）。

7.根据权利要求1所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述后处理装置（5）包括环状的运输带（51）、所述烘干器（7）包括环状设于所述运输带（51）下方的电热丝（71）。

8.根据权利要求7所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述电热丝（71）下方设有送风装置（72）和反射板（73）。

9.根据权利要求1所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述举升器（6）包括竖直设置的举升轨道（61）、设于所述举升轨道（61）的连接器（62），所述连接器（62）设有翻转装置（63）。

10.根据权利要求1所述的一种用于生产石墨烯基负极材料的生产装置，其特征在于，所述反应釜（2）还包括微波加热装置。