CN212141516U - 一种用于制备硅碳负极材料的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于制备硅碳负极材料的装置，包括调料舱和喷雾干燥设备；所述调料舱设置有加料口以及出料口；所述喷雾干燥设备包括喷枪以及干燥室；所述喷枪位于所述干燥室之内、并设置于所述干燥室的顶部，且所述喷枪与所述调料舱的出料口连接；所述干燥室由上至下依次设置有一级干燥区、二级干燥区和三级干燥区，且所述一级干燥区、所述二级干燥区、所述三级干燥区分别设置有一加热装置；所述干燥室的底部设置有物料收集口，且所述物料收集口设置有阀门，通过所述阀门控制所述物料收集口的开闭。上述方案能解决目前量产装置所生产的硅碳负极材料因干燥及碳化效果差而影响硅碳负极材料性能的问题，且可实现连续性大规模生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池负极材料技术领域，尤其涉及一种用于制备硅碳负极材料的装置。
背景技术
随着科学技术的发展，硅材料以其4200mAh/g的超高理论比容量而被视为下一代锂电池负极材料的首选；不过，硅材料因在充放电过程中会发生巨大的体积变化，所以容易造成硅颗粒破裂或粉化、电接触失效以及电池性能急速衰退等问题，进而制约了硅负极材料的发展。
因此，为了抑制和克服硅负极材料在充放电过冲中发生巨大的体积变化，硅碳负极材料的研发生产得到了广泛关注；但是，目前用于制备硅碳负极材料的量产装置所生产的硅碳负极材料存在干燥及碳化效果差，进而影响硅碳负极材料性能的问题。
实用新型内容
本实用新型公开一种用于制备硅碳负极材料的装置，以解决目前量产装置所生产的硅碳负极材料因干燥及碳化效果差而影响硅碳负极材料性能的问题。
为了解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：
一种用于制备硅碳负极材料的装置，包括调料舱和喷雾干燥设备；所述调料舱设置有加料口以及出料口，所述调料舱内设置有搅拌机构；所述喷雾干燥设备包括喷枪以及干燥室；所述喷枪位于所述干燥室之内、并设置于所述干燥室的顶部，且所述喷枪与所述调料舱的出料口连接；所述干燥室由上至下依次设置有一级干燥区、二级干燥区和三级干燥区，且所述一级干燥区、所述二级干燥区、所述三级干燥区分别设置有一加热装置；所述干燥室的底部设置有物料收集口，且所述物料收集口设置有阀门，通过所述阀门控制所述物料收集口的开闭。
可选地，所述装置还包括回收管道；所述回收管道的进料端与所述干燥室连通，所述回收管道的出料端与所述调料舱连通；所述回收管道开设有气体收集口。
可选地，所述干燥室包括第一本体和第二本体，且所述第一本体设置于所述第二本体的顶部；所述第一本体开设有空腔以及与所述空腔连通的开口，且所述开口位于所述第一本体的底面，所述喷枪设置于所述空腔的顶部、并位于与所述开口相对的位置；所述第二本体为中空的管状结构，所述第二本体的顶部端口设置于所述开口处，且所述第二本体的管腔与所述空腔连通，所述第二本体的底部端口呈漏斗状形成所述物料收集口；所述一级干燥区设置于所述第一本体，所述二级干燥区和所述三级干燥区设置于所述第二本体；所述回收管道的进料口与所述第一本体连接、并与所述空腔连通。
可选地，所述开口的面积小于所述第一本体的底面面积，所述第二本体的顶端位于所述所述空腔之内，且所述第二本体的位于所述空腔之内的侧壁形成坝体结构。
可选地，所述回收管道的进料口的高度低于所述第二本体的顶端端口，且所述回收管道设置有输送泵。
可选地，所述第一本体的形状为圆台形，所述第二本体的形状为圆柱形；所述调料舱内设置有搅拌机构。
本实用新型采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本实用新型公开的用于制备硅碳负极材料的装置，首先可以将调料舱内的浆料送至喷枪，并经喷枪雾化后形成雾化浆料；并且，雾化浆料在干燥室之内散落的过程中首先经过一级干燥区、使得雾化浆料中的液体挥发初步形成球形或类球形的颗粒，然后颗粒经过二级干燥区、使得颗粒中的碳源初步碳化而保持形貌稳定，再落至三级干燥区、使得颗粒中的碳源彻底碳化制备获得球形或类球形的硅碳负极材料；同时，通过物料收集口便于对制备获得的硅碳负极材料进行收集；因此，通过一级干燥区、二级干燥区和三级干燥区的作用使得雾化浆料逐渐干燥碳化，从而不仅有利于硅碳负极材料形成球形或类球形外貌结构的颗粒、提高振实密度，而且还有利于碳源可以更加均匀地包覆于硅颗粒的表面、增加对硅颗粒体积变化的抑制效果，进而更好地提高硅碳负极材料的循环性能、使用寿命和倍率性能；同时，满足硅碳负极材料的大规模连续化生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例公开的装置的结构示意图；
附图标记说明：
100-调料舱、101-加料口、102-搅拌机构、
201-一级干燥区、202-二级干燥区、203-三级干燥区、210-喷枪、220-第一本体、221-空腔、230-第二本体、231-管腔、232-物料收集口、
300-回收管道、301-输送泵、302-气体收集口。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合附图，详细说明本实用新型各个实施例公开的技术方案。
请参考图1所示，本实用新型实施例公开了一种用于制备硅碳负极材料的装置，所公开的装置包括调料舱100和喷雾干燥设备。
其中，调料舱100设置有加料口101以及出料口；喷雾干燥设备包括喷枪210以及干燥室；喷枪210位于干燥室之内、并设置于干燥室的顶部，且喷枪210与调料舱100的出料口连接，通常，调料舱100内设置有搅拌机构102，从而可以对加入调料舱100内的浆料进行搅拌混合操作；其中，搅拌机构102可以选用现有的绞龙或搅拌杆等机构。
干燥室的侧壁由上至下依次设置有一级干燥区201、二级干燥区202和三级干燥区203。通常，一级干燥区201、二级干燥区202和三级干燥区203可以设置电热丝或热交换管道等加热装置，从而使得一级干燥区201、二级干燥区202和三级干燥区203可以达到所需的干燥碳化温度。例如一级干燥区201的加热温度为90-200℃，二级干燥区202的加热温度为200-500℃，三级干燥区203的加热温度为500-1400℃。作为另一种实施方式，可以只布置一个加热装置，分时对不同干燥区进行加热。本实施中提供每个干燥区分别设置一个加热装置，其优势是可以实现不同干燥区同时工作，进而实现连续性生产。
干燥室的底部设置有物料收集口232，且物料收集口232设置有阀门、并可通过阀门控制物料收集口232的开闭。
基于本实用新型公开的装置，首先可以将调料舱100内的浆料送至喷枪210，并经喷枪210雾化后形成雾化浆料；并且，雾化浆料在干燥室之内内散落的过程中首先经过一级干燥区201、使得雾化浆料中的液体挥发初步形成球形或类球形的颗粒，然后颗粒经过二级干燥区202、使得颗粒中的碳源初步碳化而保持形貌稳定，再落至三级干燥、使得颗粒中的碳源彻底碳化制备获得球形或类球形的硅碳负极材料；同时，通过物料收集口232便于对制备获得的硅碳负极材料进行收集。
因此，通过一级干燥区201、二级干燥区202和三级干燥区203的作用使得雾化浆料逐渐干燥碳化，从而不仅有利于硅碳负极材料形成球形或类球形外貌结构的颗粒、提高振实密度，而且还有利于碳源可以更加均匀地包覆于硅颗粒的表面、增加对硅颗粒体积变化的抑制效果，进而更好地提高硅碳负极材料的循环性能、使用寿命和倍率性能；同时，满足硅碳负极材料的大规模连续化生产。
为了使干燥区内挥发的气体可以回收利用，上述公开的装置还可以包括回收管道300；回收管道300的进料端与干燥室连通，回收管道300的出料端与调料舱100连通；回收管道300开设有气体收集口302，从而使得挥发的气体经回收管道300于气体收集口302进行排放或收集再利用；通常，为了控制气体收集口302的开闭可以在气体收集口302处设置控制阀或电磁阀等机构。
具体地，请再次参考图1所示，干燥室可以包括第一本体220和第二本体230，且第一本体220设置于第二本体230的顶部；第一本体220开设有空腔221以及与空腔连通的开口，且开口位于第一本体220的底面，喷枪210设置于空腔221的顶部、并位于与开口相对的位置；第二本体230为中空的管状结构，第二本体230的顶部端口设置于开口处，且第二本体230的管腔231与空腔221连通，从而形成雾化浆料散落空间。
第二本体230的底部端口呈漏斗状形成物料收集口232，从而方便于物料收集口232的放料收集；一级干燥区201设置于第一本体220，二级干燥区202和三级干燥区203设置于第二本体230；回收管道300的进料口与第一本体220连接、并与空腔221连通，从而有利于在一级干燥区201挥发的气体可以进入回收管道300。
优选地，开口的面积小于第一本体220的底面面积，第二本体230的顶端位于空腔221之内，且第二本体230的位于空腔221之内的侧壁形成坝体结构，从而可以避免冷凝水等液体进入二级干燥区202而影响颗粒的干燥碳化效果。
为了对落于坝体结与第一本体220侧壁之间的颗粒以及冷凝水等液体的输送回收，回收管道300的进料口的高度低于第二本体230的顶端端口，且回收管道300设置有输送泵301，从而通过输送泵301提供输送动力；其中，进入回收管道300的颗粒可以经回收管道300输送至调料舱100之内。
作为第一本体220和第二本体230的一种具体形状，第一本体220的形状为圆台形、从而与雾化浆料的喷洒状态相适应，以避免雾化浆料附着于第一本体220的内壁；第二本体230的形状为圆柱形。当然，第一本体220和第二本体230还可以设计成方形等形状，本实用新型实施例不限制第一本体220和第二本体230的形状。
本实用新型上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种用于制备硅碳负极材料的装置，其特征在于，包括调料舱和喷雾干燥设备；所述调料舱设置有加料口以及出料口，所述调料舱内设置有搅拌机构；所述喷雾干燥设备包括喷枪以及干燥室；所述喷枪位于所述干燥室之内、并设置于所述干燥室的顶部，且所述喷枪与所述调料舱的出料口连接；所述干燥室由上至下依次设置有一级干燥区、二级干燥区和三级干燥区，且所述一级干燥区、所述二级干燥区、所述三级干燥区分别设置有一加热装置；所述干燥室的底部设置有物料收集口，且所述物料收集口设置有阀门，通过所述阀门控制所述物料收集口的开闭。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括回收管道；所述回收管道的进料端与所述干燥室连通，所述回收管道的出料端与所述调料舱连通；所述回收管道开设有气体收集口。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述干燥室包括第一本体和第二本体，且所述第一本体设置于所述第二本体的顶部；所述第一本体开设有空腔以及与所述空腔连通的开口，且所述开口位于所述第一本体的底面，所述喷枪设置于所述空腔的顶部、并位于与所述开口相对的位置；所述第二本体为中空的管状结构，所述第二本体的顶部端口设置于所述开口处，且所述第二本体的管腔与所述空腔连通，所述第二本体的底部端口呈漏斗状形成所述物料收集口；所述一级干燥区设置于所述第一本体，所述二级干燥区和所述三级干燥区设置于所述第二本体；所述回收管道的进料口与所述第一本体连接、并与所述空腔连通。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述开口的面积小于所述第一本体的底面面积，所述第二本体的顶端位于所述空腔之内，且所述第二本体的位于所述空腔之内的侧壁形成坝体结构。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述回收管道的进料口的高度低于所述第二本体的顶端端口，且所述回收管道设置有输送泵。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一本体的形状为圆台形，所述第二本体的形状为圆柱形。
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