CN212610431U - 一种锂离子电池负极材料连续碳化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，包括送料机构，进料端与送料机构对接的碳化回转滚筒，与碳化回转滚筒出料端对接的冷却出料机构和惰气管，套接于碳化回转滚筒上且用于接收碳化回转滚筒内挥发组分的加热机构，与加热机构连接的余热回收机构，以及分别与送料机构、碳化回转滚筒、冷却出料机构和加热机构电性连接的控制机构。本实用新型通过利用惰气管从筒体出料端向筒体内吹入惰性气体，可以充作保护气体，避免物料在高温情况下被氧化，也可助推在筒体内高温下挥发出的挥发组分从筒体进料端导入沉降箱内，将挥发组分保留并输送到进气管中，留备燃烧器燃烧，提升负极材料的利用率，降低了天然气的使用量，降低了生产的能耗。

Description

一种锂离子电池负极材料连续碳化系统

技术领域

本实用新型涉及锂离子二次电池技术领域，具体的讲，是涉及一种锂离子电池负极材料连续碳化系统。

背景技术

负极材料，是电池在充电过程中，锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的作用。在电池成本中，负极材料约占了5％-15％，是锂离子电池的重要原材料之一。

锂离子电池负极材料主要来源于人造石墨，人造石墨在制造过程中关键工序是将负极材料前驱体放置于艾奇逊直流电炉中做高温(2900℃以上)石墨化处理。现阶段大多数石墨化厂家均采用负极材料前驱体直接石墨化工艺，而负极材料前驱体在高温时会释放出挥发分，其主要成分为烷烃类可燃气体，炭化前不同种物料挥发分可燃气含量1％-8％不等，比重较高，其中物料中挥发分可燃气含量达到7％以上时，物料加热过程中自身释放的挥发分可燃气可以作为燃料完全替代天然气热源，而现有的石墨化厂家并未将该能源利用起来，而是将其直接进行石墨化加工，存在负极材料利用率低、产能小、能耗高的问题，同时可燃的挥发组分在高温段集中释放容易出现闪爆现象，生产过程中危险性较大。

实用新型内容

为克服现有技术存在的问题，本实用新型提供一种负极材料利用率高、产能大、能耗低、生产制备过程安全的锂离子电池负极材料连续碳化系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，包括送料机构，进料端与所述送料机构对接的碳化回转滚筒，与所述碳化回转滚筒出料端对接的冷却出料机构和惰气管，套接于所述碳化回转滚筒上且用于接收碳化回转滚筒内挥发组分的加热机构，与所述加热机构连接的余热回收机构，以及分别与所述送料机构、碳化回转滚筒、冷却出料机构和加热机构电性连接的控制机构，其中，所述惰气管用于将碳化回转滚筒内的挥发组分吹入加热机构中。

进一步地，所述送料机构包括用于接入负极材料的上料机，与所述上料机出料端对接的缓存料仓，安装于所述缓存料仓出料端的开关阀，安装于所述缓存料仓侧壁上的料位计，以及分别与所述缓存料仓出料端和碳化回转滚筒进料端对接的螺旋给料机，其中，所述上料机、开关阀、料位计和螺旋给料机分别与控制机构电性连接。

具体地，所述碳化回转滚筒包括进料端与螺旋给料机对接且出料端与冷却出料机构和惰气管对接的筒体，带动所述筒体转动的驱动器，以及支撑所述筒体的多个支撑台，其中，所述筒体位于加热机构内且筒体进料端与加热机构管道连接，所述驱动器与控制机构电性连接。

具体地，所述冷却出料机构包括进料端与筒体出料端对接的输料机，带动所述输料机工作的输料电机，套接于所述输料机上的冷却器，与所述输料机出料端对接的装料坩埚，以及用于支撑所述冷却器和输料机的多个支撑柱，其中，所述输料电机与控制机构电性连接。

具体地，所述冷却器上设置有冷却液进口和冷却液出口，其中，所述冷却液进口靠近输料机出料端，所述冷却液出口靠近输料机进料端。

具体地，所述加热机构包括用于对筒体加热的加热箱，排布于所述加热箱内的多个燃烧器，穿过加热箱且分别与多个所述燃烧器连接的进气管，与所述进气管连接的天然气管和挥发组分管，以及与所述挥发组分管连接沉降箱，其中，所述沉降箱与筒体进料端连接有用于导入挥发组分的管道，所述燃烧器与控制机构电性连接，所述加热箱与余热回收机构管道连接，多个所述燃烧器沿筒体进料端到其出料端方向排布逐渐紧密。

具体地，所述余热回收机构包括与所述加热箱管道连接的换热器，以及与所述换热器管道连接的排烟风机，其中，所述换热器和排烟风机分别与控制机构电性连接。

进一步地，所述控制机构为PLC自动控制系统。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过利用惰气管从筒体出料端向筒体内吹入惰性气体，一方面可以充作保护气体，避免物料在高温情况下被氧化，另一方面助推在筒体内高温下挥发出的挥发组分从筒体进料端导入沉降箱内将挥发组分中夹杂的粉尘沉降，将挥发组分保留并输送到挥发组分管，进而输送到进气管中，留备燃烧器燃烧，可充分利用负极材料，提升负极材料的利用率，降低了天然气的使用量，降低了生产的能耗，同时也避免了可燃组分留在筒体内，在高温下发生闪爆现象，保证工作过程的安全性。

(2)本实用新型将加热箱通过管道与换热器连接，将其内燃烧后含有大量余热的尾气的热量吸收并供应给其他有热需求的车间，将热源二次利用，节约能源消耗。

(3)本实用新型通过上料机、缓存料仓和螺旋给料机配合使用，实现自动化给料，与碳化回转滚筒配合工作，可以不间断地进行生产，使得负极材料的产能大，并且此种给料方式机械化程度高，人工操作少，上料机、缓存料仓、螺旋给料机与回转滚筒间密封连接，避免物料污染及有避免生产环境粉尘污染。

(4)本实用新型采用PLC自动控制系统对各个部分进行控制，送料机构、碳化回转滚筒、冷却出料机构均由其控制，实现物料进给、排出动态平衡，根据工艺要求实现精准控制。

(5)本实用新型设置有沉降箱，物料在加热过程中产生的挥发分中夹杂着大量的石墨类粉尘，经沉降箱沉降和过滤后，挥发组分通过沉降箱进入挥发组分管，石墨粉体聚集在沉降箱内，回收再利用，整个过程减少物料损失，同时净化可燃气。

(6)本实用新型设置有多个燃烧器，且燃烧器的排列方式为沿筒体进料端到其出料端方向排布逐渐紧密，这是根据温度梯度要求，采取前梳后密的布局方式，可以实现对物料升温过程的精准控制。

(7)本实用新型在输料机上套接有冷却器，并通过向冷却器中通入冷水对其内的物料进行降温，同时通过输料电机带动输料机工作，使得冷却器可以对输料机内的物料均匀降温，使得物料在输料机中可以降温到80℃以下，并将降温后的物料输送到装料坩埚中，整个过程密封连接，防止物料氧化、污染及粉尘飞溅。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型A部分的局部放大图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-碳化回转滚筒，2-惰气管，3-上料机，4-缓存料仓，5-开关阀，6-料位计，7-螺旋给料机，8-筒体，9-驱动器，10-支撑台，11-输料机，12-输料电机，13-冷却器，14-装料坩埚，15-支撑柱，16-冷却液进口，17-冷却液出口，18-加热箱，19-燃烧器，20-进气管，21-天然气管，22-挥发组分管，23-沉降箱，24-换热器，25-排烟风机，26-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1～2所示，该锂离子电池负极材料连续碳化系统，包括送料机构、碳化回转滚筒1、冷却出料机构、惰气管2、加热机构、余热回收机构和控制机构等。其中，送料机构与碳化回转滚筒1进料端封闭连接，其用于将物料输送到碳化回转滚筒1内；碳化回转滚筒1用于处理物料，其进料端分别与送料机构和加热机构封闭连接，分别用于接收物料和将在高温下挥发出的挥发组分输送到加热机构中再利用，其出料端分别与惰气管2和冷却出料机构密闭连接，分别用于向碳化回转滚筒1内通入惰性气体和将处理后的物料输出；冷却出料机构与碳化回转滚筒1出料端密闭连接，其用于将处理后的物料输出；惰气管2与碳化回转滚筒1出料端密闭连接，其用于向碳化回转滚筒1内通入惰性气体，可以充作保护气体，避免物料在高温情况下被氧化，另一方助推在筒体8内高温下挥发出的挥发组分从筒体8进料端导入加热机构中回收利用；加热机构接入碳化回转滚筒1内的挥发组分，充作燃料来对碳化回转滚筒1进行加热，可以节约天然气的使用；余热回收机构与加热机构连接，其将加热机构内燃烧后含有大量余热的尾气的热量吸收并供应给其他有热需求的车间，节约能源；控制机构采用为PLC自动控制系统，其分别与送料机构、碳化回转滚筒1、冷却出料机构和加热机构电性连接，用以实现自动化控制。

送料机构包括上料机3、缓存料仓4、开关阀5、料位计6和螺旋给料机7等。其中，上料机3与缓存料仓4对接，其用于将负极材料输送到缓存料仓4中，其与PLC自动控制系统电性连接；缓存料仓4上安装有料位计6，在上料机3中输入的物料到达一定高度后，料位计6将信号传输给PLC自动控制系统，PLC自动控制系统控制开关阀5打开，使得缓存料仓4中的物料输入螺旋给料机7中，由其输送到碳化回转滚筒1内；螺旋给料机7由PLC自动控制系统控制，其与缓存料仓4封闭连接。

碳化回转滚筒1包括筒体8、驱动器9和支撑台10。其中，筒体8的进料端与沉降箱23和螺旋给料机7密闭连接，其出料端与输料机11和惰气管2密闭连接，其用于使物料碳化，其上在与支撑台10位置相对处套接有滚动环；驱动器9带动所述出料筒11转动，使得其受热均匀，使得物料更好的加热，其由PLC自动控制系统控制；支撑台10数量有多个，其上对称安装有多个用于支撑筒体8和与筒体8作相对转动的支撑滚轮，使得筒体8可以在支撑台8上获得支撑且不影响其转动。

冷却出料机构包括输料机11、输料电机12、冷却器13、装料坩埚14、支撑柱15、冷却液进口16和冷却液出口17等。其中，输料机11进料端与筒体8出料端密闭连接，其用于将处理后的物料冷却，其在输料电机12的带动下将物料输送到装料坩埚14中；输料电机12用于给输料机11提供动力，其由PLC自动控制系统控制；冷却器13用于对输料机11冷却，其上设置有用于装入冷却液的冷却液进口16和输出冷却后液体的冷却液出口17，冷却液进口16位置靠近输料机11出料端，冷却液出口17位置靠近输料机11进料端，其由PLC自动控制系统控制；装料坩埚14与输料机11出料端密闭连接，其用于接入冷却后的物料；支撑柱15数量有多个，用于分别支撑输料机11和冷却器13。

加热机构包括加热箱18、燃烧器19、进气管20、天然气管21、挥发组分管22和沉降箱23。其中，加热箱18套接于筒体8上，其底部沿筒体8进料端到出料端的方向由疏到密安装有多个燃烧器19，其内部安装有温度传感器26，温度传感器26与PLC自动控制系统控制连接，在接收到温度低于所定温度时，加大天然气的输入，提升温度，在温度高于所定温度时，减少天燃气的输入，降低温度；燃烧器19用于对筒体8进行加热，使得筒体8内的物料受热充分，其沿筒体8进料端到出料端方向排布逐渐变密，这样可以实现对物料升温过程的精准控制；进气管20分别与多个燃烧器19管道连接，其用于将可燃气体输送到燃烧器19中；天然气管21和挥发组分管22均与进气管20连接，在接收的挥发组分足够加热时，可不通入天然气，在接收的挥发组分较少，不够加热时，从天然气管21中输入天然气进行混合加热；沉降箱23一端与挥发组分管22连接，另一端通过管道与筒体8进料端连接，将在被加热挥发出的挥发组分接收，使其在沉降箱23内沉积，石墨粉体聚集在沉降箱23内，回收再利用。

余热回收机构包括换热器24和排烟风机25。其中，换热器24与加热箱18管道连接，其将加热箱18内燃烧后含有大量余热的尾气的热量吸收并供应给其他有热需求的车间，将热源二次利用，节约能源消耗，其由PLC自动控制系统控制；排烟风机25与换热器24管道连接，其用于将尾气中的烟尘吹出，其由PLC自动控制系统控制。

本实用新型在使用时，通过上料机3将物料输送到缓存料仓4中，在料位计6监测到物料堆到一定高度，开关阀5打开，使得物料进入螺旋给料机7中，由螺旋给料机7输送到碳化回转滚筒1中，同时，燃烧器19开始工作，对碳化回转滚筒1进行加热，惰气管2向碳化回转滚筒1内输入惰气，在碳化完成后，物料从碳化回转滚筒1出料端进入输料机11中由冷却器13冷却，冷却后的物料从输料机11出料端进入装料坩埚14中。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，包括送料机构，进料端与所述送料机构对接的碳化回转滚筒(1)，与所述碳化回转滚筒(1)出料端对接的冷却出料机构和惰气管(2)，套接于所述碳化回转滚筒(1)上且用于接收碳化回转滚筒(1)内挥发组分的加热机构，与所述加热机构连接的余热回收机构，以及分别与所述送料机构、碳化回转滚筒(1)、冷却出料机构和加热机构电性连接的控制机构，其中，所述惰气管(2)用于将碳化回转滚筒(1)内的挥发组分吹入加热机构中。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，所述送料机构包括用于接入负极材料的上料机(3)，与所述上料机(3)出料端对接的缓存料仓(4)，安装于所述缓存料仓(4)出料端的开关阀(5)，安装于所述缓存料仓(4)侧壁上的料位计(6)，以及分别与所述缓存料仓(4)出料端和碳化回转滚筒(1)进料端对接的螺旋给料机(7)，其中，所述上料机(3)、开关阀(5)、料位计(6)和螺旋给料机(7)分别与控制机构电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，所述碳化回转滚筒(1)包括进料端与螺旋给料机(7)对接且出料端与冷却出料机构和惰气管(2)对接的筒体(8)，带动所述筒体(8)转动的驱动器(9)，以及支撑所述筒体(8)的多个支撑台(10)，其中，所述筒体(8)位于加热机构内且筒体(8)进料端与加热机构管道连接，所述驱动器(9)与控制机构电性连接。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，所述冷却出料机构包括进料端与筒体(8)出料端对接的输料机(11)，带动所述输料机(11)工作的输料电机(12)，套接于所述输料机(11)上的冷却器(13)，与所述输料机(11)出料端对接的装料坩埚(14)，以及用于支撑所述冷却器(13)和输料机(11)的多个支撑柱(15)，其中，所述输料电机(12)与控制机构电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，所述冷却器(13)上设置有冷却液进口(16)和冷却液出口(17)，其中，所述冷却液进口(16)靠近输料机(11)出料端，所述冷却液出口(17)靠近输料机(11)进料端。

6.根据权利要求3所述的一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，所述加热机构包括用于对筒体(8)加热的加热箱(18)，排布于所述加热箱(18)内的多个燃烧器(19)，穿过加热箱(18)且分别与多个所述燃烧器(19)连接的进气管(20)，与所述进气管(20)连接的天然气管(21)和挥发组分管(22)，以及与所述挥发组分管(22)连接的沉降箱(23)，其中，所述沉降箱(23)与筒体(8)进料端连接有用于导入挥发组分的管道，所述燃烧器(19)与控制机构电性连接，所述加热箱(18)与余热回收机构管道连接，多个所述燃烧器(19)沿筒体(8)进料端到其出料端方向排布逐渐紧密。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，所述余热回收机构包括与所述加热箱(18)管道连接的换热器(24)，以及与所述换热器(24)管道连接的排烟风机(25)，其中，所述换热器(24)和排烟风机(25)分别与控制机构电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料连续碳化系统，其特征在于，所述控制机构为PLC自动控制系统。

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