CN214694357U - 沸腾式气相沉积炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沸腾式气相沉积炉，包括具有封闭炉膛的炉体和用于对封闭炉膛进行加热的加热装置，炉体连接有用于将物料送入封闭炉膛的进料装置、用于将封闭炉膛物料排出的出料装置和用于将封闭炉膛中气体排出的排气装置，封闭炉膛的底部设有用于向封闭炉膛内喷射气体以将物料向上吹起的气嘴。该沸腾式气相沉积炉具有结构简单、成本低、易于操控、维护方便、包覆效率高、包覆效果好等优点。

Description

沸腾式气相沉积炉

技术领域

本实用新型涉及热处理窑炉技术领域，具体涉及一种沸腾式气相沉积炉。

背景技术

硅基负极材料因具有高容量、低脱锂电位、低成本等优势被认为是下一代锂离子电池最具潜力的负极材料。然而，硅基负极材料的规模化应用尚存在一些问题，其中之一便是如何解决硅基负极材料在锂离子电池充放电过程脱嵌锂时因体积膨胀和收缩而导致的颗粒粉化、脱落以及电化学性能失效的问题。

为改善硅基负极材料循环性能，提高材料在循环过程中的结构稳定性，通过气相沉积法生产硅碳负极材料是目前普遍认为最有可能实现产业化的方法。即在高温环境下，采用氮气为保护气，甲烷或其他碳氢气体分解出碳原子，在微米级氧化亚硅颗粒表面上沉积生成碳包覆层。

目前采用气相沉积法生产制作材料所使用的设备均为回转式气相沉积炉，回转式气相沉积炉实质为回转窑的形式，存在包覆时间长、包覆不均匀、效率低的问题。尤其是在微米级氧化亚硅等基质为易发生颗粒间聚团现象的超微粉体时，上述问题尤为突出。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低、易于操控、维护方便、包覆效率高、包覆效果好的沸腾式气相沉积炉。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种沸腾式气相沉积炉，包括具有封闭炉膛的炉体和用于对所述封闭炉膛进行加热的加热装置，所述炉体连接有用于将物料送入封闭炉膛的进料装置、用于将封闭炉膛物料排出的出料装置和用于将封闭炉膛中气体排出的排气装置，所述封闭炉膛的底部设有用于向封闭炉膛内喷射气体以将物料向上吹起的气嘴。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述封闭炉膛内安装有导料管，所述导料管与封闭炉膛的内壁之间形成有环形落料空间，所述导料管具有上下贯通以使被气嘴吹气的物料通过的导料通道，所述导料通道的下端口位于所述气嘴的正上方，所述导料通道的上端口与封闭炉膛的顶面之间留有间距。

所述导料通道呈圆柱形。

所述气嘴的表面设有一中心区域和环绕所述中心区域的环形区域，所述中心区域设有一个以上第一喷出口，所述环形区域设有多个第二喷出口，所述第一喷出口喷出的气流速度大于第二喷出口喷出的气流速度。

所述气嘴具有带有进气口的气腔，所有第一喷出口和所有第二喷出口与所述气腔连通，所述第一喷出口的开口面积小于所述第二喷出口的开口面积。

所述排气装置与封闭炉膛的连通口位于所述导料通道的上端口上方。

所述气嘴位于所述封闭炉膛的底面的中部，所述封闭炉膛的底面沿远离气嘴的方向倾斜向上延伸布置。

所述进料装置为气力式供料装置，所述气力式供料装置包括正压发送仓，所述正压发送仓连接有用于与压力气源相连的气源管路，所述正压发送仓通过进料管路与封闭炉膛连通，所述进料管路上设有用于控制进料管路通断的进料控制阀，所述正压发送仓还设有用于进料的可开闭加料口。

所述出料装置包括接收料仓和与所述接收料仓相连的抽负压风机，所述接收料仓通过出料管路与封闭炉膛连通，所述出料管路上设有用于控制出料管路通断的出料控制阀。

所述气嘴连接有供气装置，所述供气装置包括用于通入反应气体的第一进气管路和用于通入置换气体的第二进气管路，所述第一进气管路上设有用于控制第一进气管路通断的第一进气控制阀，所述第二进气管路上设有用于控制第二进气管路通断的第二进气控制阀。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的沸腾式气相沉积炉采用静止设置的封闭炉膛，并设置用于将物料送入封闭炉膛的进料装置、用于将封闭炉膛物料排出的出料装置和用于将封闭炉膛中气体排出的排气装置，同时在封闭炉膛的底部设置气嘴，配合排气装置进行排气，气嘴向封闭炉膛内喷射气体能将物料向上吹起，一方面物料被喷射的气体向上吹气后会四散开，部分物料会悬浮在封闭炉膛中，部分物料会掉落到封闭炉膛底部并被气嘴喷射出的气体重新向上吹气，物料在封闭炉膛内反复多次被吹起，形成类似于沸腾效果，使物料能够均匀、充分的与反应气体接触，形成均匀的包覆层，从而大大提高包覆效率和包覆效果；另一方面喷射出的气体对物料形成冲击作用，能将物料吹散，避免物料团聚，能够进一步提高包覆效率和包覆效果。该沸腾式气相沉积炉不需要设置转动驱动装置等精密结构，具有结构简单、成本低、易于操控、维护方便的优点。

附图说明

图1为沸腾式气相沉积炉的结构原理图。

图2为第一喷出口和第二喷出口布置在气嘴表面的结构示意图。

图例说明：

1、炉体；11、封闭炉膛；2、加热装置；3、进料装置；31、正压发送仓；32、气源管路；33、进料管路；34、进料控制阀；35、可开闭加料口；4、出料装置；41、接收料仓；42、抽负压风机；43、出料管路；44、出料控制阀；5、排气装置；6、气嘴；601、第一进气管路； 602、第二进气管路；603、第一进气控制阀；604、第二进气控制阀；605、第一加气管路； 606、第二加气管路；607、第一质量流量计；608、第二质量流量计；609、混合罐；61、第一喷出口；62、第二喷出口；7、导料管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的沸腾式气相沉积炉，包括具有封闭炉膛11的炉体1和用于对封闭炉膛11进行加热的加热装置2，炉体1连接有用于将物料送入封闭炉膛11的进料装置3、用于将封闭炉膛11物料排出的出料装置4和用于将封闭炉膛11中气体排出的排气装置5，封闭炉膛11的底部设有用于向封闭炉膛11内喷射气体以将物料向上吹起的气嘴6。该沸腾式气相沉积炉采用静止设置的封闭炉膛11，并设置用于将物料送入封闭炉膛11的进料装置3、用于将封闭炉膛11物料排出的出料装置4和用于将封闭炉膛11中气体排出的排气装置5，同时在封闭炉膛11的底部设置气嘴6，配合排气装置5进行排气，气嘴6向封闭炉膛11内喷射气体能将物料向上吹起，一方面物料被喷射的气体向上吹气后会四散开，部分物料会悬浮在封闭炉膛11中，部分物料会掉落到封闭炉膛11底部并被气嘴6喷射出的气体重新向上吹气，物料在封闭炉膛11内反复多次被吹起，形成类似于沸腾效果，使物料能够均匀、充分的与反应气体接触，形成均匀的包覆层，从而大大提高包覆效率和包覆效果，反应效率高，反应效果好；另一方面喷射出的气体对物料形成冲击作用，能将物料吹散，避免物料团聚，能够进一步提高包覆效率和包覆效果。该沸腾式气相沉积炉不需要设置转动驱动装置等精密结构，具有结构简单、成本低、易于操控、维护方便的优点。

本实施例中，封闭炉膛11内安装有导料管7，导料管7与封闭炉膛11的内壁之间形成有环形落料空间，导料管7具有上下贯通以使被气嘴6吹气的物料通过的导料通道，导料通道的下端口位于气嘴6的正上方，导料通道的上端口与封闭炉膛11的顶面之间留有间距。气嘴6喷射出的气体会裹挟物料进入导料管7的导料通道，物料沿导料通道上升并从导料管7 的上端口向四周扩散，再从导料管7与封闭炉膛11之间的环形落料空间缓缓下落，延长了物料在封闭炉膛11内运动路径，也使物料在整个封闭炉膛11内分布更加均匀，更加不易团聚，能够进一步提高包覆效率和包覆效果。

本实施例中，导料通道呈圆柱形，圆柱形的导料通道使物料能够更加均匀的导料管7的上端口(也即导料通道的上开口)向四周扩散。

本实施例中，气嘴6的表面设有一中心区域和环绕中心区域的环形区域，中心区域设有一个以上第一喷出口61，环形区域设有多个第二喷出口62，第一喷出口61喷出的气流速度大于第二喷出口62喷出的气流速度。由于第一喷出口61喷出的气流速度大于第二喷出口62 喷出的气流速度，第二喷出口62喷出的气流会向第一喷出口61喷出的气流聚集，进而裹挟被吹起的物料会向中部聚集，使更多的物料通过导料管7的导料通道，从而进一步提高包覆效率和包覆效果。优选的，中心区域和环形区域均以上述导料管7的中心线为中心，物料更易于进入导料管7的导料通道。

本实施例中，气嘴6具有带有进气口的气腔，所有第一喷出口61和所有第二喷出口62 与气腔连通，第一喷出口61的开口面积小于第二喷出口62的开口面积，参见图2。在连接同一气源的情况下，第一喷出口61的开口面积小于第二喷出口62的开口面积，即可实现第一喷出口61喷出的气流速度大于第二喷出口62喷出的气流速度，不仅使气嘴6结构简单、成本低、易于制作，且只需采用一个气源对气嘴6进行供气，也简化了供气装置。

本实施例中，排气装置5与封闭炉膛11的连通口位于导料通道的上端口上方，排气装置 5进行排气时，封闭炉膛11内气体沿向上的方向向排气装置5与封闭炉膛11的连通口流动，不仅利于物料向上运动，且可延缓物料的下落速度，使更多的物料悬浮，能进一步提高包覆效率和包覆效果。同时，物料从导料通道的上端口四散流出后，在向上流动的气流作用下，能够更加分散和更加均匀，也有利于提高包覆效率和包覆效果。

本实施例中，气嘴6位于封闭炉膛11的底面的中部，封闭炉膛11的底面沿远离气嘴6 的方向倾斜向上延伸布置，也即封闭炉膛11的底面自四周沿倾斜向下的方向延伸至气嘴6。物料落下后，会沿封闭炉膛11的底面向下滑动聚集到气嘴6上方，便于被重新吹起。优选的，封闭炉膛11的底面呈倒锥形。

本实施例中，进料装置3为气力式供料装置，气力式供料装置包括正压发送仓31，正压发送仓31连接有用于与压力气源相连的气源管路32，正压发送仓31通过进料管路33与封闭炉膛11连通，进料管路33上设有用于控制进料管路33通断的进料控制阀34，正压发送仓31还设有用于进料的可开闭加料口35。可开闭加料口35可以是通过螺栓连接在正压发送仓31上并密封正压发送仓31进口的盖板，也可以是可开闭的阀门等。从可开闭加料口35将物料加入正压发送仓31后，打开进料控制阀34使进料管路33连通，压力气源将压力气体通过气源管路32通入正压发送仓31，正压发送仓31中的物料会在气体的输送作用下经进料管路33进入封闭炉膛11，从而实现将物料送入封闭炉膛11。将预定量的物料送入封闭炉膛11后，关闭进料控制阀34使进料管路33断开，可避免影响后续的处理。该种进料装置3具有结构简单、成本低、控制简便的优点。

本实施例中，出料装置4包括接收料仓41和与接收料仓41相连的抽负压风机42，接收料仓41通过出料管路43与封闭炉膛11连通，出料管路43上设有用于控制出料管路43通断的出料控制阀44。需要出料时，打开出料控制阀44使出料管路43连通，开启抽负压风机42，即可使封闭炉膛11内的物料经出料管路43进入接收料仓41，实现物料的出料，出料完成后关闭出料控制阀44使出料管路43断开，可避免影响后续的处理。该出料装置4具有结构简单、成本低、控制简便的优点。

本实施例中，气嘴6连接有供气装置，供气装置包括用于通入反应气体的第一进气管路 601和用于通入置换气体的第二进气管路602供气装置，供气装置包括第一进气管路601上设有用于控制第一进气管路601通断的第一进气控制阀603，第二进气管路602上设有用于控制第二进气管路602通断的第二进气控制阀604。上述第一进气管路601可用于向封闭炉膛11内通入置换用的惰性气体(例如氮气)，第二进气管路602可用于向气嘴6供给吹气物料的反应气体，通过开闭第一进气控制阀603和第二进气控制阀604，可控制第一进气管路 601和第二进气管路602独立工作、互不干扰。该种供气装置能够供给两种不同的气体，满足不同阶段供给不同气体的需求，其结构简单、成本低、易于控制。

本实施例中，第二进气管路602还连接有混气装置，混气装置包括与第二进气管路602 连接的混合罐609，混合罐609连接第一加气管路605和第二加气管路606，第一加气管路 605上设有第一质量流量计607，第二加气管路606上设有第二质量流量计608，能将两种气体(例如碳氢气体和氮气)进行配比后通入混合罐609，再经第二进气管路602通至气嘴6。设置混气装置便于向气嘴6供气。

本实施例中，排气装置5与封闭炉膛11连接冷却器和与冷却器连接的除尘器，从封闭炉膛11排出的气体经冷却器冷却后，再进入到除尘器进行除尘后排出，其工作稳定可靠、寿命长，且能满足环保要求。除尘器优选的采用带有脉冲反吹系统的烧结板除尘器。在其他实施例中，排气装置5还参考现有热处理窑炉中用于排气的排气系统。

本实施例中，炉体1、加热装置2均可参考现有热处理窑炉进行配置。优选的，炉体1包括罩壳和设于罩壳内的保温层，保温层围成封闭炉膛11，罩壳采用不锈钢材料制作，保温层采用多晶纤维材料制作，保温性能好，反射率高，加热装置2采用合金电阻丝，布置在保温层上。

本实施例的沸腾式气相沉积炉用于锂离子电池硅碳负极材料的碳包覆处理时，具体步骤和工作原理如下：

一、关闭进料控制阀34、出料控制阀44、第二进气控制阀604，打开第一进气控制阀603，经第一进气管路601向封闭炉膛11内通入氮气对封闭炉膛11内进行空气置换，使封闭炉膛 11内的氮气浓度达到99.99％。

二、关闭第一进气控制阀603，打开第二进气控制阀604，经第二进气管路602向封闭炉膛11内通入预设配比的碳氢气体和氮气的混合气体。

三、打开进料控制阀34，进料装置3将锂离子电池硅碳负极材料送入封闭炉膛11，物料加入完成后关闭进料控制阀34。

四、开启加热装置2，然后打开第二进气控制阀604，经第二进气管路602向封闭炉膛 11内通入预设配比的碳氢气体和氮气的混合气体，混合气体经气嘴6喷射进入封闭炉膛11，使锂离子电池硅碳负极材料与混合气体在封闭炉膛11内反应。

五、反应完成后，调节混合气体通入流量，打开出料控制阀44，开启抽负压风机42，将反应完成的物料抽吸至接收料仓41，完成出料。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种沸腾式气相沉积炉，其特征在于：包括具有封闭炉膛(11)的炉体(1)和用于对所述封闭炉膛(11)进行加热的加热装置(2)，所述炉体(1)连接有用于将物料送入封闭炉膛(11)的进料装置(3)、用于将封闭炉膛(11)物料排出的出料装置(4)和用于将封闭炉膛(11)中气体排出的排气装置(5)，所述封闭炉膛(11)的底部设有用于向封闭炉膛(11)内喷射气体以将物料向上吹起的气嘴(6)。

2.根据权利要求1所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述封闭炉膛(11)内安装有导料管(7)，所述导料管(7)与封闭炉膛(11)的内壁之间形成有环形落料空间，所述导料管(7)具有上下贯通以使被气嘴(6)吹气的物料通过的导料通道，所述导料通道的下端口位于所述气嘴(6)的正上方，所述导料通道的上端口与封闭炉膛(11)的顶面之间留有间距。

3.根据权利要求2所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述导料通道呈圆柱形。

4.根据权利要求2所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述气嘴(6)的表面设有一中心区域和环绕所述中心区域的环形区域，所述中心区域设有一个以上第一喷出口(61)，所述环形区域设有多个第二喷出口(62)，所述第一喷出口(61)喷出的气流速度大于第二喷出口(62)喷出的气流速度。

5.根据权利要求4所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述气嘴(6)具有带有进气口的气腔，所有第一喷出口(61)和所有第二喷出口(62)与所述气腔连通，所述第一喷出口(61)的开口面积小于所述第二喷出口(62)的开口面积。

6.根据权利要求2所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述排气装置(5)与封闭炉膛(11)的连通口位于所述导料通道的上端口上方。

7.根据权利要求1所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述气嘴(6)位于所述封闭炉膛(11)的底面的中部，所述封闭炉膛(11)的底面沿远离气嘴(6)的方向倾斜向上延伸布置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述进料装置(3)为气力式供料装置，所述气力式供料装置包括正压发送仓(31)，所述正压发送仓(31)连接有用于与压力气源相连的气源管路(32)，所述正压发送仓(31)通过进料管路(33)与封闭炉膛(11)连通，所述进料管路(33)上设有用于控制进料管路(33)通断的进料控制阀(34)，所述正压发送仓(31)还设有用于进料的可开闭加料口(35)。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述出料装置(4)包括接收料仓(41)和与所述接收料仓(41)相连的抽负压风机(42)，所述接收料仓(41)通过出料管路(43)与封闭炉膛(11)连通，所述出料管路(43)上设有用于控制出料管路(43)通断的出料控制阀(44)。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的沸腾式气相沉积炉，其特征在于：所述气嘴(6)连接有供气装置，所述供气装置包括用于通入反应气体的第一进气管路(601)和用于通入置换气体的第二进气管路(602)，所述第一进气管路(601)上设有用于控制第一进气管路(601)通断的第一进气控制阀(603)，所述第二进气管路(602)上设有用于控制第二进气管路(602)通断的第二进气控制阀(604)。

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