CN220969311U - 石墨材料加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种石墨材料加工设备，该石墨材料加工设备包括整形主机、投料仓、分级仓、集尘器和风控组件，所述投料仓经第一管道与所述整形主机连通，所述分级仓经第二管道与所述整形主机连通，且所述分级仓经第三管道与所述第一管道连通，所述集尘器与所述分级仓连通，所述风控组件用于使所述整形主机、所述分级仓、所述集尘器、所述第一管道、所述第二管道及所述第三管道之间形成空气流。本申请的石墨材料加工设备利用其特殊的整形原理在控制物料比表面积的同时提升物料的振实，且提高了收率。

Description

石墨材料加工设备

技术领域

本申请涉及石墨加工技术领域，具体涉及一种石墨材料加工设备。

背景技术

锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点,受到广大新能源企业的追捧，石墨类材料作为负极材料，目前在商品化锂离子电池仍然占主导地位，其中充放电容量高、充放电平台高、来源广泛、成本低的天然石墨因这些优点而得到广泛应用，但首次不可逆容量损失大和循环过程中容量衰减快是天然石墨的两个致命缺点，因此，需要对天然石墨材料表面进行改性处理来改善天然石墨的电化学性能，而各种改性石墨首先要将天然鳞片石墨进行粉碎并分级加工成球形颗粒,以提高振实密度,降低比表面积。

现有技术中，有一种对天然石墨材料表面进行改性处理的方式为：将天然鳞片石墨经过5台串联气流粉碎机组和14台串联球化机组处理后,制备出球形石墨,该方式需要使天然石墨需要多次粉碎、整形等工序后才能制备出球形石墨；还有一种对天然石墨材料表面进行改性处理的方式为：将粗粉与细粉分级，单独对大颗粒进行循环粉碎，最后再掺混整形，但是这种方式虽然可以使产品收率得到提升且振实得到提升，但比表面积会随振实的提升而快速增大。

因此，随着近年来，鳞片石墨质量不断下降，比表面积不断增大，一种新型的高收率、且在提升振实的同时能够控制比表面积的整形加工设备的开发迫在眉睫。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本申请的主要目的在于提供一种石墨材料加工设备，采用该石墨材料加工设备加工鳞片石墨时，能够提升球形石墨的收率及振实，且降低比表面积。

为了实现上述目的，本申请具体采用以下技术方案：

本申请提供了一种石墨材料加工设备，所述石墨材料加工设备包括：

整形主机；

投料仓，所述投料仓经第一管道与所述整形主机连通；

分级仓，所述分级仓经第二管道与所述整形主机连通，且所述分级仓经第三管道与所述第一管道连通；

集尘器，所述集尘器与所述分级仓连通；

风控组件，所述风控组件用于使所述整形主机、所述分级仓、所述集尘器、所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道之间形成空气流。

在一些实施例中，所述分级仓位于所述整形主机的上方，所述第三管道与所述第一管道连接的一端的水平位置低于所述第三管道与所述分级仓连接的一端的水平位置。

在一些实施例中，所述整形主机包括外壳、转轴、第一整形组件、第二整形组件和电机，所述转轴可转动地设置于所述外壳内，所述电机与所述转轴连接，用于驱动所述转轴转动，所述第一整形组件套设于所述转轴，所述第二整形组件设置于所述外壳内壁。

在一些实施例中，所述第一整形组件包括锤头盘和多个锤头，所述锤头盘设置于外壳内并套设于所述转轴，多个所述锤头沿所述锤头盘的周向间隔分布于所述锤头盘，且各所述锤头的长度沿所述锤头盘的径向延伸。

在一些实施例中，所述第二整形组件包括多个衬板和多个磨柱，多个所述衬板沿所述外壳的周向间隔分布于外壳的内壁，多个所述磨柱沿所述外壳的周向间隔分布于外壳的内壁，且多个所述磨柱分别位于各所述衬板之间。

在一些实施例中，所述第一整形组件和所述第二整形组件分别设有多个，多个所述第一整形组件沿所述转轴的轴向间隔套设于所述转轴，多个所述第二整形组件沿所述外壳的轴向间隔分布于所述外壳的内壁。

在一些实施例中，所述风控组件包括风机、第一风阀、第二风阀、插板阀和球阀，所述风机连接于所述集尘器，所述第一风阀设置于所述第一管道靠近所述整形主机的一端，所述第二风阀设置于所述第一管道与所述第三管道的连接处，所述插板阀设置于所述分级仓，所述球阀设置于所述第二管道靠近所述整形主机的一端。

在一些实施例中，所述石墨材料加工设备还包括三通阀，所述三通阀设置于所述分级仓与所述第二管道的连接处。

在一些实施例中，所述石墨材料加工设备还包括卸料阀，所述卸料阀设置于所述投料仓和所述第一管道的连接处。

在一些实施例中，所述石墨材料加工设备还包括集尘关风机，所述集尘关风机设置于所述集尘器的排料口处。

相比于现有技术，本申请的石墨材料加工设备包括整形主机、投料仓、分级仓、集尘器和风控组件，投料仓经第一管道与整形主机连通，分级仓经第二管道与整形主机连通，且分级仓经第三管道与第一管道连通，集尘器与分级仓连通，风控组件用于使整形主机、分级仓、集尘器、第一管道、第二管道及第三管道之间形成空气流，本申请的石墨材料加工设备利用其特殊的整形原理在控制物料比表面积的同时提升物料的振实，且提高了收率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的石墨材料加工设备的结构示意图。

图2为图1中的整形主机、投料仓及分级仓的结构示意图。

图3为图1中的整形主机的局部剖视图。

图4为鳞片石墨加工过程的过程料电镜图。

附图标识：

1、整形主机；11、外壳；12、转轴；13、第一整形组件；131、锤头盘；132、锤头；14、第二整形组件；141、衬板；142、磨柱；2、投料仓；3、分级仓；4、集尘器；5、风控组件；51、风机；52、第一风阀；53、第二风阀；54、插板阀；55、球阀；6、第一管道；7、第二管道；8、第三管道；9、第四管道；10、第五管道；101、三通阀；102、卸料阀；103、集尘关风机。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上，术语“多种”是指两种或两种以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

现有加工鳞片石墨的工艺，在控制比表面积和提升振实时会出现矛盾的情况，提升振实需要将设备的工作频率降低，减轻物料碰撞时的作用力，用很小的力在不损坏物料表面形貌的情况下对物料颗粒进行整形，这一过程往往需要通过多台设备串联才能达到最终结果，如果单遍整形过度则会造成物料比表面积迅速增大的现象，因此，采用现有工艺加工鳞片石墨时，比表面积普遍偏大，鳞片石墨收率一般仅能提升至70％，另外现有的鳞片石墨加工工艺对人力物力需求较大，操作不方便，维修保养任务繁重。而本申请的设备通过单机循环整形，物料通过整形主机中的特殊锤头、衬柱等配件进行整形，可以实现单机替代多台设备提升振实的效果，降低比表面积，同时提升总体收率，鳞片石墨收率能够提升至90％。

本申请整套工艺摒除了原本天然球形石墨，产量低能耗大的工艺，采取粉碎和新型整形相结合的工艺进行球形石墨高收率生产，物料经过粉碎达到需要的粒度(D50＝6μm～15μm)，然后利用整形设备进行整形。具体地，经过初次粉碎后，制作出符合最终粉碎结果要求的小颗粒，D50为10μm-35μm，由气体输送装置输送至储料罐进行储存，为后阶段的整形环节提供物料，以下描述中，物料可以为天然石墨，包括鳞片石墨和结晶石墨。

参照图1和图2所示，本申请的实施例公开了一种石墨材料加工设备，该石墨材料加工设备包括整形主机1、投料仓2、分级仓3、集尘器4和风控组件5，投料仓2位于整形主机1的上方并经第一管道6与整形主机1连通，分级仓3位于整形主机1的上方并经第二管道7与整形主机1连通，且分级仓3经第三管道8与第一管道6连通，第三管道8与第一管道6连接的一端的水平位置低于第三管道8与分级仓3连接的一端的水平位置。集尘器4经第四管道9与分级仓3连通。风控组件5用于使整形主机1、分级仓3、集尘器4、第一管道6、第二管道7和第三管道8之间形成空气流。

在对鳞片石墨进行整形时，启动风控组件5，使管道内形成管道风(空气流)，再通过投料仓2投入物料，使物料在管道风的作用下经第三管道8流入分级仓3内进行分级，在分级仓内，被分选出的细粉在管道风的作用下被带入集尘器4内收集，而被分选出的大颗粒物料经第二管道7落入整形主机1内进行整形。在整形主机1进行整形时，颗粒大的物料继续保留在整形主机1内整形，而小颗粒物料及细粉在管道风的作用下经第一管道6、第三管道8进入分级仓3再次进行分级，被分选出的细粉在管道风的作用下经第四管道9流入集尘器4内收集，而被选出的较大颗粒物料再次经第二管道7流入整形主机1继续整形，如此循环整形，最终得到所需的球形石墨。其中，在物料刚投料时，由于振实比较小，即物料的重力比较小，因此，在管道风的作用下能够经第三管道8流入分级仓3内进行分级，再流入整形主机1内进行整形；而经整形主机1整形后的物料的振实被提升，则被分选出的大颗粒物料由于振实较大，即重力较大，会被继续保留在整形主机1内整形，只有振实小的小颗粒物料及细粉在管道风的作用下经第一管道6、第三管道8进入分级仓3再次进行分级。

参照图3所示，分级仓3包括精密分级轮，以通过精密分级轮对物料进行分级。整形主机1包括外壳11、转轴12、第一整形组件13、第二整形组件14和电机，外壳11呈柱状结构，其内部设有容纳腔，转轴12可转动地设置于外壳11的容纳腔内，且转轴12沿外壳11的轴向延伸。电机与转轴12连接，用于驱动转轴12绕其轴向转动。第一整形组件13和第二整形组件14分别设有多个，多个第一整形组件13均设置于外壳11内并沿转轴12的轴向间隔套设于转轴12，多个第二整形组件14沿外壳11的轴向间隔分布于外壳11的内壁。

具体地，各个第一整形组件13分别包括锤头盘131和多个锤头132，锤头132的个数可以为例如大于或等于50。锤头盘131设置于外壳11的容纳腔内并套设于转轴12，多个锤头132沿锤头盘131的周向均匀地间隔分布于锤头盘131，且各锤头132的长度沿锤头盘131的径向延伸。各第二整形组件14分别包括多个衬板141和多个磨柱142，多个衬板141沿外壳11的周向间隔分布于外壳11的内壁，多个磨柱142沿外壳11的周向间隔分布于外壳11的内壁，且多个磨柱142分别位于各衬板141之间。可以理解，整形组件并不限于锤头衬板结构，也可以为棒销结构、辊压结构等。

在整形主机1对物料进行整形的过程中，在物料流动的过程中，整形主机1转动给物料提供一个逆向流动的力，这个力与物料的流动方向相反，将物料限制在设备中，阻止大颗粒的物料进入上方分级仓3分级，大颗粒物料会在整形主机1的工作区域内进行充分的整形，粒度较小的小颗粒物料以及细粉比较容易被风带走，这一部分物料会被风运送至分级仓3。当空气流携带着较轻的小颗粒以及细粉来到分级仓3进行分级时，一些毛细粉可以通过分级仓的气封，由最后端的集尘器4进行物料收集，另一部分分选出的较大的颗粒可以从分级仓3下方返回整形主机1，再次参与整形，该过程会形成一个循环的通路。

传统的鳞片石墨加工工艺中，整形次数少、效果差，物料在设备内会经过短时间的剧烈碰撞，该种碰撞形式会损坏物料的表面，在物料逐渐趋于球形的同时，表面被不断的剥离，导致比表面积偏大严重，振实提升幅度较小。本实施例在整形主机1整形时，物料经过锤头132的打击以产生碰撞、剪切、挤压的作用力，从而使物料形状被逐渐修饰成球形，同时被锤头132弹开的物料与衬板141碰撞，在衬板141的缝隙中形成小的涡流，带动物料与物料之间进行碰撞增加整形效果，同时物料不断经过磨柱142的打磨，表面得到修饰，比表面积可以得到很好的控制，物料因碰撞掉落的细粉将被空气流带至分级仓3处进行分级，较重物料会留在整形主机1的腔体内继续整形。本实施例通过设备内部的特殊结构加工物料，对物料进行了万次级别的形貌修饰，相较于传统工艺涡流旋风粉碎磨的单次剧烈整形，本申请的设备有着整形效果好，物料在设备中碰撞次数多，碰撞力度小的优点，其可以在保证物料比表面积无明显增大趋势的情况下，不断修饰物料颗粒的形貌，使其球形度不断变好。

继续参照图1所示，风控组件5包括风机51、第五管道10、第一风阀52、第二风阀53、插板阀54和球阀55，风机51经第五管道10连接于集尘器4，第一风阀52设置于第一管道6靠近整形主机1的一端，第二风阀53设置于第一管道6和第三管道8的连接处，插板阀54设置于分级仓3的进风口处，球阀55设置于第二管道7靠近整形主机1的一端。在启动风机51时，通过调节上述各风阀可以调节设备内的风速及风向，从而控制物料在整个设备系统内的流向及流速。其中，分级仓的分选能力以及整形设备中物料浓度的高低，有利于对整形物料的细节进行调整。

进一步地，物料进入设备后，在设备内顺时针循环风的携带下，物料先被输送至分级仓3，在插板阀54的作用下进行分散，并上升至分级仓3的分级区进行分级，细粉通过分级仓3的分级轮进入后方的集尘器4，粗粉落下，被空气流携带至整形主机1进行整形，经过整形后的粗粉和细粉被空气流携带至分级仓3内再次进行分级。不同于传统工艺中物料只经过一次整形然后被外分级以及旋风收料，气体输送至下一设备再进行整形，本实施例的设备仅通过物料在单台设备中的不断循环整形分级加工，在设定时间内，制作出高收率球形石墨产品。

举例说明，本实施例的设备能够加工D50区间在6μm-25μm的粉碎物料，制作D50区间在8μm-23μm的球形石墨，比表面积可以控制在≤6.5m²/g(D50在17μm左右)，≤10m²/g(D50在10微米左右)，单一产品整形收率≥75％，综合原料收率＞85％。

继续参照图1所示，该石墨材料加工设备还包括三通阀101、卸料阀102和集尘关风机103，三通阀101设置于分级仓3与第二管道7的连接处，卸料阀102设置于投料仓2和第一管道6的连接处，集尘关风机103设置于集尘器4的排料口处。

具体应用场景，在物料进入设备前，启动整形主机1、分级仓3及风控组件5，使设备整形循环通路内充满管道风；物料经称重投料仓2投进入设备，被管道风带至分级仓3的腔体内，在分级仓3的腔体上的插板阀54的作用下，物料开始分散成旋涡状上升至分级仓3周围进行分级，细粉通过分级仓3，被风机51带到后方的集尘器4中进行储存，振实较高的颗粒，从分级仓3中部的真空区域下落至整形主机1中，物料在整形主机1内进行整形，提升振实，期间物料在整形主机1中受力碰撞所产生的新的细粉也会随着设备另一端的出口通路被吸出，沿管道返回分级仓3中进行再次分级，以此达到细粉在设备中循环流动，粗颗粒持续在整形主机1中整形，最终修饰为符合要求的球型石墨。在系统设置的整形时间结束后，分级仓3下部的插板阀会自动关闭，整形主机1内的物料从第一管道6被抽至分级仓3下方的锥形漏斗内储存，三通阀101打开，物料从锥形漏斗中放出，整个整形过程结束。

本申请采用循环整形工艺，鳞片石墨物料通过投料仓2投料，打开卸料阀102，物料在管道风的作用下先进入分级仓3进行分级(现有工艺是物料先通过主机再进入分级)，在第一次分级中，分出的细粉占整个过程中被分出设备尾料的80％，且分级较精细，经过第一次分级后的物料下落，通过三通阀101、第二管道7进入整形主机1进行整形，物料在整形主机中1受到锤头132的打击、锤头132和磨柱142之间的挤压以及物料和衬板141之间产生涡流进行打磨，完成物料振实的提升以及比表面积的优化。在整形过程中，物料受锤头打击脱落的细粉被管道风带走，通过分级仓3进入后方的集尘器4，被挡下的物料回到整形主机1内继续整形，按此次序，物料在规定时间内经过循环整形。不同于传统的循环整形设备，本申请的设备在物料第一次分级时相当于一个连续式整形设备，主要起到分级作用，在物料经过分级进入整形主机1后，振实高的球形物料会在整形主机1中持续整形，由于设备分级仓的水平位置较高，且主送料方向与管道风送料方向相反，在整形过程中球形物料基本留在设备中进行整形，仅细粉被分出进入分级仓3，以在保证细粉不影响整形的同时保持高收率。

实施例1

鳞片石墨经过粉碎后，得到粒度D50为15μm-20μm物料，物料由集尘器输送至储料罐，粉碎物料在储存罐中储存到一定的量后再被定量输送至整形设备的投料仓2内。

混匀物料由气体输送系统运输至整形设备投料仓2，投料量按照给定投料量进行输入投料，物料进入石墨材料加工设备，被管道风带至分级仓3的腔体内，在设于分级仓3的插板阀54的作用下，物料开始分散成旋涡状上升至分级仓3周围进行分级，细粉通过分级仓3被风机51带到后方的集尘器4中进行储存，振实较高的颗粒，从分级仓3中部的真空区域下落至整形主机1中，物料在整形主机1内受到锤头的打击、锤头和磨柱之间的挤压以及物料和衬板之间产生涡流进行打磨，完成物料振实的提升以及比表的优化，期间物料在主机中受力碰撞所产生的新的细粉也会随着设备另一端的出口通路被吸出，沿管道返回分级仓3中进行再次分级，以此达到细粉在设备中循环流动，粗颗粒持续在整形主机1中整形，最终修饰为符合要求的球型石墨。在系统设置的整形时间结束后，插板阀54会自动关闭，整形主机1内的物料从投料仓2下方的第一管道6被抽至分级仓3下部的锥形漏斗内储存，打开三通阀101，物料从锥形漏斗中放出，整个整形过程结束，参照图4所示，

本实施例中，振实提升越高，粒度越窄但同时收率会有所降低，因此需要把控好处理时长，在留够提升振实时间的情况下尽量把时间压缩，来获得更高的收率，D50＝15μm-25μm的颗粒经过整形加工后D90/D10≤2.5μm，物料振实可提升至≥0.93g/ml，比表面积≤6.5m²/g，物料收率较目前市场上存在工艺提升30％，单一产品收率可提升至≥80％，且尾料可通过该设备继续整形制作其他小粒度产品，并且尾料转化成品率一般≥50％，合并总物料利用率可达90％以上，拥有很高的开发利用价值。

对比例1：

传统生产工艺的单一产品收率在50％左右，本申请可将收率提升至75％以上，且可以保证产品D50为8μm-30μm粒度符合振实在0.9g/cm²以上，同时经过球化设备球化的物料的首效容量等数据都占优，参照表1所示，表1为现有工艺加工出的球形石墨成品与本实施例工艺加工出的球形石墨成品的参数对比。

表1

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种石墨材料加工设备，其特征在于，包括：

整形主机；

投料仓，所述投料仓经第一管道与所述整形主机连通；

分级仓，所述分级仓经第二管道与所述整形主机连通，且所述分级仓经第三管道与所述第一管道连通；

集尘器，所述集尘器与所述分级仓连通；

风控组件，所述风控组件用于使所述整形主机、所述分级仓、所述集尘器、所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道之间形成空气流。

2.根据权利要求1所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述分级仓位于所述整形主机的上方，所述第三管道与所述第一管道连接的一端的水平位置低于所述第三管道与所述分级仓连接的一端的水平位置。

3.根据权利要求1所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述整形主机包括外壳、转轴、第一整形组件、第二整形组件和电机，所述转轴可转动地设置于所述外壳内，所述电机与所述转轴连接，用于驱动所述转轴转动，所述第一整形组件套设于所述转轴，所述第二整形组件设置于所述外壳内壁。

4.根据权利要求3所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述第一整形组件包括锤头盘和多个锤头，所述锤头盘设置于外壳内并套设于所述转轴，多个所述锤头沿所述锤头盘的周向间隔分布于所述锤头盘，且各所述锤头的长度沿所述锤头盘的径向延伸。

5.根据权利要求3所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述第二整形组件包括多个衬板和多个磨柱，多个所述衬板沿所述外壳的周向间隔分布于外壳的内壁，多个所述磨柱沿所述外壳的周向间隔分布于外壳的内壁，且多个所述磨柱分别位于各所述衬板之间。

6.根据权利要求3所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述第一整形组件和所述第二整形组件分别设有多个，多个所述第一整形组件沿所述转轴的轴向间隔套设于所述转轴，多个所述第二整形组件沿所述外壳的轴向间隔分布于所述外壳的内壁。

7.根据权利要求1～6任一项所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述风控组件包括风机、第一风阀、第二风阀、插板阀和球阀，所述风机连接于所述集尘器，所述第一风阀设置于所述第一管道靠近所述整形主机的一端，所述第二风阀设置于所述第一管道与所述第三管道的连接处，所述插板阀设置于所述分级仓，所述球阀设置于所述第二管道靠近所述整形主机的一端。

8.根据权利要求7所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述石墨材料加工设备还包括三通阀，所述三通阀设置于所述分级仓与所述第二管道的连接处。

9.根据权利要求7所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述石墨材料加工设备还包括卸料阀，所述卸料阀设置于所述投料仓和所述第一管道的连接处。

10.根据权利要求1所述的石墨材料加工设备，其特征在于，所述石墨材料加工设备还包括集尘关风机，所述集尘关风机设置于所述集尘器的排料口处。