一種鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置的製作方法

2023-07-07 02:28:31 1

本發明涉及鋰電池矽碳負極材料製作的技術領域，尤其涉及一種鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置。

背景技術：

負極材料鋰離子電池、高容量化的關鍵。目前，商品化鋰離子電池的負極材料多為炭材料，其中，人造石墨的使用雖然是主流之一，但人造石墨與電解液的相容性差、炭負極上發生有機溶劑的不可逆分解都會對電極行為產生負面影響，使石墨層發生膨脹和收縮，導致其剝落，從而降低循環效率。為了改造人造石墨這些缺陷，現有技術以人造石墨作為原料，對其進行表明改性處理，例如採用熱縮聚法對人造石墨進行包覆改性，以得到的化學性能佳，充放電效率高的負極材料。

現有技術在製作上述負極材料時，一般是將石墨和矽(氧化亞矽)在混合裝置中混合完成包覆，進入低溫窯爐裡去長時間碳化，製作設備複雜，工藝成本高。靜態包覆效果不完整，矽碳包覆後空氣不能及時排出，高溫下矽易氧化。

針對現有技術中存在的上述技術問題，目前尚未提出有效的解決方法。

技術實現要素：

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置。

為實現上述目的，本發明提供一種鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置，包括：帶有桶蓋的桶體；

所述桶體的底部設有出料口和向桶體內通入保護氣的進氣口，所述桶蓋上設有加料口和排氣口，所述排氣口上連接有尾氣收集罐，所述排氣口上安裝有用於清理排氣口積料的清理裝置；

所述桶體的軸線處設有可轉動的主軸，所述桶體內的主軸上從下至上固連有多個水平設置的攪拌棒，上下相鄰兩個所述攪拌棒交錯5-90°布置；下層至第三層攪拌棒的兩端固連有將桶體內物料沿桶體內壁向上翻的第一刀片，上兩層攪拌棒的兩端固連有將上翻的物料下壓至桶底的第二刀片。

作為本發明的進一步改進，所述進氣口與保護氣罐相連，所述排氣口上安裝有排氣管，所述排氣管的中部設有與所述尾氣收集罐相連接的通口；

所述清理裝置包括安裝在所述排氣管頂端的氣缸和滑動設置在所述排氣管內的活塞，所述氣缸通過氣缸杆與所述活塞相連；初始狀態下，所述活塞位於所述通口上方，所述尾氣收集罐與所述桶體相連通；清理狀態下，所述活塞向下運動，清理排氣口和排氣管內的積料。

作為本發明的進一步改進，所述主軸為不鏽鋼包覆碳鋼軸心形成的軸狀結構。

作為本發明的進一步改進，所述桶體內的主軸上還固連有與所述桶蓋相配合的刮刀，所述刮刀與所述桶蓋內壁之間的距離為3-50mm。

作為本發明的進一步改進，所述桶體為上直桶下錐桶的結構形式，下層至次上層的攪拌棒設置在所述錐桶內，最上層的攪拌棒設置在所述直桶內。

作為本發明的進一步改進，所述第一刀片與豎直面的夾角為20-60°，左端的第一刀片為斜向前布置，右端的第一刀片為斜向後布置；

所述第二刀片與豎直面的夾角為20-60°，左端的第二刀片為斜向後布置，右端的第二刀片為斜向前布置；

所述第一刀片和第二刀片配合俯視順時針轉動的主軸。

作為本發明的進一步改進，所述第一刀片與所述錐桶相配合，所述第一刀片與所述錐桶內壁之間的距離為3-50mm；

次上層的第二刀片與所述錐桶相配合，次上層的第二刀片與所述錐桶內壁之間的距離為3-50mm；

最上層的第二刀片與所述直桶相配合，最上層的第二刀片與所述直桶內壁之間的距離為3-50mm。

作為本發明的進一步改進，錐桶內部分攪拌棒的中部固連有將上翻的物料順著主軸下壓至桶底的第一壓刀，所述第一壓刀與豎直面的夾角為20-60°，左側第一壓刀為斜向後布置，右側第一壓刀為斜向前布置；

直桶內攪拌棒的中部固連有將上翻的物料順著主軸下壓至桶底的第二壓刀，所述第二壓刀與豎直面的夾角為20-60°，左側第二壓刀為斜向後布置，右側第二壓刀為斜向前布置。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明提供一種鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置，通過第一刀片和第二刀片，桶體內的物料可沿著桶體內壁向上翻到達最高點，再順著主軸下壓到桶底，形成循環；使反應充分，避免了物料靜止，提高了包覆效果；通過進氣口中向桶體內通入保護氣，置換桶體內的空氣，避免納米矽與空氣中的氧氣反應形成氧化矽，從而保護負極矽顆粒的包覆；通過清理裝置及時清理排氣口的積料，使排氣口排氣順暢，不積料。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例公開的鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置的結構圖；

圖2為圖1中清理裝置在清理狀態下的示意圖；

圖3為圖1中最上層攪拌棒的側視圖。

圖中：

10、桶體；11、桶蓋；12、直桶；13、錐桶；14、排氣管；15、通口；20、尾氣收集罐；30、清理裝置；31、氣缸；32、活塞；33、氣缸杆；40、主軸；41、攪拌棒；42、第一刀片；43、第二刀片；44、刮刀；45、第一壓刀；46、第二壓刀；50、加熱爐。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細描述：

為解決現有技術中包覆不夠均勻、矽材料容易被氧化等問題，如圖1-3所示，本發明提供一種鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置，包括：桶體10、尾氣收集罐20、清理裝置30、攪拌裝置和加熱爐50；其中：

本發明的桶體10的外部設有加熱爐50，加熱爐50用於加熱桶體10；桶體10採用上直桶12下錐桶13的結構形式，可防止桶體10內部積料的問題，每次加料的最適加料量為錐桶13的體積。桶體10的底部設有出料口(圖中未示出)和向桶體內通入保護氣的進氣口(圖中未示出)，出料口處設有配合設有閥門，保護氣可選用氮氣，通過向桶體10內通入氮氣，與桶體和物料中的空氣充分替換，避免納米矽與空氣中的氧氣反應形成氧化矽，從而保護負極矽顆粒的包覆。桶體10的上端開口處扣有桶蓋11，桶蓋11上設有物料進料口、廢氣排氣口和檢修口(圖中未示出)；通過物料進料口向桶體內加入石墨、納米矽和瀝青等物料，物料反應產生的廢氣(氮氣和焦油氣等)通過排氣口進行排出。

本發明的排氣口上安裝有排氣管14，排氣管14的中部設有與尾氣收集罐20相連接的通口15；清理裝置30密封排氣管14的頂端，避免廢氣從排氣管14頂端排出；清理裝置30具體包括安裝在排氣管14頂端的氣缸31和滑動設置在排氣管14內的活塞32，活塞32的下端面與桶蓋11相配合，氣缸31通過氣缸杆33與活塞32相連；如圖1所示，初始狀態下，活塞,3位於通口15上方，尾氣收集罐20與桶體10相連通，桶體10內產生的高溫氣體經由排氣口、排氣管14、通口15進入尾氣收集罐20中，高溫尾氣(焦油氣等)經尾氣收集罐20冷凝變成液態，收集在尾氣收集罐20的底部，可自行排出；高溫尾氣(保護氣等)可經尾氣收集罐20頂部的開口進入相應的收集罐中；當需要清理排氣口處積料時，氣缸31帶動活塞32向下運動，清理排氣口和排氣管內的積料，如圖2所示。氣缸31帶動活塞32往復運動，使排氣口排氣順暢、不積料。

如圖1、3所示，本發明在桶體10內設有用於充分攪拌物料的攪拌裝置，攪拌裝置包括主軸40和攪拌棒41；其中，主軸40設置在桶體10的軸線處，主軸40為內部碳鋼軸心，碳鋼軸心外部包覆有不鏽鋼；主軸40自上至下插入桶體內，且上下可調整；主軸40的上端連接有電機和減速機(圖中未示出)，帶動主軸轉動；主軸的下端位於桶體(錐桶)底部；主軸40與桶蓋11的連接處填充有保溫材料，且在桶蓋11頂部的主軸位置處設有氣體保護腔(圖中未示出)，氣體保護腔內充有大於桶體內氣壓的保護氣，可避免桶體10內的廢氣或灰塵順著主軸40進入減速機中，損壞減速機；本發明還在桶蓋頂部的主軸位置處設有水浴冷凝器，主軸穿過水浴冷凝器中，對主軸進行降溫。

本發明桶體內的主軸40上固連有與桶蓋11相配合的刮刀44，刮刀與桶蓋內壁之間的距離為3-50mm。

本發明桶體內的主軸40上從下至上固連有多個水平設置的攪拌棒41，攪拌棒41的長短與錐桶相配合，攪拌棒41的中部固連在主軸上，上下相鄰兩個攪拌棒交錯5-90°布置，保證攪拌物料時受力均勻。下層至次上層的攪拌棒41設置在錐桶13，最上層的攪拌棒設置在直桶12內。下層至第三層攪拌棒的兩端固連有將桶體內物料沿桶體內壁向上翻的第一刀片42，更具體的：第一刀片42與豎直面的夾角為20-60°，左端的第一刀片42為斜向前布置，右端的第一刀片42為斜向後布置，即；當左端旋轉至右端時，左端的第一刀片42與右端的第一刀片42相重合；為了實現第一刀片42向上翻料的效果，上述第一刀片42的結構布置配合俯視順時針旋轉的主軸40；為了保證第一刀片42對錐桶內物料更優的翻料效果，第一刀片42的形狀與錐桶相配合，第一刀片42與錐桶13內壁(次底層至第三層第一刀片42與錐桶側壁、最底層第一刀片42與錐桶側壁和底壁)之間的距離為3-50mm。上兩層攪拌棒41的兩端固連有將上翻的物料下壓至桶底的第二刀片43，第二刀片與豎直面的夾角為20-60°左端的第二刀片43為斜向後布置，右端的第二刀片43為斜向前布置；上述第二刀片43的方向與第一刀片42的方向相反，在主軸轉動的過程中，第二刀片43可將上翻的物料下壓，避免上翻的物料濺至太高而造成排氣口積料；次上層的第二刀片43與錐桶13相配合，次上層的第二刀片43與錐桶13內壁之間的距離為3-50mm；最上層的第二刀片43與直桶12相配合，最上層的第二刀片43與直桶12內壁之間的距離為3-50mm。

為了配合第二刀片43實現將上翻的物料順著主軸下壓至桶底的壓料效果，本發明在錐桶13內部分攪拌棒41的中部固連有將上翻的物料順著主軸下壓至桶底的第一壓刀45，第一壓刀45與豎直面的夾角為20-60°，左側第一壓刀45為斜向後布置，右側第一壓刀45為斜向前布置；直桶12內攪拌棒41的中部固連有將上翻的物料順著主軸下壓至桶底的第二壓刀46，第二壓刀46與豎直面的夾角為20-60°，左側第二壓刀46為斜向後布置，右側第二壓刀46為斜向前布置。為了提高壓刀的強度，第一壓刀45、第二壓刀46可設計成三角形。

結合附圖1、3對本發明的攪拌裝置做以下詳細說明：

本發明的主軸40上共設有6根攪拌棒41，上下相鄰攪拌棒41呈90°交錯布置；第一根攪拌棒41設置在直桶12內，第一根攪拌棒41的左端設有斜向後的第二刀片43，第一根攪拌棒41的左中部設有斜向後的第二壓刀46，第一根攪拌棒41的右端設有斜向前的第二刀片43，第一根攪拌棒41的右中部設有斜向前的第二壓刀46；第二至第六根攪拌棒41設置在錐桶13內，第二根攪拌棒41的左端設有斜向後的第二刀片43，第二根攪拌棒41的左中部設有斜向後的第一壓刀45，第二根攪拌棒41的右端設有斜向前的第二刀片43，第二根攪拌棒41的右中部設有斜向前的第一壓刀45；第三至第六根攪拌棒41的左端設有斜向前的第一刀片42，右端設有斜向後的第一刀片42；為了保證中部物料的積塊，第三至第四根攪拌棒41的左中部設有斜向後的第一壓刀45，斜向後的第一壓刀45與左端第一刀片42之間的距離為100-300mm，若第一刀片42至主軸的距離較短時，則無需安裝第一壓刀45；第三至第四根攪拌棒41的右中部設有斜向前的第一壓刀45，斜向前的第一壓刀45與右端第一刀片42之間的距離為100-300mm，第一壓刀45的位置可與第二壓刀46的位置相配合。在主軸40俯視順時針轉動時，第一刀片42將物料從桶底順著桶內壁向上翻到達最高點，第二刀片43、第一壓刀45和第二壓刀46將錐桶13中上翻的物料下壓至桶底，配合第一刀片42實現物料在錐桶內的閉式循環。

本發明的刀片採用特殊形狀及排布方式使物料在桶體內充分的翻滾流動(物料從桶底順著桶內壁向上翻到達最高點，再順著主軸下壓到桶底，形成循環)，使高溫時反應散發出來的焦油等尾氣能順暢的排出排氣口；使物料在腔體內充分的運動起來，起到反應充分，消除物料靜止的情況發生，加高腔體，使物料不易飛揚至排氣口，從而減少排氣口堵塞現象。

本發明還提供一種基於鋰電池矽碳負極材料碳包覆裝置的矽碳負極材料的製備方法，包括：

從進料口中向桶體內加入石墨、納米矽(氧化亞矽)和瀝青，經矽碳負極材料的製備工藝升溫曲線後，從出料口出料；

整個過程持續攪拌，持續從進氣口中向桶體內通入保護氣，置換桶體內的空氣。

以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。