CN108993356B - 一种硅负极材料膨胀体积消除装置及其消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硅负极材料膨胀体积消除装置，包括底板，所述底板上表面固定安装有接料箱、清洗箱和中和箱，所述中和箱上表面固定安装有体积消除箱；所述中和箱侧壁上布置有排液管；所述清洗箱上倾斜安装有一端位于所述清洗箱内、另一端伸出所述清洗箱的刮板输送机，所述清洗箱的箱壁上布置有进水管和出水管。有益效果在于：本发明所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置及其消除方法能够实现连续生产作业而不间断，故生产效率高，能够满足硅负极材料强酸碱处理企业工业化生产使用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及硅负极材料领域，具体涉及一种硅负极材料膨胀体积消除装置及其消除方法。
背景技术
硅材料作为锂离子电池负极材料，具有最高的理论比容量4200mAh/g并因此一直受到人们的青睐，然而在充放电过程中，硅负极材料会产生巨大的体积膨胀效应，容易导致电极材料的粉化、脱落，这严重影响了硅负极材料的电化学性能。
目前，针对硅负极材料体积膨胀效应的缺点，有许多改良的方法，比如对硅负极材料进行强酸、强碱处理，通过强酸、强碱的腐蚀造孔，可以有效的缓解硅负极材料的体积膨胀效应。但是，目前市场上常见的硅负极材料膨胀体积消除装置在实际使用过程中仍存在一些问题。
比如申请号为201720632211.6的中国专利，公开了一种硅负极材料强酸碱处理的小型设备，包括支架、反应装置、收料装置和液体回收处理装置，所述反应装置固定安装在支架上端部，所述收料装置固定安装在反应装置的下端部，所述液体回收处理装置固定安装在收料装置的下端部；所述液体回收处理装置包括液体回收处理箱体、管道a、抽滤真空泵和液体回收口，所述液体回收处理箱体通过管道a连接有一抽滤真空泵，所述液体回收处理箱体的下端部还开设有一液体回收口。
虽然上述硅负极材料强酸碱处理的小型设备能够对硅负极材料进行腐蚀造孔，缓解硅负极材料的体积膨胀效应，但是其在实际使用过程中无法连续生产，每次加注硅负极材料和反应液后需要待其充分反应并将反应完毕的硅负极材料全部取出后才能再次加注下一批硅负极材料和反应液，生产没有连续性，因此生产作业效率较低，不适用于硅负极材料强酸碱处理企业工业化生产使用。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种硅负极材料膨胀体积消除装置及其消除方法，以解决现有技术中传统的硅负极材料膨胀体积消除装置无法实现连续作业，生产效率低，无法工业化应用等问题。本发明提供的诸多技术方案中优选的技术方案能够实现连续生产作业而不间断，故生产效率高，能够满足硅负极材料强酸碱处理企业工业化生产使用的需求等技术效果，详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，包括底板，所述底板上表面固定安装有接料箱、清洗箱和中和箱，所述中和箱上表面固定安装有体积消除箱；
所述中和箱侧壁上布置有排液管；
所述清洗箱上倾斜安装有一端位于所述清洗箱内、另一端伸出所述清洗箱的刮板输送机，所述清洗箱的箱壁上布置有进水管和出水管；
所述体积消除箱侧面安装有用于向所述刮板输送机上供料的下料管；所述体积消除箱底面上安装有与所述中和箱内部连通的出液管；所述体积消除箱内壁上倾斜安装有用于向所述下料管输送硅负极材料的筛板，所述筛板上方布置有两个分别与所述体积消除箱前后内壁固定连接的带式输送机，两个所述带式输送机上的输送带之间固定连接有安装带，所述安装带上安装有多个反应筒；所述体积消除箱上表面安装有储液箱和上料斗，所述储液箱下端安装有用于向所述反应筒内注入反应液的进液管，所述上料斗下端安装有用于向所述反应筒内注入硅负极材料的上料管，所述进液管和所述上料管上安装有控制阀；
所述反应筒包括与所述安装带表面垂直固定连接的筒体和滚动安装在所述筒体内的搅拌器，所述搅拌器下端从所述筒体下端伸出并与齿轮固定连接；
所述体积消除箱内壁上固定安装有支撑杆，所述支撑杆上固定安装有多条与所述齿轮啮合连接的齿条。
作为优选，所述进水管位于所述清洗箱的箱壁上端；
其中，所述出水管位于所述清洗箱的箱壁下端。
作为优选，所述体积消除箱内侧底面和内壁之间倾斜安装有与所述出液管连通的引流板。
作为优选，所述筒体外部紧套有固定圈，所述固定圈镶嵌在所述安装带上。
作为优选，所述下料管下端出口位于所述刮板输送机倾斜向下的一端的正上方；
其中，所述刮板输送机倾斜向下的一端支撑固定在所述清洗箱内箱底上。
作为优选，多个所述反应筒在所述安装带上呈矩形阵列分布；
其中，所述进液管和所述上料管数量与所述安装带上一列所述反应筒的数量相等；
其中，多个所述进液管和所述上料管在一列所述反应筒的正上方呈前后一字形排列。
作为优选，所述支撑杆数量有多根；
其中，多条所述齿条固定安装在多根所述支撑杆上；
其中，所述齿条的数量与所述安装带上布置的所述反应筒的行数相等；
其中，每条所述齿条与一列所述反应筒下方的所述齿轮啮合。
一种硅负极材料膨胀体积消除方法，使用权利要求1-7任意一项所述的硅负极材料膨胀体积消除装置执行以下步骤：
步骤一：将硅负极材料和反应液分别加入上料斗和储液箱内，然后将与反应液能够发生中和反应的溶液加入中和箱内，最后，打开进水管和出水管向清洗箱内注入清水；
步骤二：启动带式输送机和刮板输送机，所述带式输送机带动安装带与输送带同步转动，当一列反应筒来到一列上料管和一列进液管的正下方时，控制所述带式输送机临时停止转动，然后打开控制阀，通过一列所述上料管和一列所述进液管向一列所述反应筒内注入硅负极材料和反应液，然后再控制所述带式输送机继续转动，直到下一列所述反应筒来到一列所述上料管和一列所述进液管的正下方为止，与此同时，齿条带动齿轮转动，所述齿轮驱动搅拌器转动搅拌筒体内的硅负极材料和反应液，使硅负极材料和反应液充分反应，缓解硅负极材料的体积膨胀效应；
步骤三：当所述反应筒旋转到所述带式输送机的下方时，硅负极材料和反应液全部从所述反应筒内倒出并落到筛板上，硅负极材料沿着所述筛板向下料管滚动，反应液则穿过所述筛板落到体积消除箱的箱底并从出液管流入所述中和箱内与所述中和箱内的溶液进行中和反应，反应完毕后从排液管排出；
步骤四：硅负极材料进入所述下料管后落到所述刮板输送机上，由于所述刮板输送机一端位于所述清洗箱的箱底上，因此所述刮板输送机在输送硅负极材料的过程中，所述清洗箱内的清水能够对硅负极材料进行清洗，洗去硅负极材料表面残留的反应液；
步骤五：硅负极材料经所述刮板输送机输出落入接料箱内。
作为优选，步骤三中所述反应筒内的硅负极材料和反应液没有充分反应完全前，所述反应筒仍在所述带式输送机上方水平移动。
有益效果在于：本发明所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置及其消除方法能够实现连续生产作业而不间断，故生产效率高，能够满足硅负极材料强酸碱处理企业工业化生产使用的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的主视图的内部结构图；
图2是本发明的图1的第一个局部放大图；
图3是本发明的图1的第二个局部放大图；
图4是本发明的图2的局部放大图；
图5是本发明的安装带的俯视图；
图6是本发明的反应筒的内部结构图。
附图标记说明如下：
1、底板；2、接料箱；3、清洗箱；4、中和箱；5、体积消除箱；6、刮板输送机；7、进水管；8、出水管；9、控制阀；10、储液箱；11、下料管；12、出液管；13、引流板；14、筛板；15、排液管；16、带式输送机；17、输送带；18、安装带；19、反应筒；20、固定圈；21、筒体；22、搅拌器；23、齿轮；24、齿条；25、上料管；26、上料斗；27、进液管；28、支撑杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
参见图1-图6所示，本发明提供的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，包括底板1，底板1上表面固定安装有接料箱2、清洗箱3和中和箱4，接料箱2用于接收刮板输送机6输送过来的清洗干净的硅负极材料，清洗箱3用于清洗硅负极材料表面残留的反应液，中和箱4用于中和反应液，便于后续排放，中和箱4上表面固定安装有体积消除箱5，体积消除箱5用于对硅负极材料进行体积消除作业；
中和箱4侧壁上布置有排液管15，排液管15用于排出中和箱4内的溶液；
清洗箱3上倾斜安装有一端位于清洗箱3内、另一端伸出清洗箱3的刮板输送机6，这样设计，硅负极材料落到刮板输送机6并随刮板输送机6上升过程中，清洗箱3内的清水能够洗去硅负极材料表面残留的反应液，保证硅负极材料干净整洁，清洗箱3的箱壁上布置有进水管7和出水管8，进水管7和出水管8用于清洗箱3内溶液流入和流出，工作过程中，进水管7和出水管8处于常开状态，从而保证清洗箱3内时刻具有足够干净的清水；
体积消除箱5侧面安装有用于向刮板输送机6上供料的下料管11；体积消除箱5底面上安装有与中和箱4内部连通的出液管12，反应液经出液管12进入中和箱4内与中和箱4内的溶液发生中和反应，由于出液管12处于常开状态，因此反应液能够随时进入中和箱4进行中和反应，故保证负极材料膨胀体积消除装置能够连续进行硅负极材料膨胀体积消除作业，因此生产作业效率较高；体积消除箱5内壁上倾斜安装有用于向下料管11输送硅负极材料的筛板14，筛板14能够阻挡硅负极材料而使反应液穿过落到体积消除箱5的箱底上，筛板14上方布置有两个分别与体积消除箱5前后内壁固定连接的带式输送机16，带式输送机16用于输送安装带18旋转，实现储液箱10连续注液和上料斗26连续上料，避免出现上料和注液间断，保证负极材料膨胀体积消除装置能够连续进行生产作业，因此可具有较高的工作效率，满足硅负极材料强酸碱处理企业工业化生产使用的需求，两个带式输送机16上的输送带17之间固定连接有安装带18，安装带18用于安装固定反应筒19，安装带18上安装有多个反应筒19，反应筒19用于盛装硅负极材料和反应液；体积消除箱5上表面安装有储液箱10和上料斗26，储液箱10用于存储反应液，上料斗26用于盛装待反应的硅负极材料，储液箱10下端安装有用于向反应筒19内注入反应液的进液管27，上料斗26下端安装有用于向反应筒19内注入硅负极材料的上料管25，进液管27和上料管25上安装有控制阀9，控制阀9用于控制上料管25和进液管27通断；
反应筒19包括与安装带18表面垂直固定连接的筒体21和滚动安装在筒体21内的搅拌器22，搅拌器22用于搅拌硅负极材料和反应液，加速搅拌硅负极材料和反应液的反应，搅拌器22下端从筒体21下端伸出并与齿轮23固定连接；
体积消除箱5内壁上固定安装有支撑杆28，支撑杆28用于支撑固定齿条24，支撑杆28上固定安装有多条与齿轮23啮合连接的齿条24，齿条24与齿轮23啮合，随着反应筒19的移动，齿轮23会转动并带动搅拌器22转动。
作为可选的实施方式，进水管7位于清洗箱3的箱壁上端；
其中，出水管8位于清洗箱3的箱壁下端，这样设计，保证清洗箱3内水时刻保持流动。
体积消除箱5内侧底面和内壁之间倾斜安装有与出液管12连通的引流板13，引流板13用于防止反应液在体积消除箱5内残留。
筒体21外部紧套有固定圈20，固定圈20镶嵌在安装带18上，固定圈20方便安装带18固定筒体21，由于安装带18厚度较小，而筒体21高度较大，因此为了使筒体21和安装带18连接可靠，可通过固定圈20将安装带18与筒体21固定连接起来。
下料管11下端出口位于刮板输送机6倾斜向下的一端的正上方；
其中，刮板输送机6倾斜向下的一端支撑固定在清洗箱3内箱底上，这样设计，保证硅负极材料能够被清洗箱3内的清水清洗到。
多个反应筒19在安装带18上呈矩形阵列分布；
其中，进液管27和上料管25数量与安装带18上一列反应筒19的数量相等；
其中，多个进液管27和上料管25在一列反应筒19的正上方呈前后一字形排列，这样设计，保证安装带18上的一列反应筒19能够同时全部注入硅负极材料和反应液，不会漏注。
支撑杆28数量有多根；
其中，多条齿条24固定安装在多根支撑杆28上；
其中，齿条24的数量与安装带18上布置的反应筒19的行数相等；
其中，每条齿条24与一列反应筒19下方的齿轮23啮合，这样设计，保证所有的齿轮23均能够与齿条24啮合。
一种硅负极材料膨胀体积消除方法，使用权利要求1-7任意一项的硅负极材料膨胀体积消除装置执行以下步骤：
步骤一：将硅负极材料和反应液分别加入上料斗26和储液箱10内，然后将与反应液能够发生中和反应的溶液加入中和箱4内，最后，打开进水管7和出水管8向清洗箱3内注入清水；这样设计，不仅方便向反应筒19内加注硅负极材料和反应液，而且当反应筒19内的硅负极材料和反应液反应完毕后能够直接进入清洗箱3内进行清洗；
步骤二：启动带式输送机16和刮板输送机6，带式输送机16带动安装带18与输送带17同步转动，当一列反应筒19来到一列上料管25和一列进液管27的正下方时，控制带式输送机16临时停止转动，然后打开控制阀9，通过一列上料管25和一列进液管27向一列反应筒19内注入硅负极材料和反应液，然后再控制带式输送机16继续转动，直到下一列反应筒19来到一列上料管25和一列进液管27的正下方为止，由于安装带18在带式输送机16的带动下不停的转动，因此一列上料管25和一列进液管27会不停的工作，相比传统的一次加注硅负极材料和反应液后需要待其反应完毕后才能再次加入硅负极材料和反应液的硅负极材料膨胀体积消除装置，本发明的硅负极材料膨胀体积消除装置能够实现连续注液和加料，生产作业速度和效率均大幅提升，实用性好，与此同时，齿条24带动齿轮23转动，齿轮23驱动搅拌器22转动搅拌筒体21内的硅负极材料和反应液，使硅负极材料和反应液充分反应，缓解硅负极材料的体积膨胀效应；
步骤三：当反应筒19旋转到带式输送机16的下方时，硅负极材料和反应液全部从反应筒19内倒出并落到筛板14上，这样设计，使得反应筒19全程自动出料，不影响其继续移动，硅负极材料沿着筛板14向下料管11滚动，反应液则穿过筛板14落到体积消除箱5的箱底并从出液管12流入中和箱4内与中和箱4内的溶液进行中和反应，反应完毕后从排液管15排出；
步骤四：硅负极材料进入下料管11后落到刮板输送机6上，由于刮板输送机6一端位于清洗箱3的箱底上，因此刮板输送机6在输送硅负极材料的过程中，清洗箱3内的清水能够对硅负极材料进行清洗，洗去硅负极材料表面残留的反应液，通过洗去硅负极材料表面残留的反应液，省去了后续使用硅负极材料前再进行清洗的麻烦；
步骤五：硅负极材料经刮板输送机6输出落入接料箱2内。
作为可选的实施方式，步骤三中反应筒19内的硅负极材料和反应液没有充分反应完全前，反应筒19仍在带式输送机16上方水平移动，这样设计，保证硅负极材料和反应液具有充足的时间进行反应。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种硅负极材料膨胀体积消除装置，包括底板（1），其特征在于：所述底板（1）上表面固定安装有接料箱（2）、清洗箱（3）和中和箱（4），所述中和箱（4）上表面固定安装有体积消除箱（5）；
所述中和箱（4）侧壁上布置有排液管（15）；
所述清洗箱（3）上倾斜安装有一端位于所述清洗箱（3）内、另一端伸出所述清洗箱（3）的刮板输送机（6），所述清洗箱（3）的箱壁上布置有进水管（7）和出水管（8）；
所述体积消除箱（5）侧面安装有用于向所述刮板输送机（6）上供料的下料管（11）；所述体积消除箱（5）底面上安装有与所述中和箱（4）内部连通的出液管（12）；所述体积消除箱（5）内壁上倾斜安装有用于向所述下料管（11）输送硅负极材料的筛板（14），所述筛板（14）上方布置有两个分别与所述体积消除箱（5）前后内壁固定连接的带式输送机（16），两个所述带式输送机（16）上的输送带（17）之间固定连接有安装带（18），所述安装带（18）上安装有多个反应筒（19）；所述体积消除箱（5）上表面安装有储液箱（10）和上料斗（26），所述储液箱（10）下端安装有用于向所述反应筒（19）内注入反应液的进液管（27），所述上料斗（26）下端安装有用于向所述反应筒（19）内注入硅负极材料的上料管（25），所述进液管（27）和所述上料管（25）上安装有控制阀（9）；
所述反应筒（19）包括与所述安装带（18）表面垂直固定连接的筒体（21）和滚动安装在所述筒体（21）内的搅拌器（22），所述搅拌器（22）下端从所述筒体（21）下端伸出并与齿轮（23）固定连接；
所述体积消除箱（5）内壁上固定安装有支撑杆（28），所述支撑杆（28）上固定安装有多条与所述齿轮（23）啮合连接的齿条（24）。
2.根据权利要求1所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，其特征在于：所述进水管（7）位于所述清洗箱（3）的箱壁上端；
其中，所述出水管（8）位于所述清洗箱（3）的箱壁下端。
3.根据权利要求1所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，其特征在于：所述体积消除箱（5）内侧底面和内壁之间倾斜安装有与所述出液管（12）连通的引流板（13）。
4.根据权利要求1所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，其特征在于：所述筒体（21）外部紧套有固定圈（20），所述固定圈（20）镶嵌在所述安装带（18）上。
5.根据权利要求1所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，其特征在于：所述下料管（11）下端出口位于所述刮板输送机（6）倾斜向下的一端的正上方；
其中，所述刮板输送机（6）倾斜向下的一端支撑固定在所述清洗箱（3）内箱底上。
6.根据权利要求1所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，其特征在于：多个所述反应筒（19）在所述安装带（18）上呈矩形阵列分布；
其中，所述进液管（27）和所述上料管（25）数量与所述安装带（18）上一列所述反应筒（19）的数量相等；
其中，多个所述进液管（27）和所述上料管（25）在一列所述反应筒（19）的正上方呈前后一字形排列。
7.根据权利要求1所述的一种硅负极材料膨胀体积消除装置，其特征在于：所述支撑杆（28）数量有多根；
其中，多条所述齿条（24）固定安装在多根所述支撑杆（28）上；
其中，所述齿条（24）的数量与所述安装带（18）上布置的所述反应筒（19）的行数相等；
其中，每条所述齿条（24）与一列所述反应筒（19）下方的所述齿轮（23）啮合。
8.一种硅负极材料膨胀体积消除方法，其特征在于：使用权利要求1-7任意一项所述的硅负极材料膨胀体积消除装置执行以下步骤：
步骤一：将硅负极材料和反应液分别加入上料斗（26）和储液箱（10）内，然后将与反应液能够发生中和反应的溶液加入中和箱（4）内，最后，打开进水管（7）和出水管（8）向清洗箱（3）内注入清水；
步骤二：启动带式输送机（16）和刮板输送机（6），所述带式输送机（16）带动安装带（18）与输送带（17）同步转动，当一列反应筒（19）来到一列上料管（25）和一列进液管（27）的正下方时，控制所述带式输送机（16）临时停止转动，然后打开控制阀（9），通过一列所述上料管（25）和一列所述进液管（27）向一列所述反应筒（19）内注入硅负极材料和反应液，然后再控制所述带式输送机（16）继续转动，直到下一列所述反应筒（19）来到一列所述上料管（25）和一列所述进液管（27）的正下方为止，与此同时，齿条（24）带动齿轮（23）转动，所述齿轮（23）驱动搅拌器（22）转动搅拌筒体（21）内的硅负极材料和反应液，使硅负极材料和反应液充分反应，缓解硅负极材料的体积膨胀效应；
步骤三：当所述反应筒（19）旋转到所述带式输送机（16）的下方时，硅负极材料和反应液全部从所述反应筒（19）内倒出并落到筛板（14）上，硅负极材料沿着所述筛板（14）向下料管（11）滚动，反应液则穿过所述筛板（14）落到体积消除箱（5）的箱底并从出液管（12）流入所述中和箱（4）内与所述中和箱（4）内的溶液进行中和反应，反应完毕后从排液管（15）排出；
步骤四：硅负极材料进入所述下料管（11）后落到所述刮板输送机（6）上，由于所述刮板输送机（6）一端位于所述清洗箱（3）的箱底上，因此所述刮板输送机（6）在输送硅负极材料的过程中，所述清洗箱（3）内的清水能够对硅负极材料进行清洗，洗去硅负极材料表面残留的反应液；
步骤五：硅负极材料经所述刮板输送机（6）输出落入接料箱（2）内。
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