CN112871116A - 一种石墨负极材料低温炭化设备及炭化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨负极材料低温炭化设备及炭化处理方法，其技术方案要点是：包括：用于低温炭化的辊道炉；用于为所述辊道炉中供给的石墨进行成型与造粒的成型造粒机构；用于向所述造粒机构内输送物料的螺旋送料打散机构；用于对经所述螺旋送料打散机构打散后的物料进行充分混合的卧式混合机构；以及用于保持炭化恒温的恒温控制机构；达到石墨负极材料容量高，体积膨胀效应低，倍率性能和循环性能好，工艺流程简洁无污染，碳化效率与碳化品质较高的效果。
Description
技术领域
本发明属于石墨负极材料加工领域，具体涉及一种石墨负极材料低温炭化设备及炭化处理方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反；锂离子电池具有高电压、高能量、循环寿命长、无记忆效应等众多优点，已经在消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。负极材料的品质是决定锂离子电池性能的关键因素之一，因此，提高负极材料过程生产装备及工艺水平，成为目前亟待解决的技术问题。
公开号为CN205773366U的中国专利，其公开了一种锂离子电池负极石墨材料生产设备，包括生产设备，所述生产设备由破碎箱、中碎箱、压型盒与焙烧盒顺序连接构成，在破碎箱的顶部安装有盖顶，且盖顶通过控制杆和破碎箱连接在一起，所述破碎箱与中碎箱的内部均设有叶轮与叶轮支杆，且破碎箱与中碎箱之间设置有通道，所述通道的左侧安装有鼓风机，在通道的右侧设有筛孔，所述破碎箱与中碎箱的底端安装有出料阀，且中碎箱的上端还设有入料阀，所述生产设备的底部安装有残渣收集盖，所述焙烧盒的外侧设置有环形加热管。
上述专利具有能够根据不同规格的孔径生产不同性质的石墨，进而应用到相应的锂电子电池上的优点，但是其也存在缺陷，如:其未设置搅拌装置，无法对石墨材料进行搅拌，搅拌叶与物料的接触面积有限，导致物料的混合效果和均匀度不够，热交换不够充分，对于天然石墨、人工合成石墨等石墨类物料包覆粒径增量效果较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨负极材料低温炭化设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种石墨负极材料低温炭化设备，包括：
用于低温炭化的辊道炉；
用于为所述辊道炉中供给的石墨进行成型与造粒的成型造粒机构；
用于向所述造粒机构内输送物料的螺旋送料打散机构；
用于对经所述螺旋送料打散机构打散后的物料进行充分混合的卧式混合机构；
以及用于保持炭化恒温的恒温控制机构。
优选的，所述成型造粒机构包括造粒釜体，所述造粒釜体的内腔中转动连接有搅拌杆，所述搅拌杆上固定连接有多个固定套，所述固定套的两侧均固定连接有搅拌叶，两个所述搅拌叶的叶端朝向相反，所述造粒釜体的内腔中固定连接有支撑杆，所述搅拌杆的顶端与所述支撑杆转动连接，所述搅拌杆上固定连接有第一锥齿轮，所述造粒釜体的一侧安装固定有第一伺服电机，所述第一伺服电机的电机轴端部固定连接有连接杆，所述连接杆的端部固定连接有第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮相互啮合，所述造粒釜体的顶部连通固定有进料管，所述造粒釜体的底部连通固定有出料管，所述搅拌杆远离所述支撑杆的一端固定连接有螺旋叶片，所述螺旋叶片延伸至所述出料管的内腔中。
优选的，所述螺旋送料打散机构包括与所述进料管连通固定的输送管，所述输送管内安装有螺旋输送杆，所述螺旋送料打散机构还包括进料仓，所述进料仓与所述输送管连通，所述输送管的一端安装固定有驱动所述螺旋输送杆旋转的第二伺服电机。
优选的，所述卧式混合机构包括卧式料斗，所述卧式料斗内转动连接有转动杆，所述转动杆上固定连接有多个混合叶片，所述卧式料斗的一侧安装固定有驱动所述转动杆旋转的第三伺服电机。
优选的，所述恒温控制机构包括电加热板、纳米耐高温保温材料层以及温度检测仪。
优选的，所述第一伺服电机的电机轴与所述连接杆、所述搅拌杆的底端与所述螺旋叶片均通过联轴器固定连接。
优选的，所述造粒釜体的内腔底部固定连接有两个倾斜杆，两个所述倾斜杆之间固定连接有轴承座，所述轴承座与所述搅拌杆转动连接；所述出料管上设置有卸料阀，所述卸料阀的材质为不锈钢；所述造粒釜体的外表面安装固定有用于控制所述造粒釜体运行的功能面板，所述造粒釜体的底部固定连接有多个支撑腿。
一种石墨负极材料的炭化处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将冷却后的包覆石墨粒料通过料仓运送至炭化车间，使用螺旋给料机与机械手，将包覆石墨粒料装入匣钵内，然后将匣钵连续输送至辊道炉内。
步骤二：通过电控***将辊道炉内的温度升高至900-1000C°对匣钵内的包覆石墨粒料进行炭化反应，炭化完成后形成炭化物料。
本发明的有益效果是：
1.本发明在使用时，通过搅拌叶的反向设置，增加了搅拌叶与物料的接触面积，可将较造粒釜体内部的物料进行充分搅拌，杜绝了搅拌死角，确保物料混合的更加均匀，同时对于天然石墨包覆粒径增量高达到100％，达到混合均匀，混合效率较高，增加石墨包覆粒径增量的效果。
2.本发明在使用时，通过螺旋叶片的设置，可将造粒釜体底部的物料翻卷到造粒釜体内，通过第一伺服电机正反转的调整，从而达到调整螺旋叶片旋转的方向，在出料时正向转动可加速物料的排出，避免物料堵塞，螺旋叶片的反转可将堆积在出料管内的物料翻卷到造粒釜体的内部，使搅拌叶对其进行充分混合，达到可加快出料，避免物料堵塞，翻卷出料管内的物料，彻底消除搅拌死角，提高搅拌效率的效果。
3.本发明在使用时，本方法流程简单易实现，在辊道炉内炭化反应时可以使碳源充分炭化，避免剧烈反应带来的结块问题，从而提升材料的倍率性能和循环性能可提高炭化效率与炭化品质，由本方法制备的石墨负极材料可达到石墨负极材料容量高，体积膨胀效应低，倍率性能和循环性能好，工艺流程简洁无污染，炭化效率与炭化品质较高的效果。
4、本发明为低温炭化处理方法，有别与传统的高温炭化处理工艺。包覆物料在900-1000C°条件下，可减少物料的挥发分，可以除掉其中大部分挥发分，提高了物料的堆积密度，在后续石墨化过程中，能有效增大物料装填量，提高生产效率。同时，由于炭化过程除掉了大部分挥发分，可避免石墨化过程挥发分集中排放，造成喷炉事故发生，提高了石墨化加工过程的安全性。本发明炭化过程可配套设置烟气处理装置，实现烟气的集中处理，而石墨化过程的烟气是无组织排放的，会造成环境污染。
附图说明
图1为本发明的原料造粒设备结构示意图；
图2为本发明的原料造粒设备结构剖视图；
图3为本发明的A处结构放大图；
图4为本发明的B处结构放大图；
图5为本发明的炭化物料螺旋送料打散机构结构示意图；
图6为本发明的炭化物料卧式混合机构结构示意图；
图7为本发明的炭化辊道炉结构示意图。
图中：1、造粒釜体；2、搅拌杆；3、固定套；4、搅拌叶；5、支撑杆；6、第一锥齿轮；7、第二锥齿轮；8、第一伺服电机；9、连接杆；10、进料管；11、出料管；12、螺旋叶片；13、联轴器；14、倾斜杆；15、轴承座；16、卸料阀；17、功能面板；18、支撑腿；19、螺旋送料打散机构；20、卧式混合机构；21、输送管；22、螺旋输送杆；23、进料仓；24、第二伺服电机；25、卧式料斗；26、转动杆；27、混合叶片；28、第三伺服电机；29、进料斗；30、出料口；31、造粒机构；32、辊道炉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种石墨负极材料低温炭化设备，包括：
用于低温炭化的辊道炉32；
用于为辊道炉32中供给的石墨进行成型与造粒的成型造粒机构31；
用于向造粒机构31内输送物料的螺旋送料打散机构19；
用于对经螺旋送料打散机构19打散后的物料进行充分混合的卧式混合机构20；
以及用于保持炭化恒温的恒温控制机构。
本实施例中，优选的，成型造粒机构31包括造粒釜体1，造粒釜体1的内腔中转动连接有搅拌杆2，搅拌杆2上固定连接有多个固定套3，固定套3的两侧均固定连接有搅拌叶4，两个搅拌叶4的叶端朝向相反，造粒釜体1的内腔中固定连接有支撑杆5，搅拌杆2的顶端与支撑杆5转动连接，搅拌杆2上固定连接有第一锥齿轮6，造粒釜体1的一侧安装固定有第一伺服电机8，第一伺服电机8的电机轴端部固定连接有连接杆9，连接杆9的端部固定连接有第二锥齿轮7，第一锥齿轮6与第二锥齿轮7相互啮合，造粒釜体1的顶部连通固定有进料管10，造粒釜体1的底部连通固定有出料管11，搅拌杆2远离支撑杆5的一端固定连接有螺旋叶片12，螺旋叶片12延伸至出料管11的内腔中。
本实施例中，优选的，螺旋送料打散机构19包括与进料管10连通固定的输送管21，输送管21内安装有螺旋输送杆22，螺旋送料打散机构19还包括进料仓23，进料仓23与输送管21连通，输送管21的一端安装固定有驱动螺旋输送杆22旋转的第二伺服电机24。
本实施例中，优选的，卧式混合机构20包括卧式料斗25，卧式料斗25内转动连接有转动杆26，转动杆26上固定连接有多个混合叶片27，卧式料斗25的一侧安装固定有驱动转动杆26旋转的第三伺服电机28。
本实施例中，优选的，恒温控制机构包括电加热板、纳米耐高温保温材料层以及温度检测仪。
本实施例中，优选的，第一伺服电机8的电机轴与连接杆9、搅拌杆2的底端与螺旋叶片12均通过联轴器13固定连接；通过联轴器13连接，可提高电机轴与连接杆9、搅拌杆2与螺旋叶片12之间的连接稳定性，同时联轴器13具有吸能、减震的优点。
本实施例中，优选的，造粒釜体1的内腔底部固定连接有两个倾斜杆14，两个倾斜杆14之间固定连接有轴承座15，轴承座15与搅拌杆2转动连接；出料管11上设置有卸料阀16，卸料阀16的材质为不锈钢；造粒釜体1的外表面安装固定有用于控制造粒釜体1运行的功能面板17，造粒釜体1的底部固定连接有多个支撑腿18；通过轴承座15的设置，可提高搅拌杆2转动的稳定性，功能面板17的设置，可使操作简单化、智能化。
一种石墨负极材料的炭化处理方法，包括以下步骤：
步骤一：将冷却后的包覆石墨粒料通过料仓运送至炭化车间，使用螺旋给料机与机械手，将包覆石墨粒料装入匣钵内，然后将匣钵连续输送至辊道炉内；
步骤二：通过电控***将辊道炉内的温度升高至950C°对匣钵内的包覆石墨粒料进行炭化反应，炭化完成后形成炭化物料。
经炭化处理后的产品性能指标，如表1：
表1：产品性能比较
| 指标 | 炭化前 | 炭化后 |
| 振实密度 | 0.65g/cm<sup>3</sup> | 0.85g/cm<sup>3</sup> |
本实施例中，经炭化处理后的碳材料振实密度从0.65g/cm3提高到0.85g/cm3，可以除掉其中大部分挥发分，提高了物料的堆积密度，在后续石墨化过程中，能有效增大物料装填量，提高生产效率。同时，由于炭化过程除掉了大部分挥发分，可避免石墨化过程挥发分集中排放，造成喷炉事故发生，提高了石墨化加工过程的安全性。
本发明的工作原理及使用流程：
本石墨负极材料低温炭化设备及炭化处理方法在使用时，通过搅拌叶4的反向设置，增加了搅拌叶4与物料的接触面积，可将较造粒釜体1内部的物料进行充分搅拌，杜绝了搅拌死角，确保物料混合的更加均匀，同时对于天然石墨包覆粒径增量高达到100％，达到混合均匀，混合效率较高，增加石墨包覆粒径增量的效果。
本石墨负极材料低温炭化设备及炭化处理方法在使用时，通过螺旋叶片12的设置，可将造粒釜体1底部的物料翻卷到造粒釜体1内，通过第一伺服电机8正反转的调整，从而达到调整螺旋叶片12旋转的方向，在出料时正向转动可加速物料的排出，避免物料堵塞，螺旋叶片12的反转可将堆积在出料管11内的物料翻卷到造粒釜体1的内部，使搅拌叶4对其进行充分混合，达到可加快出料，避免物料堵塞，翻卷出料管11内的物料，彻底消除搅拌死角，提高搅拌效率的效果。
本石墨负极材料低温炭化设备及炭化处理方法在使用时，本方法流程简单易实现，在辊道炉内炭化反应时可以使碳源充分炭化，避免剧烈反应带来的结块问题，从而提升材料的倍率性能和循环性能可提高炭化效率与炭化品质，由本方法制备的石墨负极材料可达到石墨负极材料容量高，体积膨胀效应低，倍率性能和循环性能好，工艺流程简洁无污染，炭化效率与炭化品质较高的效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种石墨负极材料低温炭化方法，其特征在于：包括：
用于低温炭化的辊道炉(32)；
用于为所述辊道炉(32)中供给的石墨进行成型与造粒的成型造粒机构(31)；
用于向所述造粒机构(31)内输送物料的螺旋送料打散机构(19)；
用于对经所述螺旋送料打散机构(19)打散后的物料进行充分混合的卧式混合机构(20)；
以及用于保持所述辊道炉(32)中炭化恒温的恒温控制机构。
2.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料低温炭化设备，其特征在于：所述成型造粒机构(31)包括造粒釜体(1)，所述造粒釜体(1)的内腔中转动连接有搅拌杆(2)，所述搅拌杆(2)上固定连接有多个固定套(3)，所述固定套(3)的两侧均固定连接有搅拌叶(4)，两个所述搅拌叶(4)的叶端朝向相反，所述造粒釜体(1)的内腔中固定连接有支撑杆(5)，所述搅拌杆(2)的顶端与所述支撑杆(5)转动连接，所述搅拌杆(2)上固定连接有第一锥齿轮(6)，所述造粒釜体(1)的一侧安装固定有第一伺服电机(8)，所述第一伺服电机(8)的电机轴端部固定连接有连接杆(9)，所述连接杆(9)的端部固定连接有第二锥齿轮(7)，所述第一锥齿轮(6)与所述第二锥齿轮(7)相互啮合，所述造粒釜体(1)的顶部连通固定有进料管(10)，所述造粒釜体(1)的底部连通固定有出料管(11)，所述搅拌杆(2)远离所述支撑杆(5)的一端固定连接有螺旋叶片(12)，所述螺旋叶片(12)延伸至所述出料管(11)的内腔中。
3.根据权利要求2所述的一种石墨负极材料低温炭化设备，其特征在于：所述螺旋送料打散机构(19)包括与所述进料管(10)连通固定的输送管(21)，所述输送管(21)内安装有螺旋输送杆(22)，所述螺旋送料打散机构(19)还包括进料仓(23)，所述进料仓(23)与所述输送管(21)连通，所述输送管(21)的一端安装固定有驱动所述螺旋输送杆(22)旋转的第二伺服电机(24)。
4.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料低温炭化设备，其特征在于：所述卧式混合机构(20)包括卧式料斗(25)，所述卧式料斗(25)内转动连接有转动杆(26)，所述转动杆(26)上固定连接有多个混合叶片(27)，所述卧式料斗(25)的一侧安装固定有驱动所述转动杆(26)旋转的第三伺服电机(28)。
5.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料低温炭化设备，其特征在于：所述恒温控制机构电加热板、纳米耐高温保温材料层以及温度检测仪。
6.根据权利要求2所述的一种石墨负极材料低温炭化设备，其特征在于：所述第一伺服电机(8)的电机轴与所述连接杆(9)、所述搅拌杆(2)的底端与所述螺旋叶片(12)均通过联轴器(13)固定连接。
7.根据权利要求2所述的一种石墨负极材料低温炭化设备，其特征在于：所述造粒釜体(1)的内腔底部固定连接有两个倾斜杆(14)，两个所述倾斜杆(14)之间固定连接有轴承座(15)，所述轴承座(15)与所述搅拌杆(2)转动连接；所述出料管(11)上设置有卸料阀(16)，所述卸料阀(16)的材质为不锈钢；所述造粒釜体(1)的外表面安装固定有用于控制所述造粒釜体(1)运行的功能面板(17)，所述造粒釜体(1)的底部固定连接有多个支撑腿(18)。
8.一种石墨负极材料的炭化处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将冷却后的包覆石墨粒料通过料仓运送至碳化车间，使用螺旋给料机与机械手，将包覆石墨粒料装入匣钵内，然后将匣钵连续输送至辊道炉内；
步骤二：通过电控***将辊道炉内的温度升高至900-1000C°对匣钵内的包覆石墨粒料进行炭化反应，碳化完成后形成碳化物料。
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