本发明属于锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法及设备。
背景技术：
随着石油危机及环境污染的加剧，开发与应用清洁型电动交通工具成为当代社会迫在眉睫的研究与产业化方向，世界各国均在倡导与鼓励社会各界开发与应用诸如太阳能、风能等清洁能源，应用电动汽车代替传统燃油汽车，来缓解目前所遇到的大气污染、气候变暖等恶劣环境问题。近年来很多地方政府通过出台法规限制燃油机动车的销量及上路时间，鼓励有购车意向的群体购买混合动力或纯电动汽车，加大市区电动公交车替代传统燃油公交车的速度与力度，来缓解目前所遇到的霾天气，力争在未来几年能够重现蓝天白云的美好环境。与之相伴随的是国家与地方政府出台政策鼓励新能源车企在当地设立新能源汽车与动力电池生产基地，大量兆瓦时级别的动力电池工厂如雨后春笋般的速度拔地而起。在锂电池中的负极是由石墨与粘结力组成的负极浆料涂布在铜箔上组成的，在对制浆罐、转运罐及涂布设备的清理过程中，会产生大量含有石墨、粘结剂的清洗液，如何高效、无害化回收利用该清洗液成为目前锂电厂商与环保部门的重点攻关项目，越来越受到行业的重视。
目前各锂电厂商对制浆及涂布过程产生的石墨清洗液处理方法，一般是直接排放进入污水处理系统或经过简单的沉淀池沉淀，造成极大的环境污染及资源浪费，同时间接增加产品制造成本，降低产品市场竞争力。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法及设备，通过沉淀池沉淀获得的石墨、粘结剂混合物，经过专用高温炉处理，将石墨循环再利用，获得硬炭均匀包覆的高性能负极材料，可提高材料利用率，降低单位产品的材料成本，提高产品的市场竞争力。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法，包括如下步骤：
(1)过滤：将回收的清洗液过滤去除清洗液中非粉状杂质；
(2)沉降：将去除了非粉状杂质的清洗液依次进行搅拌、沉降，取沉降后的下层物质得到沉降混合物，并将沉降混合物的底层物质去除；
(3)干燥、筛分和预热：将去除了底层物质的沉降混合物干燥并过筛得到粉体物料，将得到的粉体物料预热；
(4)高温炭化：将经过预热的粉体物料输送至炭化腔中进行高温炭化处理；
(5)冷却：将经过高温炭化处理的粉体物料冷却即得到硬炭包覆石墨。
进一步的，所述步骤(3)中的粉体物料的粒度为：D10：3～12μm，D50：14～19μm，D90：26～33μm。
进一步的，所述步骤(3)中将粉体物料预热至0～150℃，氧气含量小于30ppm，水分含量小于30ppm。
进一步的，所述步骤(4)的高温炭化处理将预热后的粉体物料加热至300～1500℃，氧气含量小于30ppm，水分含量小于30ppm，炭化时间为10-18h。
进一步的，所述步骤(5)的冷却处理将高温炭化后的粉体物料冷却至温度小于或等于50℃，氧气含量小于30ppm。
进一步的，所述步骤(3)中的预热处理、步骤(4)的高温炭化处理和步骤(5)的冷却处理均在惰性气氛中进行，所述惰性气氛的气体为氮气、氩气、氦气中一种形成的单组分气体或两种以上形成的复合组分气体。
一种上述利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法的设备，包括过滤器、沉降池、干燥器、筛分机、预热腔、炭化腔和冷却腔，所述过滤器、沉降池、干燥器、筛分机之间通过管道连接；所述沉降池呈锥形，内部设置有搅拌装置；所述预热腔、炭化腔和冷却腔的下方设置有输送装置，所述输送装置将经过筛分机筛分的物料分别输送至预热腔、炭化腔和冷却腔内。
进一步的，所述过滤器上设置有负压接头，所述沉降池的底部设置有分离阀，所述干燥器的干燥方式为喷雾干燥或红外干燥。
进一步的，所述预热腔、炭化腔和冷却腔中分别设置有用于向其内部通入惰性气体的惰性气体通气管。
进一步的，所述预热腔、炭化腔和冷却腔中均设置有炉腔气氛采集装置、水分测试仪和氧气测试仪。
进一步的，所述设备还包括综合控制柜，所述搅拌装置、预热腔、炭化腔和冷却腔、炉腔气氛采集装置、水分测试仪和氧气测试仪均与综合控制柜电连接。
进一步的，所述筛分机中使用的筛网为气流筛和/或超声波筛，所述筛网的目数为150目-325目。
进一步的，所述设备还包括用于盛装物料在输送装置中运动的热处理容器，所述热处理容器的材质为氧化铝、氧化锆或石墨。
相对于现有技术，本发明所述的利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法及其设备具有以下优势：
本发明所述的利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法及其设备可以有效提高原材料的利用率，降低产品材料成本。同时获得一种硬炭包覆类的快充型负极材料，提高企业生产效益，有力地提高了产品市场竞争力，有利于广泛地在生产中应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的设备结构示意图。
附图标记说明：
1-过滤器；2-负压接头；3-沉降池；4-干燥器；5-筛分机；6-热处理容器；7-传送带；8-预热腔；9-惰性气体通气管；10-炭化腔；11-炉腔气氛采集装置；12-冷却腔；13-分离阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的一个核心是公开一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法，用以提高单位产品负极材料利用率，降低产品材料成本；本发明的另一个核心是公开一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的设备。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法，包括如下步骤：
(1)过滤：将回收的清洗液过滤去除清洗液中非粉状杂质；
(2)沉降：将去除了非粉状杂质的清洗液依次进行搅拌、沉降，取沉降后的下层物质得到沉降混合物，并将沉降混合物的底层物质去除；
(3)干燥、筛分和预热：将去除了底层物质的沉降混合物干燥并过筛得到粉体物料，该粉体物料的粒度为：D10为10μm，D50为15μm，D90为30μm，之后将得到的粉体物料预热至50℃，氧气含量25ppm，水分含量25ppm；
(4)高温炭化：将经过预热的粉体物料输送至炭化腔中进行高温炭化处理，高温炭化处理的温度为500℃，炭化时间为15h，并使粉体物料的氧气含量20ppm，水分含量20ppm；
(5)冷却：将经过高温炭化处理的粉体物料冷却至温度为50℃，氧气含量15ppm即得到硬炭包覆石墨。
本实施例中，步骤(3)中的预热处理、步骤(4)的高温炭化处理和步骤(5)的冷却处理均在惰性气氛中进行，所述惰性气氛的气体为氮气。
实施例2
一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法，包括如下步骤：
(1)过滤：将回收的清洗液过滤去除清洗液中非粉状杂质；
(2)沉降：将去除了非粉状杂质的清洗液依次进行搅拌、沉降，取沉降后的下层物质得到沉降混合物，并将沉降混合物的底层物质去除；
(3)干燥、筛分和预热：将去除了底层物质的沉降混合物干燥并过筛得到粉体物料，该粉体物料的粒度为：D10为5μm，D50为13μm，D90为28μm，之后将得到的粉体物料预热至100℃，氧气含量20ppm，水分含量20ppm；
(4)高温炭化：将经过预热的粉体物料输送至炭化腔中进行高温炭化处理，高温炭化处理的温度为1200℃，炭化时间为18h，并使粉体物料的氧气含量15ppm，水分含量10ppm；
(5)冷却：将经过高温炭化处理的粉体物料冷却至温度为20℃，氧气含量10ppm即得到硬炭包覆石墨。
本实施例中，步骤(3)中的预热处理、步骤(4)的高温炭化处理和步骤(5)的冷却处理均在惰性气氛中进行，所述惰性气氛的气体为氩气和氦复合组分气体。
实施例3
一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的设备，包括过滤器1、沉降池3、干燥器4、筛分机5、预热腔8、炭化腔10、冷却腔12、综合控制柜；
过滤器1、沉降池3、干燥器4、筛分机5之间通过管道连接；沉降池3呈锥形，其底部可进行卸料，便于杂质成分的排除，锥形的沉降池3内部设置有搅拌装置，搅拌装置可由电机或压缩气流提供搅拌旋转力，转速可无极可调。筛分机5中使用的筛网为气流筛和/或超声波筛，筛网的目数为150目-325目。
炭化腔10由若干个长度为1米的单元腔体组成，每个腔体可独立调整腔内温度，温度可在100℃至1500℃之间无极可调，最后一个单元腔顶部设有炉腔气氛采集装置11。炭化腔10采用电阻丝加热，电源可采用380V或220V。
预热腔8、炭化腔10和冷却腔12的内部的温度可通过热电偶或红外测温装置检测器内部的温度，内部还设置有炉腔气氛采集装置11、水分测试仪和氧气测试仪，另外预热腔8、炭化腔10和冷却腔12中分别设置有用于向其内部通入惰性气体的惰性气体通气管9，可根据粘结剂含量进行动态调整，确保粘结剂能够完全炭化。
预热腔8、炭化腔10和冷却腔12的下方设置有传送带7，传送带7将经过筛分机5筛分的物料分别输送至预热腔8、炭化腔10和冷却腔12内。
优选地，该设备还包括用于盛装物料在传送带中运动的热处理容器6(例如坩埚)，热处理容器6的材质为氧化铝、氧化锆或石墨，形状可为圆柱形或方形。
优选地，过滤器上设置有负压接头2，沉降池3的底部设置有分离阀13，干燥器4的干燥方式为喷雾干燥或红外干燥。
搅拌装置、炉腔气氛采集装置11、测温装置、惰性气体通气管9的阀门、水分测试仪和氧气测试仪等均与综合控制柜电连接。综合控制柜可通过传感器调整各工步程序作业，可根据过滤速度动态调整过滤器中负压及实时显示过滤腔负压值。可显示炭化腔10的实时温度，并可根据实时温度与设计温度的差值动态调整电阻丝加热电流值，可通过水分及氧气测试仪实时显示腔体水分及氧气含量，并对惰性气流进行调整，确保腔体内的气氛满足工艺要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。