硅碳石墨体系复合材料生产用浆料制备装置的制作方法

[0001]
本发明属锂电池负极材料生产技术领域，特别是涉及硅碳石墨体系复合材料生产用浆料制备装置。


背景技术：

[0002]
石墨是目前应用最广泛的锂离子电池负极材料，分为天然石墨和人造石墨两种，原料来源广泛且价格低廉。石墨具有层片状结构，充放电过程中体积变化小，循环稳定性能良好，可缓冲充放电过程中的硅结构重建引发的体积膨胀，避免负极材料结构坍塌，适合作为缓冲基体；同时石墨良好的电子导电性很好地解决硅电子导电性差的问题。但石墨常温条件下化学性质稳定，很难与硅产生强的作用力。
[0003]
石墨与硅之间的作用力较弱，很难形成稳定的复合结构。因此，石墨一般被用作导电骨架或介质，与其他硅/碳材料共同构建结构稳定的三元复合体系。对于锂离子电池负极材料来说，硅碳石墨体系(即为硅/碳/石墨体系)是现今较为流行也是最早开始研究的三元复合体系。
[0004]
对于硅碳石墨体系复合材料而言，硅比容量最大(约3579ma
˙
h/g)，为石墨及热解碳的10倍，是决定复合材料容量的关键活性物质，可通过调控硅在复合体系中的含量来设计容量；石墨作为支撑材料，可改善硅的分散效果及导电性；碳指无定形碳，作为粘结剂和包覆碳，将硅粉与石墨有效一结合起来，并与石墨共同形成导电炭网结构，同时，无定形碳还能改善硅与电解液的界面性能。因此，基于硅-无定形碳-石墨3种材料的有机结合，能有效提高硅负极的电化学性能。
[0005]
硅碳石墨体系复合材料在制备的过程中，需要将硅粉等一些固体粉末与溶剂配置成浆料，在配置的过程中，需要保证浆料的均匀性，在进行下一步的制备时，才能获得质量合格的产品。现有技术的浆料制备装置仅仅是通过搅拌桨的搅拌作用，使得固体与液体混合均匀；但在浆料的制备的过程中，固体物料与溶剂之间的密度的差异，会出现固体物料沉底或者浮于表面的情况，延长了浆料的制备时间，降低了生产效率。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的就在于克服现有的技术问题，提供了硅碳石墨体系复合材料生产用浆料制备装置。
[0007]
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
[0008]
硅碳石墨体系复合材料生产用浆料制备装置，所述浆料制备装置包括搅拌罐、搅拌组件；搅拌罐上安装有固体进料组件、液体进料组件；搅拌罐下方右侧有排料管；驱动电机驱动搅拌组件在搅拌罐内转动；搅拌罐底部安装有气流搅拌组件；搅拌罐顶部安装有带阀门的排气管；
[0009]
搅拌组件包括转轴，安装在转轴上的搅拌桨；搅拌桨包括上部搅拌桨、中部搅拌桨、底部搅拌桨；上部搅拌桨、中部搅拌桨、底部搅拌桨由上至下依次固定安装在转轴上；上
部搅拌桨包括搅拌板、连接件；连接件将搅拌板与转轴固定连接；搅拌板为一体式结构，包括中间的竖直板，竖直板上方与下方呈中心对称的上弧形板、下弧形板；
[0010]
搅拌罐通过伞状的隔板分割成搅拌腔、安装腔；气流搅拌组件安装在安装腔内；
[0011]
气流搅拌组件包括进气主管、连接管、三个进气环管、支撑件、多个喷气管；三个进气环管由上至下直径依次增大的安装在安装腔内；进气主管安装在安装腔底部；
[0012]
喷气管竖直安装在进气环管上，并与进气环管连通；喷气管顶端穿过隔板伸入到搅拌腔内；喷气管上均有单向阀；进气环管的左侧下端均通过连接管与进气主管连通；进气环管的右侧下端均通过支撑件支撑；
[0013]
底部搅拌桨包括连接杆，以及连接杆下部固定的叶片；叶片之间间隔有喷气管的顶端。
[0014]
优选的，上部搅拌桨和中部搅拌桨之间，中部搅拌桨和底部搅拌桨之间均有辅助搅拌桨。
[0015]
优选的，固体进料组件包括进料管、延长管、密封盖；
[0016]
进料管固定安装在搅拌罐的上端，进料管内壁有螺纹；延长管上端螺纹连接有密封盖；延长管与进料管螺纹连接，延长管的下端伸入到搅拌腔内；
[0017]
延长管上端有挡圈；挡圈的下端面与进料管的上端面接触。
[0018]
优选的，液体进料组件包括进液管、进液环管；
[0019]
进液环管通过多个支撑套环固定在搅拌腔的上方；进液管贯穿搅拌罐上端面与进液环管连通；进液管上有阀门；
[0020]
支撑套环之间的进液环管的下部均有喷液孔。
[0021]
优选的，喷液孔包括内喷液孔、外喷液孔；内喷液孔倾斜指向转轴，外喷液孔倾斜指向搅拌罐侧壁。
[0022]
优选的，进液管上还通过三通接头连通有进气管，进气管上有阀门。
[0023]
优选的，延长管位于进液环管内；延长管底端低于进液环管底端。
[0024]
优选的，进气管、进气主管均与纯净空气泵连通。
[0025]
优选的，挡圈与进料管之间有弹性垫圈。
[0026]
本发明作用原理如下：
[0027]
本发明在使用时，先将固体物料从固体进料组件投入到搅拌罐内，固体物料投放完毕后，将液体物料从液体进料组件内投入搅拌罐内。液体物料从进液环管进入，进液环管的内喷液孔、外喷液孔喷洒液体，可将附着在搅拌罐内壁，以及搅拌桨上的固体物料带入罐体内。随后在搅拌的过程中，搅拌桨的搅拌，并结合底部气流搅拌组件鼓入的气流的搅动，对搅拌罐内的物料进行搅拌。搅拌完成后，将得到的浆料从排料管排出即可。
[0028]
上部搅拌浆的结构类似于s型，在搅拌的过程中，搅拌方向顺着上弧形板指向的方向转动，上弧形板可将浮在表面的物料带动并与液体混合；转动一段时间后，可将转动方向顺着下弧形板指向的方向，转动的过程中，液体顺着搅拌板，可将上弧形板上的物料冲下，避免搅拌板上残留过多固体物料。底部搅拌桨错开喷气管，可结合喷气管将底部沉积的固体物料带动，促进固体与液体混合搅拌。中部搅拌桨、辅助搅拌桨均促进搅拌。
[0029]
气流搅拌组件中，纯净空气通过纯净空气泵，泵入进气主管，顺着连接管进入到进气环管，再由喷气管喷出。喷气管上有单向阀，防止搅拌罐内液体倒流。伞状的隔板可以使
得进气环管的安装空间变大，同时也方便浆料排出。
[0030]
固体进料组件方便物料进入，且延长管方便拆卸清理，还可防止固体物料洒在进液环管上。液体进料组件上的进液环管还可通入清洗液对搅拌罐进行清洗。纯净空气通过纯净空气泵如进气管，再进入进液环管保持进液环管通畅，避免搅拌过程中的浆料将喷液孔堵塞。
[0031]
本发明达到了以下有益效果：
[0032]
本发明的结构简单，操作方便，混合搅拌效率高；搅拌桨与气流搅拌组件结合使用，使得物料能够在机械搅拌以及气流的作用下加快混合分散，能提高浆料的搅拌效率，节约生产时间，提高生产效率；固体进料组件、液体进料组件的使用，使得固体物料、液体物料下料更加灵活。
附图说明
[0033]
图1为本发明的结构示意图；
[0034]
图2为图1中沿e-e线的剖视图；
[0035]
图3为图1中沿f-f线的剖视图；
[0036]
图4为图3中沿g-g线的剖视图；
[0037]
图5为图1中h处的放大图；
[0038]
图6为图1中隔板的俯视图。
[0039]
图中：1、搅拌罐；2、固体进料组件；3、液体进料组件；4、排料管；5、驱动电机；6、气流搅拌组件；7、排气管；8、转轴；9、上部搅拌桨；10、中部搅拌桨；11、底部搅拌桨；12、搅拌板；13、连接件；14、竖直板、15、上弧形板；16、下弧形板；17、隔板；18、搅拌腔；19、安装腔；20、进气主管；21、连接管；22、进气环管；23、支撑件；24、喷气管；25、单向阀；26、连接杆；27、叶片；28、进料管；29、延长管；30、密封盖；31、挡圈；32、进液管；33、进液环管；34、支撑套环；35、三通接头；36、进气管；37、内喷液孔；38、外喷液孔；39、纯净空气泵；40、辅助搅拌桨。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0041]
实施例1
[0042]
如图1至图6所示，硅碳石墨体系复合材料生产用浆料制备装置，所述浆料制备装置包括搅拌罐1、搅拌组件；搅拌罐1上安装有固体进料组件2、液体进料组件3；搅拌罐1下方右侧有排料管4；驱动电机5驱动搅拌组件在搅拌罐1内转动；搅拌罐1底部安装有气流搅拌组件6；搅拌罐1顶部安装有带阀门的排气管7。
[0043]
搅拌组件包括转轴8，安装在转轴8上的搅拌桨；搅拌桨包括上部搅拌桨9、中部搅拌桨10、底部搅拌桨11；上部搅拌桨9、中部搅拌桨10、底部搅拌桨11由上至下依次固定安装在转轴8上；上部搅拌桨9包括搅拌板12、连接件13；连接件13将搅拌板12与转轴8固定连接；搅拌板12为一体式结构，包括中间的竖直板14，竖直板14上方与下方呈中心对称的上弧形板15、下弧形板16。上部搅拌桨9有两个，呈中心对成固定安装在转轴8上。上部搅拌桨9和中部搅拌桨10之间，中部搅拌桨10和底部搅拌桨11之间均有辅助搅拌桨40。
[0044]
搅拌罐1通过伞状的隔板17分割成搅拌腔18、安装腔19；气流搅拌组件6安装在安装腔19内。
[0045]
气流搅拌组件6包括进气主管20、三个连接管21、三个进气环管22、三个支撑件23、三十个喷气管24；三个进气环管22由上至下直径依次增大的安装在安装腔内；进气主管20安装在安装腔19底部。
[0046]
喷气管24竖直安装在进气环管22上，并与进气环管22连通；喷气管24顶端穿过隔板17伸入到搅拌腔18内；喷气管24上均有单向阀25；进气环管22的左侧下端均通过连接管21与进气主管20连通；进气环管22的右侧下端均通过支撑件23支撑。
[0047]
底部搅拌桨11包括连接杆26，以及连接杆26下部固定的叶片27；叶片27之间间隔有喷气管24的顶端。底部搅拌桨11有两个，对称固定在转轴8上。
[0048]
固体进料组件2包括进料管28、延长管29、密封盖30；进料管28固定安装在搅拌罐1的上端，进料管28内壁有螺纹；延长管29上端螺纹连接有密封盖30；延长管29与进料管28螺纹连接，延长管29的下端伸入到搅拌腔18内；延长管29上端有挡圈31；挡圈31的下端面与进料管28的上端面接触。
[0049]
液体进料组件3包括进液管32、进液环管33；进液环管33通过四个支撑套环34固定在搅拌腔18的上方；进液管32贯穿搅拌罐1上端面与进液环管33连通；进液管32上有阀门。进液管32上还通过三通接头35连通有进气管36，进气管36上有阀门。
[0050]
支撑套环34之间的进液环管33的下部均有喷液孔。喷液孔包括内喷液孔37、外喷液孔38；内喷液孔37倾斜45
°
指向转轴8，外喷液孔38倾斜45
°
指向搅拌罐1侧壁。
[0051]
延长管29位于进液环管33内；延长管29底端低于进液环管33底端。
[0052]
进气管36、进气主管20均与纯净空气泵39连通。
[0053]
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。