一种锂电池负极材料的包覆改性设备及包覆改性的方法与流程

本发明涉及锂电池负极材料的包覆改性领域，具体涉及一种锂电池负极材料的包覆改性设备及包覆改性的方法。

背景技术：

1、锂离子电池主要包含正极、负极、可以传导锂离子的电解液以及把正负极隔开的隔膜。其中，锂离子电池负极材料分为以下几类：碳材料负极包括石墨类碳材料、非石墨类碳材料、掺杂型碳材料以及包覆型碳材料；非碳负极包括合金负极和过渡金属氧化物负极。在众多的负极材料中，石墨以其资源丰富、价格低廉、可逆容量高、充放电压平台低、无电压滞后、优良导电性等特点迅速受到广泛关注。

2、然而，石墨材料也存在一些缺点，比如，石墨层与层之间靠范德华力相结合，层间力作用小且层间距小于石墨插层化合物的晶面层间距，致使在充放电过程中，石墨层间距改变，造成石墨片剥落、粉化，导致电循环性能不理想；由于石墨本身的结构缺陷，使得其表面存在很多活性基团，使得天然石墨与溶剂相容性差；其振实密度比较低。为了克服上述不足，需要对石墨材料表面进行改性处理。通常石墨负极材料的改性过程需要经过一次或一次以上的包覆而后形成在石墨表面形成包覆完整、均匀、牢固的包覆层，一次包覆石墨是指表面经过包覆剂进行单次包覆的石墨，一次包覆过程中所采用的包覆剂可以是常规的表面包覆剂，例如，酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、嘧胺树脂或沥青，或者是上述几种的混合物。

3、由于沥青在高温下具有流动性，温度下降后则会在石墨微粉外侧形成壳状物，在流动状态的沥青中辅助增加其他物质来实现对石墨微粉的改性仍然是现在的主流工艺；但是采用所述的沥青包覆物主体，沥青中分散有酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂或嘧胺树脂中的一种或者多种来作为包覆物进行包覆石墨微粉，其容易导致的问题在于，沥青的粘度较高，在对石墨微粉进行包覆的过程中必须经过长时间的搅拌过程，搅拌过程中的温度应当位于沥青的熔点至沥青的碳化温度之间，使沥青在搅拌过程中保持流动状态才能实现均匀的包覆在石墨微粉上，当搅拌至预设时间后，则送入下游先碳化后石墨化最终形成改性后的石墨微粉；这就导致搅拌设备实际上是处于高温状态下的并且沥青中含有硫化物以及挥发性的芳香烃在加热过程中会释放硫化物气体则会引起对环境的污染以及对相关设备附近工作人员的身体伤害。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种能够降低包覆过程中向外排放的硫化物气体和挥发性芳香烃类气体等有害气体排放量的包覆改性设备及其包覆改性的方法，用于克服现有技术中缺陷。

2、本发明采用的技术方案为：一种锂电池负极材料的包覆改性设备，包括搅拌罐，所述的搅拌罐上设置有第一液位计，搅拌罐下方依次连通包覆物输送管和第一反应釜，所述的第一反应釜包括反应釜本体和所述的反应釜本体外侧设置的夹套；所述的反应釜本体上设置的第一温度传感器，包覆物输送管上设置有第一调节阀和第一液体流量传感器，第一反应釜上连通有石墨碳粉输送管和气相输送管，气相输送管上设置有真空泵，真空泵和第一反应釜之间的气相输送管上设置有第一压力传感器和在线色谱仪，第一反应釜的出口端上依次连通有碳化炉以及石墨化炉；搅拌罐上连通有酚醛树脂输送管，酚醛树脂输送管沿着靠近搅拌罐至远离搅拌罐的方向上依次设置有第二调节阀、定量罐、第三调节阀和酚醛树脂储罐。

3、优选的，所述的搅拌罐上连通有生物质输送管和溶剂水输送管，石墨碳粉输送管以及生物质输送管沿着靠近第一反应釜至远离第一反应釜的方向均分别依次设置有第一截止阀、称量罐、下料器以及第二截止阀，溶剂水输送管上设置有第四调节阀，生物质输送管的上方连通有生物质储罐。

4、优选的，所述的第一反应釜的反应釜本体上设置有第二液位传感器和第一搅拌装置。

5、优选的，所述的定量罐的顶部和酚醛树脂储罐的顶部通过压力平衡管相连通，酚醛树脂储罐设置有蒸汽排放管，蒸汽排放管上设置有自立式调节阀。

6、一种利用以上所述的锂电池负极材料的包覆改性设备进行包覆改性的方法，包括以下步骤：

7、s1、向搅拌罐加入经称量后的生物质；

8、s2、在保持对搅拌罐内的生物质搅拌下，向搅拌罐内依次输送水和可溶性酚醛树脂溶液形成包覆物a，所述的可溶性酚醛树脂采用苯酚甲醛树脂；

9、s3、通过石墨碳粉输送管向第一反应釜内加入称量好的碳粉颗粒；然后，在保持对第一反应釜内的碳粉颗粒搅拌以及保持对搅拌罐所述的包覆物a的状态下，通过包覆物输送管向第一反应釜逐步加入搅拌罐内的包覆物a，形成待烘干的包覆物b；

10、s4、通过向第一反应釜的夹套中输送热源介质对第一反应釜内的所述的待烘干的包覆物b进行加热形成固化包覆后的碳粉颗粒物c；

11、s5、将s4步骤中的固化包覆后的碳粉颗粒物c送入碳化炉进行碳化得到碳化包覆的碳粉颗粒物c，而后再将碳化包覆的碳粉颗粒物c送入石墨化炉进行石墨化，形成石墨化包覆的碳粉颗粒物d。

12、优选的，所述的s2步骤中所述的生物质采用淀粉，所述的包覆物a则为悬浊液，所述的包覆物a包括液相部分和固相部分；所述的悬浮液的液相部分包括水、可溶性酚醛树脂以及溶解在水和可溶性酚醛树脂内的部分淀粉，所述的悬浮液的固相部分包括不溶于水和可溶性淀粉树脂的剩余部分淀粉，所述的淀粉采用玉米淀粉所述的淀粉采用玉米淀粉。

13、优选的，所述的s2步骤中所述的生物质采用糖类，所述的包覆物a则为溶液，所述的糖类采用蔗糖。

14、优选的，所述的碳粉颗粒的粒径的d50位于10至20μm之间；所述的s3步骤中所述的包覆物a的体积v与所述的碳粉颗粒的重量m之间的比值采用200kg/95l。

15、本发明有益效果是：首先，本发明包覆物包括水、可溶性酚醛树脂和生物质，其中水作为溶剂，可溶性酚醛树脂作为分散剂，生物质作为被溶解物，虽然在烘干过程中仍会排放少量的气态酚醛树脂，相对于沥青作为包覆物，污染物种类单一，便于后续针对性的做尾气处理从而简化后续尾气处理的工艺。

16、其次，本发明所述的搅拌罐上设置有第一液位计，便于反馈搅拌罐内的液位高度。

17、最后，本发明所述的定量罐的顶部和酚醛树脂储罐的顶部通过压力平衡管相连通，安装压力平衡管便于在利用定量罐定量酚醛树脂溶液的过程中平衡定量罐内的压力。

18、本发明具有结构简单，操作方便，设计巧妙，大大提高了工作效率，具有很好的社会和经济效益，是易于推广使用的产品。

技术特征：

1.一种锂电池负极材料的包覆改性设备，其特征在于：包括搅拌罐（1），所述的搅拌罐（1）上设置有第一液位计（2），搅拌罐（1）下方依次连通包覆物输送管（3）和第一反应釜（4），所述的第一反应釜（4）包括反应釜本体和所述的反应釜本体外侧设置的夹套；所述的反应釜本体上设置的第一温度传感器（5），包覆物输送管（3）上设置有第一调节阀（6）和第一液体流量传感器（7），第一反应釜（4）上连通有石墨碳粉输送管（8）和气相输送管（9），气相输送管（9）上设置有真空泵（10），真空泵（10）和第一反应釜（4）之间的气相输送管（9）上设置有第一压力传感器（11）和在线色谱仪（12），第一反应釜（4）的出口端上依次连通有碳化炉（13）以及石墨化炉（14）；搅拌罐（1）上连通有酚醛树脂输送管（15），酚醛树脂输送管（15）沿着靠近搅拌罐（1）至远离搅拌罐（1）的方向上依次设置有第二调节阀（16）、定量罐（17）、第三调节阀（18）和酚醛树脂储罐（19）。

2.根据权利要求1所述的锂电池负极材料的包覆改性设备，其特征在于：所述的搅拌罐（1）上连通有生物质输送管（20）和溶剂水输送管（21），石墨碳粉输送管（8）以及生物质输送管（20）沿着靠近第一反应釜（4）至远离第一反应釜（4）的方向均分别依次设置有第一截止阀（22）、称量罐（23）、下料器（24）以及第二截止阀（25），溶剂水输送管（21）上设置有第四调节阀（26），生物质输送管（20）的上方连通有生物质储罐（27）。

3.根据权利要求1所述的锂电池负极材料的包覆改性设备，其特征在于：所述的第一反应釜（4）的反应釜本体上设置有第二液位传感器（28）和第一搅拌装置。

4.根据权利要求1所述的锂电池负极材料的包覆改性设备，其特征在于：所述的定量罐（17）的顶部和酚醛树脂储罐（19）的顶部通过压力平衡管（32）相连通，酚醛树脂储罐（19）设置有蒸汽排放管（33），蒸汽排放管（33）上设置有自立式调节阀（34）。

5.一种利用权利要求1所述的锂电池负极材料的包覆改性设备进行包覆改性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的包覆改性的方法，其特征在于，所述的s2步骤中所述的生物质采用淀粉，所述的包覆物a则为悬浊液，所述的包覆物a包括液相部分和固相部分；所述的悬浮液的液相部分包括水、可溶性酚醛树脂以及溶解在水和可溶性酚醛树脂内的部分淀粉，所述的悬浮液的固相部分包括不溶于水和可溶性淀粉树脂的剩余部分淀粉，所述的淀粉采用玉米淀粉。

7.根据权利要求5所述的包覆改性的方法，其特征在于，所述的s2步骤中所述的生物质采用糖类，所述的包覆物a则为溶液，所述的糖类采用蔗糖。

8.根据权利要求5所述的包覆改性的方法，其特征在于，所述的碳粉颗粒的粒径的d50位于10至20μm之间；所述的s3步骤中所述的包覆物a的体积v与所述的碳粉颗粒的重量m之间的比值比值采用200kg/95l。

技术总结
本发明涉及一种锂电池负极材料的包覆改性设备及包覆改性的方法，包括搅拌罐，搅拌罐上设置有第一液位计，搅拌罐连通有包覆物输送管和第一反应釜，第一反应釜上设置的第一温度传感器，包覆物输送管上设置有第一调节阀和第一液体流量传感器，第一反应釜上连通有石墨碳粉输送管和气相输送管，气相输送管上设置有真空泵，气相输送管上设置有第一压力传感器和在线色谱仪，第一反应釜上依次连通有碳化炉和石墨化炉；搅拌罐上连通有酚醛树脂输送管，酚醛树脂输送管设置有第二调节阀、定量罐、第三调节阀和酚醛树脂储罐。降低包覆过程中向外排放的硫化物气体和挥发性芳香烃类气体等有害气体排放量。本发明调节、使用方便，具有广泛的市场前景。

技术研发人员：崔强,王旭峰,郭鑫武,苑棚,付侠昌,许垚楠,马梦晗,杜洋洋,肖超,宋闯,顾凯,邓辉,张苗鸽,段广辉,潘艳霞,安明志
受保护的技术使用者：河南易成瀚博能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22