一种硬碳负极材料提纯设备及制备方法与流程

本发明涉及碳粉制备生产，尤其指一种硬碳负极材料提纯设备及制备方法。

背景技术：

1、无定形碳材料即无固定结晶形状的碳材料，主要包括软碳和硬碳，硬碳负极材料目前主要包括树脂碳类(如酚醛树脂、环氧树脂等)、有机聚合物热解碳类(如pfa、pvc、pvdf等)、炭黑类、生物质碳类等。与石墨负极材料相比，硬碳负极材料可逆比容量高、倍率特性优、低温性能好、充放电速度快、安全性高、使用寿命长，性能优势明显。为提升产品性能，碳粉为目前生产硬碳的主要材料之一，以硬碳负极材料作为为锂电池负极材料时，由于目前在生产硬碳负极材料用碳粉时成本较高，污染较大，故如何降低成产成本、减小环境污染是行业重点研究的方向之一。

2、中国专利授权公告号：cn 115709982 b，授权公告日2023年06月27日，本发明涉及一种硬碳负极材料用碳粉的制备方法和装置，制备方法包括如下步骤：s1：将反应室抽真空至绝对压力至500pa以下；s2：将反应室快速升温至1000-1150°c，绝对压力控制在1000pa以下；s3：保持反应室温度在1000-1150°c，通入天然气，绝对压力控制在2000-10000pa，得到含碳粉混合气体；s4：将含碳粉混合气体经过冷却处理；s5：将冷却后的含碳粉混合气体过滤进行固气分离，将收集的固体经提纯后得到硬碳负极材料用碳粉。该技术方案的不足之处在于：1.结构中碳粉沉积室对加料操作时难以连续、定量操作，影响加工效率和提纯精度；2.结构繁杂、分散且生产流程单一，难以适用连续加工；3.结构在加工中损坏难以维护，影响装置使用寿命导致工期延长、效率降低。

3、综上所述，装置中结构不适用于连续加工、影响生产效率和效果、难以维护拆卸影响使用寿命。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中装置中结构不适用于连续加工、影响生产效率和效果、难以维护拆卸影响使用寿命的不足，提供了一种能够适用于连续加工、提高生产效率和效果、便于维护以延长使用寿命的硬碳负极材料提纯设备及制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种硬碳负极材料提纯设备，包括冷却箱，冷却箱的两侧均连接有加热反应箱，加热反应箱上端连接有定量机构，加热反应箱下端连接有辅助反应机构，冷却箱的上端连接有循环冷却机构，冷却箱的下端连接有过滤箱，过滤箱内拆卸连接有物料盒，过滤箱上连接有抽真空机构和排气机构。

4、加热反应箱、冷却箱和过滤箱均与抽真空机构开关连通，使通过抽空真机构可将各个箱体内的空间抽至绝对压力至500pa以下，压冷却箱的两侧均设置了加热反应箱，进而使加热反应箱内进行抽真空，加热反应箱内需要抽压、加热和外接天然气管道加气继续加压的程序，进而可进行至少双工位工作，以提高生产效率，另外加热反应箱上连接了定量机构，用于通过定量机构为加热反应箱进行定量投料，进而使提纯操作可连续生产。加热反应箱上连接了循环冷却机构，用于对加热后的气混碳粉进行降温，通过循环冷却的方式使机构可连续冷却操作以配合双工位操作，以保障生产效率，冷却后的气混碳粉通过进入过滤箱通过物料盒与排气机构进行固气分离，排气机构的及时排气以保障连续成产流畅，拆卸连接的物料盒方便连续存料和批量取料，同时可拆卸后期维护以防止过滤效能降低导致影响连续工作。达到便于连续和批量加工、提高生产效率和效果、结构紧凑、便于拆卸维护延长使用寿命的效果。

5、作为优选，定量机构包括储存箱和流量通道，储存箱的下端设有出料孔，储存箱的上端设有加料孔，加热反应箱的上端设有进料孔，流量通道的上端与出料孔连接，流量通道的下端与进料孔连接，流量通道内设有控制块，储存箱上连接有移动机构，控制块设有移动杆，移动杆的下端与控制块连接，移动杆的上端与储存箱密封连接，移动杆与移动机构连接，控制块通过移动机构与流量通道滑动连接。定量机构包括了储存箱和流畅通道，储存箱置于加热反应箱的上方利用重力下料，其中流量通道上端通过进料孔与储存箱相连通、下端通过进料孔与加热反应箱相连通，同时流量通道内设置了与内壁相贴的控制块，控制块与流量通道的内壁相贴，移动杆通过一端与控制块连接、另一端与移动机构连接，使控制块能够在流量通道内和进入加热反应箱内，进而实现开关流量通道和开关的时间进行定量对加热反应箱进行投料。达到自动化定量投料、便于控制和操作提高生产效率的效果。

6、作为优选，加热反应箱上拆卸连接有上盖，流量通道与上盖密封连接，加热反应箱外连接有保温层，加热反应箱上设有加热管组件，加热反应箱内设有挡料隔板，挡料隔板与加热反应箱内壁之间设有放置腔，加热管组件包括若干加热管和安装座，安装座与上盖连接，加热管与安装座连接且置于放置腔内，加热管在放置腔内均匀坏绕布置。加热反应箱箱外包裹有保温层，通过保温层让加热反应箱内的温度更加恒定，同时多工位进行保温便于控制加工节奏。加热反应箱上设置了安装座和加热管组成的加热管组件，加热管置于箱内的挡料隔板和箱内壁之间，使加热管通过挡料隔板的保护免受碳粉干扰影响使用寿命，同时连接加热管的安装座与可拆卸上盖连接，使相对容易损坏的加热管便于进行更换以保持加热温度和效率。达到便于拆卸维护、延长使用寿命和生产效率的效果。

7、作为优选，加热反向箱的下端设有混合气体出孔，加热反应箱内连接有导向环，导向环的下端面与加热反应箱连接，导向环的上端面由圆周至内孔为向内倾斜的斜面状，导向环的内孔与混合气体出孔相重合布置，辅助反应机构包括固定筒、转筒和控制组件，固定筒与混合气体出孔相插接，控制组件与固定筒连接，转筒置于固定筒内与固定筒套接，固定筒的上端设有进孔一，转筒的上端设有进孔二，进孔一和进孔二的位置相适配，转筒通过控制组件与固定筒套接。加热反应箱的下端设有混合气体出孔，导向环的结构形状为上端面向内孔倾斜、下端面与加热反应箱的内底面连接，同时导向环内孔与混合出气孔同径同轴向布置，防止物料在加热反应箱内堆积从而便于导料，使全部物料快速进入冷却箱内。辅助反应机构用于使物料均产于反应，其中固定筒连接在混和气体出孔上并在上下露出一部分端头，上端头部分上设置了进孔一，固定筒内可转动的转筒上设置了进孔二，当进孔一和进孔二相对是连通冷却箱和加热反应箱、错开时切断，进而防止进入物料在充分反应前进入混合气体出孔内未参与反应，导致反应的碳粉不均匀影响产品质量和使用效果。达到保障生产效率和生产质量的效果。

8、作为优选，加热反应箱与冷却箱之间设有管道一，管道一上连接有开关阀一，管道一的一侧与固定筒的下端密封连接，管道一的另一侧与冷却箱密封连接，转筒上套接有限位环，固定筒上设有限位凹槽，限位环与限位凹槽嵌接，转筒的下端置于管道一的腔内，控制组件包括推块、推杆和复位弹簧，推杆的一端置于管道一外并与管道一密封连接，推杆的另一端与推块连接，复位弹簧与推杆套接，转筒上套接有齿轮环，推块上连接有齿条，齿条与齿轮环啮合连接。加热反应箱与冷却箱之间通过管道一相连通，开关阀一对管道一进行打开和闭合操作，转筒置于管道一箱内的下端部分上套接齿轮环，齿轮环固定套接在转筒的外侧上，使通过转动齿轮环控制转筒在固定筒内的转动，齿条与齿轮环相啮合，通过推动推杆和推块，使齿条控制转筒的转动，配合复位弹簧复位转筒实现转筒的往复转动，进而便于操作冷却箱和加热反应箱间的开关，另外转筒通过限位环限位在限位凹槽内，防止转筒与固定筒产生竖向相对位移，提高结构间的稳定性。达到提高操作便利性、结构间连接稳定性的效果。

9、作为优选，循环冷却机构包括进水箱、出水箱和分配管，分配管的结构形状为u形管，冷却箱上设有进水孔和出水孔，分配管的一端处进水孔密封连接并与进水箱连接，分配管的另一端与出水孔密封连接并与出水箱连接。循环冷却机构中通过进水箱为分配管提供持续进水进行冷却，出水箱对冷却流通后的流水进行排出，使冷却效力和效率持续，u形管结构使结构紧凑、冷却效率高。达到进一步提高结构紧凑性和冷却效率便于连续生产的效果。

10、作为优选，过滤箱与冷却箱间设有管道二，管道二上连接有开关阀二，管道二的一端与冷却箱密封了连接，管道二的另一端与过滤箱密封连接，过滤箱内拆卸连接有下盖，过滤箱上连接有管道三和管道四，管道三与抽真空机构密封连接，管道四与排气机构密封连接，抽真空机构和排气机构均置于物料盒靠近下盖一侧。过滤箱与冷却箱间通过管道二连接，开关阀二控制管道二的连通和关闭，管道二至少设有一对，以提高碳粉气体混合物的输出至过滤箱中的效率，过滤箱内拆卸连接了下盖，通过下盖便于取出物料盒，抽真空机构和排气机构置于靠近下盖一侧，防止碳粉通过管道三和管道四最终进入抽真空机构和排气机构内。达到提高生产效率、保障结构持续性工作和便于拆卸维护的效果。

11、作为优选，物料盒包括固定板、连接框和过滤网，过滤网与连接框内侧连接，过滤箱上设有定位槽，固定板的下端与连接框的上端连接， 固定板的上端与定位槽插接，下盖与过滤箱拆卸连接，下盖的上端连接有顶杆，顶杆与连接框的下端相抵。物料盒中通过固定板围合呈框装结构，过滤网通过连接框与固定板的一端连接，通过过滤网进行气体和碳粉的分离，固定板的另一端与定位槽相插接，使物料盒可快速定位安装，下盖在安装固定时通过顶杆固定物料盒，防止物料盒移动，同时在拆卸取料维护时可快速拆卸。达到便于批量存料取料、拆卸维护的效果。

12、作为优选，下盖与过滤箱螺纹连接，过滤箱上套接有固定环，固定环上设有让位槽，让位槽内设有密封环，密封环与过滤箱套接，下盖与密封环压接。过滤箱的结构形状为圆筒状结构，过滤箱上套接了固定环，下盖与过滤箱螺纹连接时进入固定环上的让位槽内与密封环压接，使密封性增加。达到提高装配和拆卸便利性同时提高气密性的效果。

13、本发明还提供了一种硬碳负极材料提纯制备方法，具体包括如下步骤：

14、步骤一：通过定量机构为加热反应箱定量加料，打开管路通过抽真空机构加压，关闭管路；

15、步骤二：通过加热管对加热反应箱加热升温，保温层保持温度，加入天然气进行增压和反应，得到碳粉混合气体；

16、步骤三：打开循环冷却机构，打开管路，碳粉混合气体通过辅助反应机构进入冷却箱内降温，同时开启另一组定量加料和加压加热反应；

17、步骤四：冷却后打开过滤箱管路，碳粉进入物料盒、气体进入排气机构完成碳粉和气体分离，取出物料盒得到提纯后碳粉。

18、启动移动机构使移动杆下移，控制块进入加热反应箱内，流量通道空出材料流入加热反应箱内，反向移动移动机构，使控制块复位、停止加量，完成定量加料。打开管道三、管道二和管道一，通过抽真空机构对过滤箱、冷却箱和加热反应箱进行加压。启动加热管对物料进行加热并继续加压。保温层对加热反应箱进行保温，通过天然气管道通道通入天然气继续加压得到碳粉混合气体。

19、打开管道一的开关阀一，按压推杆，使齿条与齿轮环在啮合中转动，进而使转筒转动进而进孔一和进孔二相对，使碳粉混合气体通过管道一进入冷却箱内，进入后放松推杆，使进孔一和进孔二错开，关闭开关阀一，进水箱和出水箱上的开关阀门打开进行水流在分配管上流动，进入的碳粉混合气体得到降温。

20、开启开关阀门二使管道二与过滤箱连通，开启排气机构，降温后的碳粉混合气体进入过滤箱内，其中碳粉受到过滤网的阻挡，使气体通过排气机构外排，通过开启其他加热反应箱上的定量机构进行连续的加料和抽真空加压以及加热工序连续工作，使碳粉不断积累在物料盒内，打开下盖，取出物料盒得到提纯后的负极材料。以实现连续性定量批量加工生产。

21、本发明的有益效果是：便于连续和批量加工；提高生产效率和效果；结构紧凑；便于拆卸维护延长使用寿命；自动化定量投料、便于控制；提高操作便利性、结构间连接稳定性；便于批量存料取料。