一种硬炭负极材料的生产工艺及装置制造方法及图纸

一种硬炭负极材料的生产工艺及装置，装置包括沥青熔化罐、树脂熔化罐、混料罐、焦化塔、蒸馏塔、破碎机、筛分机、辊道窑、高温炭化炉，沥青熔化罐和树脂熔化罐连接混料罐，混料罐连接焦化塔，焦化塔的轻相采出口连接蒸馏塔，焦化塔的出焦口向破碎机送料，破碎机向筛分机送料，筛分机向辊道窑送料，辊道窑向高温炭化炉送料。本发明专利技术将沥青原料熔化后与树脂混合均匀进行焦化，出焦后进行活化处理，之后炭化，得到电化学性能优异、材料结构稳定的硬炭负极材料。本发明专利技术制备的硬炭负极材料，电池安全性能高、倍率性能好、容量高、循环性能优良、抗衰减能力突出，且工艺方法简单可行且连续生产，是倍率型、容量型电池设备的优良原料。

Production process and device of a kind of hard carbon anode material

【技术实现步骤摘要】
一种硬炭负极材料的生产工艺及装置
本专利技术属于负极材料领域，尤其涉及一种硬炭负极材料的生产工艺及装置。
技术介绍
随着化石燃料的日益枯竭及环境的逐步恶化，各国政府纷纷出台环保措施和新能源发展规划，迫切需要环境友好的可再生能源以替代当前正在大规模使用传统化石能源。为此，发展新能源一度成为各国抢占未来发展制高点的重要战略产业。锂离子二次电池作为一种绿色新能源电池，发展源于20世纪80年代，自1992年由日本Sony公司商业化开始便迅速发展，是当今国际公认的理想化学能源，具有高电压、能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等众多优点，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，在纯电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、轨道交通、航空航天、船舶舰艇、工业节能、绿色建筑、空间技术等领域获得了广泛应用，已成为新一代可持续发展的绿色能源，尤其是新能源汽车，作为动力电池的核心的负极材料的市场需求量更是与日俱增。硬炭负极材料作为新兴负极材料，由于其立体交联结构使得它具有较高的Li+扩散系数和较宽的嵌锂电位区间，适合大电流充放电，倍率性能高、比容量高，成本低等特点，同样也被认为是将来最有潜力的锂离子电池负极材料。但是现今负极材料市场上的硬炭负极材料皆为近无定形碳结构的热解碳，一般>20000℃处理也很难石墨化，它们一般都是有机物(如酚醛树脂、环氧树脂、有机化合物热解碳、聚糖醇PEA等)经热处理制得，存在循环保持率低、循环构成中析锂严重等问题，且价格昂贵，市场利用率不高。专利技术内容本专利技术提供了一种硬炭负极材料的生产工艺及装置，将不同的沥青原料，通过粗破或直接熔化后与树脂在混料罐混合均匀进入焦化塔焦化，出焦后破碎筛分后进入辊道窑内，进行活化处理，之后进入高温炭化炉内炭化得到电化学性能优异、材料结构稳定的硬炭负极材料。本专利技术制备的硬炭负极材料，电池安全性能高、倍率性能好、容量高、循环性能优良、抗衰减能力突出，且工艺方法简单可行且连续生产，是倍率型、容量型电池设备的优良原料。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种硬炭负极材料的生产工艺，将沥青原料熔化后与树脂混合均匀进入焦化塔焦化，出焦后破碎筛分进入辊道窑内，进行活化处理，之后进入高温炭化炉内炭化得到硬炭负极材料；具体工艺步骤包括：1)原料预处理：将沥青打入沥青熔化罐熔化；树脂打入树脂熔化罐内熔化；2)混料：将树脂熔化罐与沥青熔化罐中的物料打入混料罐，加热搅拌均匀；3)焦化：混料罐中的物料打入焦化塔内，进行焦化；4)蒸馏塔：焦化塔加压焦化出馏的馏分油进入蒸馏塔底部，经蒸馏得到轻相油和重相油；5)粉碎筛分：焦化塔内成焦后，生焦进入粉碎机粉碎，筛分机筛分分级；6)活化：分级后的焦粉，进入辊道窑内进行活化处理；7)炭化：辊道窑处理后的粉料进入高温炭化炉，进行炭化。上述步骤1)中沥青的熔化温度为100～200℃，升温速率为1～15℃/min，恒温时间为0.5～5h。上述步骤1)中树脂的熔化温度为50～150℃，升温速率为1～15℃/min，恒温时间为0.5～5h。所述混料罐的温度为50～250℃，搅拌速度为20～50r/min。所述焦化塔压力为0.1～3Mpa，焦化温度为480℃～600℃，升温速率为1～30℃/min，恒温时间为1～8h。上述步骤5)中粉碎筛分粒度D50为10～25μm。上述步骤6)中的活化剂为水或二氧化碳，活化剂用量为0.5～5mL/min，活化温度为500～1200℃、活化时间0.1～10h，活化过程需要惰性气体保护。上述步骤7)中的炭化温度为1000～2000℃，升温速率为1～30℃/min，恒温时间为1～8h。一种硬炭负极材料的生产工艺使用的装置，包括沥青熔化罐、树脂熔化罐、混料罐、焦化塔、蒸馏塔、破碎机、筛分机、辊道窑、高温炭化炉，所述沥青熔化罐和树脂熔化罐连接混料罐，所述混料罐连接焦化塔，所述焦化塔的轻相采口连接蒸馏塔，所述焦化塔的出焦口向破碎机送料，破碎机向筛分机送料，筛分机向辊道窑送料，辊道窑向高温炭化炉送料。所述焦化塔为两个。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术制备的硬炭负极材料通过独特的生产工艺有效的兼顾软炭负极材料优异的循环性能与硬炭负极材料较高倍率性能，大功率密度条件下进行充放电，材料结构稳定，抗衰减能力突出，可以广泛的应用于各大电池材料领域；2)本专利技术制备的负极材料具有优异的电化学性能，可以广泛应用于快充电池设备、锂离子、钠离子电池设备上；3)本专利技术采用的焦化塔为连续式生产装置，实现连产，保障产能的最大化，经济效益可观；4)本专利技术采用的蒸馏塔将蒸馏出的馏分油回收，蒸馏出轻相油出售，重相油可以回收，做特种沥青原料。5)本专利技术活化工艺采用的活化工艺易于实现，活化原料具有无二次污染、成本低等特点。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图。图中：1-软沥青原料；2-硬质沥青原料；3-树脂原料；4-沥青粉碎机；5-斗式提升机；6-料仓；7-螺旋给料机；8-沥青熔化罐；9-树脂熔化罐；10-混料罐；11-1#焦化塔；12-2#焦化塔；13-破碎机；14-筛分机；15-辊道窑；16-高温炭化炉；17-成品仓；18-蒸馏塔。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的实施方式进一步说明：如图1所示，一种硬炭负极材料的生产工艺，将不同的沥青原料，通过粗破或直接熔化后与树脂在混料罐10混合均匀进入焦化塔焦化，出焦后破碎筛分进入辊道窑15内，进行活化处理，之后进入高温炭化炉16内炭化得到硬炭负极材料，制得的硬炭负极材料比容量大于380mAh/g，首次效率大于80％，具体工艺步骤包括：1)原料预处理：软沥青经泵由原料罐抽出，直接进入沥青熔化罐内熔化；硬质沥青经过粗破机粉碎后，经过斗式提升机4进入料仓6，螺旋给料机7将硬质沥青打入沥青熔化罐8熔化；树脂由泵打入树脂熔化罐9内熔化；硬质沥青粗破粒度为小于1cm的沥青粉料；2)混料：将树脂熔化罐9与沥青熔化罐8中的物料按照质量比树脂：沥青＝1:8～9打入混料罐10，加热搅拌均匀；3)焦化：混料罐10中的物料经泵打入焦化塔内，进行焦化；4)蒸馏塔：焦化塔加压焦化出馏的馏分油进入蒸馏塔18底部，经蒸馏得到轻相油和重相油；轻相油出售；重相油部分打入原料罐区，作为特种沥青原料。5)粉碎筛分：焦化塔内成焦后，生焦进入粉碎机粉碎，筛分机筛分分级；6)活化：分级后的焦粉，进入辊道窑15内进行活化处理；7)炭化：辊道窑15处理后的粉料进入高温炭化炉16，进行炭化；8)成品：炭化后料经过皮带通廊进入成品仓，包装。上述步骤1)中沥青的熔化温度为100～200℃，升温速率为1～15℃/min，恒温时间为0.5～5h。上述步骤1)中树脂的熔化温度为50～150℃，升温速率为1～15℃/min，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬炭负极材料的生产工艺，其特征在于，将沥青原料熔化后与树脂混合均匀进入焦化塔焦化，出焦后破碎筛分进入辊道窑内，进行活化处理，之后进入高温炭化炉内炭化得到硬炭负极材料；具体工艺步骤包括：/n1)原料预处理：将沥青打入沥青熔化罐熔化；树脂打入树脂熔化罐熔化；/n2)混料：将树脂熔化罐与沥青熔化罐中的物料打入混料罐，加热搅拌均匀；/n3)焦化：混料罐中的物料打入焦化塔内，进行焦化；/n4)蒸馏塔：焦化塔加压焦化出馏的馏分油进入蒸馏塔底部，经蒸馏得到轻相油和重相油；/n5)粉碎筛分：焦化塔内成焦后，生焦进入粉碎机粉碎，筛分机筛分分级；/n6)活化：分级后的焦粉，进入辊道窑内进行活化处理；/n7)炭化：辊道窑处理后的粉料进入高温炭化炉，进行炭化。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬炭负极材料的生产工艺，其特征在于，将沥青原料熔化后与树脂混合均匀进入焦化塔焦化，出焦后破碎筛分进入辊道窑内，进行活化处理，之后进入高温炭化炉内炭化得到硬炭负极材料；具体工艺步骤包括：
1)原料预处理：将沥青打入沥青熔化罐熔化；树脂打入树脂熔化罐熔化；
2)混料：将树脂熔化罐与沥青熔化罐中的物料打入混料罐，加热搅拌均匀；
3)焦化：混料罐中的物料打入焦化塔内，进行焦化；
4)蒸馏塔：焦化塔加压焦化出馏的馏分油进入蒸馏塔底部，经蒸馏得到轻相油和重相油；
5)粉碎筛分：焦化塔内成焦后，生焦进入粉碎机粉碎，筛分机筛分分级；
6)活化：分级后的焦粉，进入辊道窑内进行活化处理；
7)炭化：辊道窑处理后的粉料进入高温炭化炉，进行炭化。


2.根据权利要求1所述一种硬炭负极材料的生产工艺，其特征在于，上述步骤1)中沥青的熔化温度为100～200℃，升温速率为1～15℃/min，恒温时间为0.5～5h。


3.根据权利要求1所述一种硬炭负极材料的生产工艺，其特征在于，上述步骤1)中树脂的熔化温度为50～150℃，升温速率为1～15℃/min，恒温时间为0.5～5h。


4.根据权利要求1所述一种硬炭负极材料的生产工艺，其特征在于，所述混料罐的温度为50～250℃，搅拌速度为20～50r/min。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪，和凤祥，武全宇，吕晗，张勇，刘书林，屈滨，
申请(专利权)人：中钢集团鞍山热能研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21