一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置制造方法及图纸

一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置，包括沥青熔化罐、液体沥青储罐、加热炉、焦化塔、破碎机、筛分机、混料机Ⅰ、混料机Ⅱ、炭化炉、打散机、除磁机、成品仓、闪蒸分馏塔；沥青熔化罐或液体沥青储罐出口连接加热炉，液态沥青送入加热炉，加热炉出口连接焦化塔，焦化塔轻相出口连接闪蒸分馏塔，焦化塔的重相出口向破碎机送料，破碎机向筛分机送料，筛分机向混料机Ⅱ送料；石墨原料和硅原料在混料机Ⅰ中混和，混料机Ⅰ向混料机Ⅱ送料，混料机Ⅱ向送料炭化炉送料，炭化炉的出口依次连接打散机、除磁机、成品仓。本实用新型专利技术降低了硅碳负极材料中硅的体积膨胀，所得硅碳负极材料加工性能优异，具有良好的循环性能。具有良好的循环性能。具有良好的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置


[0001]本技术属于负极材料生产
，尤其涉及一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具有能量密度高、功率密度高、使用寿命长、自放电率低、无记忆效应、安全低污染等优点，已广泛应用于3C电子产品，电动工具、医疗电子、储能设备等领域，在纯电动汽车、混合动力汽车、轨道交通、航天航空等交通领域逐步获得推广。目前，中国已成为的全球最大的锂离子电池生产制造基地和第二大锂离子电池生产和出口国。随着各个领域对电池能量密度的要求飞速提高，高能量密度的锂离子电池是研究和开发的重点方向。
[0003]目前的负极体系中，硅的理论嵌锂容量(3500～4200mAh/g)约为石墨理论容量(372 mAh/g)的10倍，并且储量丰富、无毒无污染、嵌锂平台(约0.37V)低，是当今广泛研究的锂离子电池负极材料。但是，硅电导率低，脱嵌锂时存在巨大的体积膨胀，导致硅负极容量优势难以保持。硅碳复合负极材料可以有效解决单质硅负极体积变化、材料结构破坏、电解液不可逆消耗、负极功能失效等问题，获得明显改善的储锂性能。
[0004]专利文件CN111725507A公开了一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法。该方法通过控制氮气气氛保护炉的炉压，使沥青挥发出的烟在硅碳负极表面形成一个气固两相的界面，降低了沥青的用量，得到高压实密度、循环性能优良的硅碳负极材料。该方法一定程度上改善了表面碳包覆不均匀的现象，但是仍需加入粘结剂，在混合过程中控制较难，存在混合不均匀的现象；且加入沥青后，所得硅碳负极材料石墨化度下降，容量降低。专利文件CN109920982A公开了一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法。该方法将活性炭材料粉碎后与纳米硅浆料、软沥青混合，焦化、炭化，再粉碎后筛分出5～30μm 的产物作为硅碳负极材料。该方法工艺简单，但是软沥青结焦值低，与碳源、硅源混合后经焦化炭化轻组分流失，表面形成的包覆层不牢固，振实密度低，加工性能不佳。

技术实现思路

[0005]本技术提供了一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置，通过焦化塔焦化制备得到挥发分处于一定范围的焦，这种焦与预制备的硅碳负极前驱体混合，均匀包覆于硅碳负极前驱体表层，经炭化制得硅碳负极材料。
[0006]为实现上述目的，本技术采用以下技术方案实现：
[0007]一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置，包括沥青熔化罐、液体沥青储罐、加热炉、焦化塔、破碎机、筛分机、混料机Ⅰ、混料机Ⅱ、炭化炉、打散机、除磁机、成品仓、闪蒸分馏塔；固体沥青原料经斗式提升机进入沥青熔化罐，沥青熔化罐或液体沥青储罐出口连接加热炉，液态沥青送入加热炉，所述加热炉出口连接焦化塔，所述焦化塔轻相出口连接闪蒸分馏塔，焦化塔的重相出口向破碎机送料，破碎机向筛分机送料，筛分机向混料机Ⅱ送
料；
[0008]石墨原料和硅原料在混料机Ⅰ中混和，所述混料机Ⅰ向混料机Ⅱ送料，所述混料机Ⅱ向送料炭化炉送料，所述炭化炉的出口依次连接打散机、除磁机、成品仓。
[0009]还包括轻油接收罐、重油接收罐，所述闪蒸分馏塔的轻相出口连接轻油接收罐，所述闪蒸分馏塔的重相出口连接重油接收罐。
[0010]所述筛分机通过螺旋给料器向混料机Ⅱ送料。
[0011]与现有的技术相比，本技术的有益效果是：
[0012]1)本技术中沥青通过焦化塔焦化得到挥发分处于一定范围的焦，原料容易获得，焦破碎至一定粒度后与硅碳前驱体混合，使焦和前驱体均匀包覆，从而降低了硅碳负极材料中硅的体积膨胀。
[0013]2)利用本技术装置制备的硅碳负极材料的结构特点在于：通过自粘结性焦的粘结性能，能够将纳米硅颗粒粘结在焦和石墨颗粒表面，同时自粘结性焦的挥发分在碳化过程中能够包覆在硅和石墨表面，形成一层软碳，软碳包覆层的限制作用和石墨的导电作用，能够明显改善硅碳材料的充放电过程中结构粉化失效问题，展现出良好的电化学性能。
[0014]3)利用本技术装置制备的硅碳负极材料理化指标测试表显示其振实密度大于等于1.1g/cm3，压实密度≥1.25g/cm3，高于硅碳国家标准GB/T38823
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2020中一类标准，加工性能优异。
[0015]4)利用本技术装置制备的硅碳负极材料电化学测试表明，该材料的可逆容量达到700mAh/g～1800mAh/g，首次库伦效率为83％～92％，0.1C循环100次后容量保持率65％～ 95％，具有良好的循环性能。
附图说明
[0016]图1是本技术装置的工艺路线图。
[0017]图2是实施例1制备的硅碳负极材料的XRD图谱。
[0018]图3是实施例1制备的硅碳负极材料的SEM图。
[0019]图4是实施例1制备的硅碳负极材料的充放电曲线图。
[0020]图5是实施例1制备的硅碳负极材料和对比例1制备的硅碳材料的循环曲线对比图。
[0021]图1中：1
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沥青原料仓、2
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1沥青熔化罐、2
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2液体沥青储罐、3
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加热炉、4
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焦化塔、 5
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破碎机、6
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筛分机、7
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螺旋给料器、8
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混料机Ⅰ、9
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混料机Ⅱ、10
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炭化炉、11
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打散机、 12
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除磁机、13
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成品仓、14
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闪蒸分馏塔、15
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轻油接收罐、16
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重油接收罐、17
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石墨料仓、 18
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硅料仓。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例对本技术的实施方式进一步说明：
[0023]如图1所示，一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置，包括沥青原料仓1、沥青熔化罐2
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1、液体沥青储罐2
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2、加热炉3、焦化塔4、破碎机5、筛分机6、螺旋给料器7、混料机Ⅰ8、混料机Ⅱ9、炭化炉10、打散机11、除磁机12、成品仓13、闪蒸分馏塔14、轻油接收罐15、重油接收罐16、石墨料仓17、硅料仓18；沥青原料从沥青原料仓 1经斗式提升机进入沥青熔
化罐2
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1，沥青熔化罐2
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1和或液体沥青储罐2
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2出口连接加热炉3入口，加热炉3出口连接焦化塔4，焦化塔4轻相出口连接闪蒸分馏塔14，焦化塔 4的重相出口向破碎机5送料，破碎机5向筛分机6送料；石墨料仓17和硅料仓18连接混料机Ⅰ8，筛分机6和混料机Ⅰ8向混料机Ⅱ9送料，混料机Ⅱ9向炭化炉10送料；所述炭化炉10中物料经过打散机11、除磁机12后送入成品仓13；所述闪蒸分馏塔14轻相出口连接轻油接收罐15，闪蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自粘结性焦制备硅碳负极材料的生产装置，其特征在于，包括加热炉、焦化塔、破碎机、筛分机、混料机Ⅰ、混料机Ⅱ、炭化炉、打散机、除磁机、成品仓、闪蒸分馏塔；液态沥青送入加热炉，所述加热炉出口连接焦化塔，所述焦化塔轻相出口连接闪蒸分馏塔，焦化塔的重相出口向破碎机送料，破碎机向筛分机送料，筛分机向混料机Ⅱ送料；石墨原料和硅原料在混料机Ⅰ中混和，所述混料机Ⅰ向混料机Ⅱ送料，所述混料机Ⅱ...

【专利技术属性】
技术研发人员：和凤祥，蔡新辉，郭明聪，刘书林，陈雪，马畅，屈滨，胡博，王海洋，王守凯，张功多，
申请(专利权)人：中钢集团鞍山热能研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：