本发明专利技术公开了一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒及其制备方法和装置，属于钠离子电池技术领域。一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒制备方法包括向加热室中添加原材料，对加热室升温并对原材料进行搅拌、向搅拌后的原材料中加入气体，以使原材料在加热室中发生氧化交联反应、将反应后生成的反应物进行粗破碎、对粗破碎后的反应物进行精细破碎等步骤，高效快速的制备出碳负极材料，方法简单，操作方便。操作方便。操作方便。
【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒及其制备方法和装置
[0001]本专利技术属于钠离子电池
，主要涉及一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒及其制备方法和装置。
技术介绍
[0002]电动汽车是当下热门的新能源技术。不同于小型携带电池，电动汽车所用电池需要更大的能量密度和更高的输出功率。电动车电池需要在短时间内大电流充放电，所以对电池正负极材料的比容量提出了更高的要求。
[0003]目前正极材料广泛使用，但是还没有高比容量且较好支持大电流充放电的负极材料。现广泛使用天然石墨作为钠电池的负极材料，但其不支持大电流放电，且有其易与电解液发生反应的特性，导致电池循环性能较差。目前主流做法是在天然石墨表面进行氧化，掺杂，包覆处理，虽然可以提高其循环性能，但未能改善材料的大电流充放电性能。硬碳具有较大的层间距和其它特殊性质，为大电流充放电提供了条件，但目前依然没能得到彻底的解决其不可逆容量居高不下、电极电位过高等缺陷。
[0004]专利CN112645300A公布了一种硬碳材料及制备方法与应用，采用石油沥青作为前驱体，经交联处理、预碳化和高温碳化后得到高性能硬碳材料，但该制备方法过程冗长，需严格控制高温过程物料的质量比，且需要大量的试剂，因此在大规模应用上会受限。
[0005]专利CN108002361A公布了一种氮硫共掺杂硬碳材料及制备方法与应用，采用中温沥青作为碳源，以氮甲基吡咯烷酮作为交联剂，与NaCl、尿素混匀后在含H2S的氩气中高温碳化后得到氮硫共掺杂硬碳材料，但该方法需要的试剂和气氛均有一定毒害性，因此制备条件苛刻。
[0006]专利CN111785963A公布了一种硬碳负极材料及制备方法与应用，沥青、酚醛树脂和氯化钠在混匀后经高温碳化得到高性能硬碳材料，但该方法需要价格昂贵的酚醛树脂，因此成本较高。专利CN113526489A中类似采用了价格较昂贵的木质素，导致最终产品的成本较高。
[0007]专利CN114373925A公布了一种氧化改性的硬碳负极材料及制备方法，该方法将经硝酸水热氧化处理的沥青作为前驱体，再高温碳化后得到高性能硬碳负极材料。但该方法需要用强腐蚀性试剂和高温高压环境，不利于大规模推广。专利CN115246637A同样公布了沥青湿法氧化制备硬碳材料的制备方法，将石油沥青溶于甲苯，再经浓硝酸氧化，最后高温碳化得到高性能硬碳材料，但该方法需要毒害性和强腐蚀性试剂，同样对操作条件要求严苛，会限制其产业化应用。
[0008]目前已公开的沥青基硬碳负极材料存在制备流程冗长、条件苛刻、产品成本高、存在环境污染等问题，尚未有针对提高硬碳材料的结构稳定性、比容量、首次库伦效率、循环性能等指标的硬碳制备方法。同时目前已公开的沥青基硬碳负极材料基本都是围绕制备方法的改动，很少有沥青预处理装置的专利技术创新，因此为清洁高效制备钠离子电池碳负极材料，急需开发沥青预处理新方法和装置。
技术实现思路
[0009]本专利技术目的在于提供一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒及其制备方法和装置，以解决上述问题。
[0010]在第一个方面，本专利技术提供一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒的制备装置，包括高温预氧化系统、深度交联系统、精细破碎系统和收料系统。
[0011]进一步的，所述高温预氧化系统包括加热室1个、进料口1个、机械泵1个、冷却水管1套、搅拌器1个、进气口1个、电机1个、升降托盘1个和冷却管壁1套。所述进料口用于加入沥青原料和其他制备所需原料，在样品加入后通过机械泵对加热室进行真空处理。进气口用于通入高温氧化所需的氧化气氛，在通气、加热和保温过程中，搅拌器在1号电机保持一定速率的转动，以保证沥青和其他原料充分混合均匀的同时使沥青可以发生氧化交联反应。冷却水由入口逆时针流向冷却水出口。保温结束后，熔融混合物料通过可上下运动的升降托盘向下运动，在下降过程中，高温物料在冷却管壁的强冷作用下迅速冷却凝固，当升降托盘降至粗破碎系统顶部时可横向脱出托盘，从而可以使冷却凝固后预氧化混合物料颗粒掉入粗破碎系统。
[0012]进一步的，所述深度交联系统包括深度交联室1个、电机1、氧化锆珠1套、维护窗口1个、筛网1个和观测窗1个。所述通过维护窗口加入的氧化锆珠体积不超过粗破碎室体积的1/4。掉入深度交联系统的预氧化混合物料颗粒在粗深度交联室中和氧化锆珠会在2号电机带动搅拌杆高速转动的带动下发生剧烈的碰撞和冲击而发生破碎，同时频繁的碰撞和冲击带来的超高能量会强化石墨嵌入度，促进沥青和天然鳞片石墨混合物的晶格无序化，实现沥青和石墨混合物的深度交联固化。破碎后的深度交联混合物料颗粒可通过布置在深度交联系统底部的筛网掉入精细破碎系统中，供后续颗粒进一步破碎使用。当深度交联过程结束后，氧化锆珠会停留在筛网上。为装置清洗和维护方便，装置深度交联系统底部设置有维护窗口，用于取出氧化锆珠和筛网以及清洗深度交联室内部。
[0013]进一步的，所述精细破碎系统包括精细粉碎进料口1个、观测窗1个、压缩空气入口5个、文丘里喷嘴1个、破碎腔1个、内衬1套。经深度交联系统处理后的深度交联混合物料颗粒会存留在精细粉碎进料口中。所述精细粉碎进料口左侧设置有观测窗口，用于监测精细粉碎进料口中的储料情况，当储料达到一定量时，可打开精细粉碎进料口阀门，使深度交联混合物料颗粒进入与精细粉碎进料口连接的1号压缩空气入口中。在高压强和高流速的空气气流的推动下，深度交联混合物料颗粒经过拉瓦尔喷嘴后会进一步增速，可至超音速，并进入精细破碎系统的破碎腔内部。所述破碎腔的腔壁四周设置有4个2号压缩空气入口，利用物料在旋转气流的带动下发生相互碰撞、摩擦、剪切而粉碎。在精细破碎过程中，粗颗粒在较大的离心力作用下会向腔壁运动而发生循环破碎，细颗粒会在气流推至集中在破碎腔中心部分并沿出料管流出。所述破碎腔的内衬采用高硬度和高耐磨的材料，在本专利技术中采用纳米碳化钨材料涂覆的刚玉材料。
[0014]进一步的，所述收料系统包括出料管1个、出气口1个、旋风收集器1个和收料仓1个。气流精细破碎过程中细颗粒的前驱体粉末会沿出料管随气体流出，经旋风收集器后逐渐沉积在收料仓内，完成前驱体粉末的收集，而多余的气体会从出气口流出。其中出气口的两侧管口均有隔膜，可供气体流出的同时防止前驱体粉末流出，该隔膜在每次试验前后需要进行更换。
[0015]在第二个方面，本专利技术提供一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒：
[0016]进一步的，所述钠离子电池碳负极材料复合颗粒基体为硬碳，所层间距d
002
为0.340～0.370nm。天然鳞片石墨均匀分散于硬碳基体中，所述天然磷片石墨的平均粒径为200～400nm。
[0017]进一步的，钠离子电池碳负极材料复合颗粒前驱体为常用的硬碳前驱体：石油沥青、焦油、煤沥青等。本专利技术优选石油沥青或煤沥青，软化点选为140～240℃，更优选为190～200℃：氢碳比(H/C，其中H代表氢元素，C代表碳元素)优选小于0.1。
[0018]基于本专利技术第一方面所述碳负极材料复合颗粒制备装置，所述钠离子电池碳负极材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒，其特征在于：包括基体和前驱体，所述的基体为硬碳基体，硬碳基体之间的层间距为0.34nm
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0.37nm。所述的硬碳基体中均匀分布有天然鳞片石墨，天然鳞片石墨的粒径为200nm—400nm；所述的前驱体为石油沥青、焦油和煤沥青中的一种，所述的前驱体的软化温度为140℃
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240℃，且前驱体的H/C小于0.1。2.一种钠离子电池碳负极材料复合颗粒的制备装置，其特征在于：包括高温预氧化系统、深度交联系统、精细破碎系统和收料系统；所述的高温预氧化系统包括加热室，所述的加热室上方设置有进料口，加热室的下方设置有进气口，加热室与机械泵连通，所述的加热室下方设置有冷却水管，搅拌器转动安装在加热室的内部，且搅拌器与1号电机的输出轴固定连接，所述的冷却水管内壁滑动安装有升降托盘；所述的深度交联系统包括深度交联室，所述的深度交联室内部设置有粗破碎室，所述的粗破碎室上方与冷却水管内壁连通，粗破碎室下方设置有筛网，深度交联室上开设有维护窗口，所述的维护窗口用向粗破碎室添加氧化锆珠，粗破碎室内部转动安装有搅拌杆，所述的搅拌杆与2号电机的输出轴固定连接，2号电机固定安装在深度交联室外部；所述的精细破碎系统包括破碎腔，破碎腔内部设置有内衬，所述的破碎腔上设置有1号压缩空气入口，在1号压缩空气入口与破碎腔之间设置有文丘里喷嘴，破碎腔的精细粉碎进料口的下端设置在1号压缩空气入口与文丘里喷嘴之间，精细粉碎进料口的上端与深度交联室连通，且所述的精细粉...
【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，李骕，雷勋惠，易宇，
申请(专利权)人：湖南钠能时代科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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