一種用于制造鋰離子電池負極材料的高溫反應釜的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于制造鋰離子電池負極材料的高溫反應釜，包括反應釜體、主軸、固體加料口、液體入口、氮氣入口、出氣口、支座、出料口；所述的高溫反應釜還包括旋轉橫隔柱、雙平行螺帶、框式導流刮邊、螺旋推進系統、封頭刮壁系統。本發明反應釜的攪拌系統首次采用雙平行螺帶配合框式導流板及中部旋轉橫隔柱的形式，這一創新實現了物料的混合無死角，混合效率達到目前所有同類設備的最佳狀態。采用本發明反應釜解決高端鋰離子電池負極材料包覆碳化過程中所需要的物料生產、攪拌效果、反應環境及出料方式等問題，形成了成熟的制造工藝，使負極材料的循環壽命、加工性能、表面穩定性、放電容量、效率等全面躍升。
【專利說明】
一種用于制造鋰離子電池負極材料的高溫反應釜
技術領域
[0001] 本發明涉及一種高溫反應釜，具體涉及一種用于制造鋰離子電池負極材料的高壓 反應釜，用于實現鋰離子電池負極材料包覆碳化過程。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池是當前最流行的可充電電池。理想的鋰電池具有壽命長，體積小，重量 輕，能量密度高，安全性，環境兼容性，成本低等特點。現有的鋰離子電池一般不能完全具有 上述優點。大部分電池實際提供的容量和能量密度遠低于其理論值。在嚴苛的操作條件下， 電池的實際使用性能更差，主要原因是電池材料存在利用率低、極化嚴重等問題。因此，有 關鋰離子電池的研究應該主要集中在離子、原子或分子擴散和運輸，電子轉移，表面和界面 結構優化，調控電化學反應以及電化學能量轉換和存儲等方面。同時，我國商業鋰離子電池 產業雖然發展迅速，但是國內的鋰離子電池電極材料主要依賴于進口，原材料的國產化以 及產業化是我國鋰離子電池滿足市場需求的關鍵問題。解決這個關鍵問題的前提條件是獨 立自主的研發出高電化學性能的鋰離子電池正、負極材料，其關鍵材料不突破，就會成為制 約我國電池產業發展的"瓶頸"。
[0003] 在以往制造鋰電池負極材料生產過程中，諸多廠家只是單純地對天然或人造石墨 進行粉碎和分級，導致負極材料的加工或者性能上的穩定性都不好，這直接影響到鋰離子 電池的綜合品質。在儲能鋰電池及動力鋰電池發展日新月異的今天，傳統產品已經跟不上 時代的步伐，急需要找到擁有優異性能的新的鋰離子電池高端負極材料來支撐全行業的發 展。
[0004] 在制造鋰電池高端負極材料過程中最核心的環節就是包覆碳化的過程。首先，負 極材料生產需要的反應溫度越來越高，這也成為了行業的趨勢;其次，鋰電池負極材料行業 生產用物料有粉料及瀝青焦等，這些物料的攪拌混合難度十分大，流動阻力也很強。負極材 料生產過程中物料的混合攪拌效果成為決定產品質量的最重要因素之一，目前行業急需要 一種混合攪拌效果達到最佳的生產設備。第三，目前負極材料生產過程中反應物料的粘度、 互相的粘結度都是比較大，錐形釜體的底部易出現死角，且物料容易堵住出料口，物料溫度 達到600°C以上，人工疏通出料也不現實，這個狀況已經極大地影響了生產的效率和產品的 質量。第四，目前負極材料生產企業生產過程中均遇到物料升華或蒸發，導致釜體上封頭的 人孔及法蘭孔堵塞的問題，這一問題也成為行業發展的一個瓶頸，遲遲無法解決。第五，高 溫釜頂部封頭的保溫問題一直以來都是一個難題。傳統產品在后期保溫過程中采用鍍鋅板 分瓣式包裹，用鉚釘加以聯接，中間填充石棉等保溫層。這一方案外觀質量差，內部保溫層 易被物料及其他液體侵入導致破壞保溫效果。

【發明內容】

[0005] 本發明主要為了解決高端鋰離子電池負極材料包覆碳化過程中所需要的物料生 產、攪拌效果、反應環境(如高溫高壓)及出料方式等問題，提供了一種高溫反應釜。
[0006] 為了解決以上問題，本發明采用以下綜合技術實施方案：
[0007] 一種用于制造鋰離子電池負極材料的高溫反應釜，包括反應釜體，所述的反應釜 體由上部雙層保溫夾套封頭、中部直筒和下部錐形筒體三部分組成，在反應釜體的雙層保 溫夾套封頭上設有固體加料口、液體入口、氮氣入口、出氣口，在反應釜體中上部焊接有支 座，在反應釜底部設有出料口；在所述的反應釜體內設有主軸，主軸由電動機帶動;所述的 高溫反應釜還包括旋轉橫隔柱、雙平行螺帶、框式導流刮邊、螺旋推進系統、封頭刮壁系統； 所述的旋轉橫隔柱等距離固定在主軸上，相鄰旋轉橫隔柱在水平方向呈垂直交叉分布;所 述的雙平行螺帶沿反應釜內壁螺旋式分布，由旋轉橫隔柱固定;所述的框式導流刮邊沿反 應釜內壁對稱固定在旋轉橫隔柱上并與外側螺帶豎向固定;所述的螺旋推進系統包括與雙 平行螺帶螺旋方向相反的螺旋葉片，螺旋葉片圍繞主軸呈下降式分布;所述的封頭刮壁系 統包括由主軸固定的支撐桿和設在支撐桿上端與反應釜內壁內切的刮壁條組成的掛壁裝 置。
[0008] 所述的雙層保溫夾套封頭由底層標準封頭、上層封頭蓋罩以及中間保溫材料填充 層組成。保溫材料是歐文斯保溫棉、高溫玻璃棉氈或憎水型硅酸鋁針刺毯。封頭蓋罩的材料 是薄型不銹鋼。
[0009] 在所述的雙層保溫夾套封頭上還設有檢查孔、壓力表口、測溫口。
[0010] 所述的支座的個數為4個，支座均勻焊接在反應釜體的中上部。
[0011] 所述的雙平行螺帶為兩條同向螺旋的螺帶，兩條螺帶之間互相平行（即兩條螺帶 上對應的每一個點之間的距離都是恒定的）。
[0012] 框式導流刮邊的數量為雙數，對稱固定在旋轉橫隔柱上并與外側螺帶豎向固定。 優選的，所述的框式導流刮邊的數量為兩道，框式導流刮邊與反應釜內壁留有5-10mm的間 距。
[0013] 優選的，在所述的螺旋葉片與主軸連接處間隔挖有空孔，使混合物料時避免產生 死角。螺旋葉片可以每下降二分之一圈挖空，也可以每下降三分之一圈挖空。
[0014] 所述的掛壁裝置為2個，掛壁裝置的支撐桿固定在主軸上，使掛壁裝置隨主軸旋轉 作同向運動，支撐桿上端刮壁條與封頭內壁保持10mm左右距離，形成刮拉的作用，隨時清除 因升華蒸發并積留至封頭內壁的物料，保持封頭測溫孔、人孔、投料孔、氮氣入口等孔洞的 通暢度。其中因測溫裝置需要深入釜內50_左右，因此，在制作時刮壁條隨著測溫裝置做相 同形狀的下凹加工。
[0015] 所述的刮壁條的截面呈梯形。
[0016] 本發明所述的高溫反應釜主軸和釜體的密封采用內部包高溫石墨的雙端面高溫 機械密封，屬于本領域技術人員公知常識。
[0017] 本發明為了實現物料反應所需要的高溫，采用310S不銹鋼板作為耐高溫釜體及耐 高溫過流面零部件的材料，實現最高耐800°C的反應溫度并長時間保持。加熱方式采用井式 爐配合電熱棒或者紅外線、電磁等方式加以雙層保溫夾套封頭來實現。
[0018] 所述的出料口通過球閥控制開關。
[0019] 和現有技術相比，本發明的有益效果：
[0020] 1、本發明反應釜的攪拌系統首次采用雙平行螺帶配合框式導流板及中部旋轉橫 隔柱的形式，這一創新實現了物料的混合無死角，混合效率達到目前所有同類設備的最佳 狀態。具體表現為：
[0021] (1)、雙平行螺帶沿反應釜內壁螺旋式分布，由旋轉橫隔柱固定，該結構設計使得 物料混合更加均勻徹底，與物料的摩擦系數及撞擊面積更大，混合效率高;螺旋推進系統與 雙平行螺帶旋轉方向相異，使得物料得到更好的混合效果。
[0022] (2)、旋轉橫隔柱對物料進行橫向打斷式混合，使得物料混合均勻，強化綜合混合 效果；同時旋轉橫隔柱在主軸等距離均勻分布，起到骨架的作用，使雙平行螺帶旋轉下降角 度平穩、均勻，保持固定角度。
[0023] (3)、框式導流刮邊沿反應釜內壁對稱固定在旋轉橫隔柱上并與外側螺帶豎向固 定起到加強雙平行螺帶穩定性、固定其螺旋間隔的作用，同時使得物料混合效果得到強化， 并起到刮壁器作用，使物料不粘釜壁、物料不焦化并保持傳熱效果，避免邊緣混合死角，使 整體綜合混合效果得到極大提升；
[0024] (4)、反應釜的出料口設置在下端，采用球閥控制出料口開關。螺旋推進系統中螺 旋葉片在連接主軸處間隔挖空，混合物料時可以避免產生死角，使得物料保持運動，推進系 統運行平穩。主軸旋轉時在球閥未打開的情況下，螺旋推進系統對物料起到下壓混合的效 果；出料時螺旋推進系統與地心引力形成交互效應，對物料下壓出料，完美解決了傳統生產 過程中的出料死角及堵塞問題，大大提高了生產效率和生產效果。
[0025] 2、本發明反應釜首創采用設置在攪拌主軸上的封頭刮壁系統，在攪拌的同時對上 封頭進行不間斷的旋轉掛壁，隨時清除升華蒸發并積留至封頭內壁的物料，完全杜絕了物 料對上封頭人孔及法蘭孔的堵塞，保持上端人孔及投料孔、氮氣注入孔等的通暢度。
[0026] 3、本發明首次采用雙層保溫夾套封頭形式:底部標準封頭，上層用薄型不銹鋼封 頭蓋罩，中間填充保溫材料，無縫連接，整體成型，實現高強度、安全美觀、節能低碳的功效。
[0027] 本發明反應釜在主軸上同時設置刮壁系統、攪拌系統、出料系統，攻克了耐高溫、 高壓、尾氣回收、人孔堵塞、出料方式、封頭保溫等幾大關鍵技術難題后，采用該設備解決高 端鋰離子電池負極材料包覆碳化過程中所需要的物料生產、攪拌效果、反應環境及出料方 式等問題，形成了成熟的制造工藝，使負極材料的循環壽命、加工性能、表面穩定性、放電容 量、效率等全面躍升，順應社會及科技的發展，實現對負極材料優化、升級。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明高溫反應釜的結構示意圖；
[0029] 圖2為圖1A-A向的視圖；
[0030]圖3為本發明高溫反應釜的俯視圖；
[0031 ]圖4為高溫反應釜運行時物料運行示意圖；
[0032]圖5為高溫反應釜出料時物料運行示意圖。
[0033]圖中，1-反應釜體，2-主軸，3-旋轉橫隔柱，4-雙平行螺帶，5-框式導流刮邊，6-螺 旋推進系統，7-封頭刮壁系統，8-雙層保溫夾套封頭，9-出料口，10-檢查孔，11-出氣口，12-固體加料口，13-液體入口，14-氮氣入口，15-壓力表口，16-測溫口，17-支座，18-電動機， 19-空孔。
【具體實施方式】
[0034] 結合附圖對本發明的技術方案做進一步說明。
[0035] 如圖1-3所示，一種用于制造鋰離子電池負極材料的高溫反應釜，包括反應釜體1， 所述的反應釜體1由上部雙層保溫夾套封頭8、中部直筒和下部錐形筒體三部分組成，在反 應釜體1的雙層保溫夾套封頭8上設有固體加料口 12、液體入口 13、氮氣入口 14、出氣口 11、 檢查孔10、壓力表口 15、測溫口 16,在反應釜體中上部焊接有4個支座17,在反應釜底部設有 出料口 9;在所述的反應釜體內設有主軸2,主軸2由電動機18帶動;所述的高溫反應釜還包 括旋轉橫隔柱3、雙平行螺帶4、2道框式導流刮邊5、螺旋推進系統6、封頭刮壁系統7;所述的 旋轉橫隔柱3等距離固定在主軸2上，相鄰旋轉橫隔柱3在水平方向呈垂直交叉分布;所述的 雙平行螺帶4為兩條同向螺旋的螺帶，雙平行螺帶4沿反應釜內壁螺旋式分布，由旋轉橫隔 柱3固定;所述的2道框式導流刮邊5沿反應釜內壁對稱固定在旋轉橫隔柱上3并與外側螺帶 豎向固定，并與反應釜內壁留有5-10mm間隙；所述的螺旋推進系統6包括螺旋葉片，螺旋葉 片圍繞主軸呈下降式分布，在所述的螺旋葉片與主軸連接處間隔挖有空孔19使混合物料時 避免產生死角;所述的封頭刮壁系統7包括2個刮壁裝置，刮壁裝置由主軸2固定的支撐桿、 設在支撐桿上端與反應釜內壁內切的刮壁條組成，刮壁條的截面呈梯形，刮壁條與封頭內 壁保持10mm左右距離。
[0036] 所述的雙平行螺帶4中每條螺帶寬度均為60mm，厚度5mm，螺帶向下旋轉4.5圈，左 旋，外螺帶距離反應釜內壁24mm左右;所述的螺旋推進系統6的螺旋葉片旋轉方向與雙平行 螺帶4相反，向下旋轉5圈。
[0037] 所述的雙層保溫夾套封頭由底層標準封頭、上層封頭蓋罩以及中間保溫材料填充 層組成。保溫材料是歐文斯保溫棉;封頭蓋罩的材料是薄型不銹鋼。
[0038] 所述的支座的個數為4個，支座均勻焊接在反應釜體的中上部。
[0039]高溫反應釜外部采用井式爐配以電熱絲加熱，以達到所需要的工藝溫度800°C。 [0040]高溫反應釜的容積4m3。
[0041 ]鋰電池負極材料行業生產用物料有粉料及瀝青等，這些物料的攪拌混合難度十分 大，流動阻力也很強，采用本發明高溫反應釜進行包覆碳化。設備運行時，如圖3所示，雙平 行螺帶將物料往下壓，壓到錐體底部，物料下沉沉積;通過主軸上的螺旋推進系統反向旋 轉，將沉積的物料往上運動;從而，在釜內形成物料上下循環，混合均勻。在出料時，打開電 機反轉開關，如圖4所示，主軸上的螺旋推進系統就會將物料往下推，在下推過程中物料結 塊在錐體底部，這時就通過外部雙平行螺帶對物料進行向上提升，使結塊消除，從而順利地 出料(螺旋推行系統一直延伸到錐底，雙平行螺帶延伸的靠上部一點）。采用本發明生產的 負極材料產品結晶好，球形化度高，粒度分布相對集中，壓實密度大；首次效率高，比容量 高；品質穩定，循環性能好，加工性能優，與現有產品相比，性能數據如下：
[0042]表1本發明生產的負極材料產品與現有產品技術參數對比
【主權項】
1. 一種用于制造鋰離子電池負極材料的高溫反應釜，包括反應釜體，所述的反應釜體 由上部雙層保溫夾套封頭、中部直筒和下部錐形筒體三部分組成，在反應釜體的雙層保溫 夾套封頭上設有固體加料口、液體入口、氮氣入口、出氣口，在反應釜體中上部焊接有支座， 在反應釜底部設有出料口；在所述的反應釜體內設有主軸，主軸由電機帶動;其特征在于所 述的高溫反應釜還包括旋轉橫隔柱、雙平行螺帶、框式導流板、螺旋推進系統、封頭刮壁系 統;所述的旋轉橫隔柱等距離固定在主軸上，相鄰旋轉橫隔柱在水平方向呈垂直交叉分布； 所述的雙平行螺帶沿反應釜內壁螺旋式分布，由旋轉橫隔柱固定;所述的框式導流刮邊沿 反應釜內壁對稱固定在旋轉橫隔柱上并與外側螺帶豎向固定;所述的螺旋推進系統包括與 雙平行螺帶螺旋方向相反的螺旋葉片，螺旋葉片圍繞主軸呈下降式分布;所述的封頭刮壁 系統包括由主軸固定的支撐桿和設在支撐桿上端與反應釜內壁內切的刮壁條組成的掛壁 裝置。2. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于所述的雙層保溫夾套封頭由底層封 頭、上層封頭蓋罩以及中間保溫材料填充層組成。3. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于在所述的雙層保溫夾套封頭上還設 有檢查孔、壓力表口、測溫口。4. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于所述的支座的個數為4個，支座均勻 焊接在反應釜體的中上部。5. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于所述的雙平行螺帶為兩條同向螺旋 的螺帶。6. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于所述的框式導流刮邊的數量為兩道， 框式導流刮邊與反應釜內壁留有5-10_的間距。7. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于在所述的螺旋葉片與主軸連接處間 隔挖空。8. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于所述的掛壁裝置為2個，掛壁裝置的 支撐桿固定在主軸上使掛壁裝置隨主軸旋轉作同向運動，支撐桿上端刮壁條與封頭內壁保 持10mm距離。9. 根據權利要求1所述的高溫反應釜，其特征在于所述的出料口通過球閥控制開關。
【文檔編號】B01J19/18GK106000268SQ201610524002
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月4日
【發明人】馮鵬, 馮一鵬, 虞益峰, 虞燕偉, 張巍, 王佳
【申請人】江蘇洪流化工機械有限公司