一种高性能钠离子电池软硬碳复合负极的制备装置及方法与流程

1.本发明涉及电池生产技术领域，具体是一种高性能钠离子电池软硬碳复 合负极的制备装置及方法。


背景技术：

2.炭材料由于资源丰富、合成简单、电化学性能稳定、导电性优异、储钠 电势低以及无毒等特点，被认为是最有潜力推动钠离子电池产业化的负极材 料。目前，根据微观结构，钠离子电池炭基负极材料主要可分为石墨、软炭、 硬炭这三大类。
3.其中，软炭和硬炭均属于无定形炭，主要由类石墨微晶构成。尤其是硬 碳材料具有高可逆比容量、低电压等突出优势，被认为是sibs最有潜力商业 化的负极材料，但仍然存在倍率性能差和衰减快等问题。通过杂原子掺杂或 者增加缺陷位点，可以很大程度提高倍率性能，但是也会由此带来低的首圈 库伦效率，降低实用性。因此，对于硬碳材料的研究仍然有待进一步改善， 降低成本的同时能够有效提高倍率性能是其大规模储能商业化应用的关键。 而通过软/硬碳复合策略，可以较好地综合二者的优点。
4.针对这种情况，本领域技术人员提供了一种高性能钠离子电池软硬碳复 合负极的制备装置及方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高性能钠离子电池软硬碳复合负极的制备装 置及方法，以解决上述背景技术中提出的软/硬碳单一材料倍率性能较差的问 题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种高性能钠离子电池软硬碳复合负极的制备装置，包括箱体、筒体以 及罩壳，所述箱体的外侧壁上安装有控制面板，所述箱体内部的两侧分别设 置有研磨腔、连接腔，且研磨腔底部的一侧倾斜延伸至连接腔的内部，所述 研磨腔的顶部设置有定磨盘，且定磨盘顶端的中心位置处通过中轴与研磨腔 的顶端固定连接，所述定磨盘的正下方依次设置有动磨盘、固定座，且动磨 盘底端的中心位置处通过主轴与固定座的内部转动连接，所述固定座底部的 一侧嵌设有第一电机，且第一电机的输出轴通过传动皮带与主轴的中部相互 连接；
8.所述筒体的一端安装于连接腔中并转动连接，且筒体一端的外侧壁上套接 有齿圈，所述齿圈下方的一侧设置有第二电机，且第二电机的输出轴上套装 有齿轮，并且齿轮与齿圈之间相互啮合；
9.所述筒体的另一端延伸至罩壳中并转动连接，且罩壳底部的一侧开设有 出料口，所述出料口位置处的罩壳外侧壁上安装有门闸机构，且门闸机构包 括双轴气缸、闸门以及边框。
10.作为本发明再进一步的方案：所述研磨腔一侧的箱体顶端嵌设有进料口， 且进料口从上到下线性缩小，所述定磨盘一侧的内部开设有通槽，且进料口 与通槽相互对应，确
保混合料能够顺利下滑。
11.作为本发明再进一步的方案：所述动磨盘的底部呈上凹型结构，所述固 定座的顶部呈上凸型结构，且固定座的顶部位于动磨盘的底部并互不接触， 避免粉料落入动磨盘和固定座之间的缝隙中，同时不会影响动磨盘的正常旋 转。
12.作为本发明再进一步的方案：所述主轴外侧的动磨盘底端等角度安装有 若干个行走轮，所述固定座的顶端开设有环形沉槽，且行走轮皆位于环形沉 槽中并滚动接触，用于对动磨盘构成滚动支撑，避免动磨盘在旋转过程中发 生偏移。
13.作为本发明再进一步的方案：所述筒体的内侧壁上设置有螺纹槽，用于 带动粉料旋转位移，且螺纹槽位置处皆盘绕有电加热管，确保粉料在位移过 程中充分、均匀地受热。
14.作为本发明再进一步的方案：所述筒体另一端的外侧壁上套接有光圈， 且光圈的正下方设置有底托，所述底托的内部对称安装有两个滚轮，且滚轮 皆与光圈滚动接触，用于对筒体构成滚动支撑，避免筒体在旋转过程中发生 偏移，同时也可避免齿圈与齿轮之间发生撞齿事故。
15.作为本发明再进一步的方案：所述齿圈的外侧套设有防护圈，避免齿圈 上附着灰尘，且防护圈底部的一侧开设有供齿轮活动的缺口，避免影响啮合 传动。
16.作为本发明再进一步的方案：所述双轴气缸固定于出料口上方的罩壳外 侧壁上，所述闸门滑动设置于出料口的外侧壁上，且双轴气缸的输出端与闸 门的顶端固定连接，用于实现自动升降开合的效果，所述出料口两侧的罩壳 外壁上对称焊接有边框，且闸门的两侧皆与边框滑动接触并构成限位结构， 避免闸门在升降过程中发生偏移。
17.作为本发明再进一步的方案：所述闸门的底部嵌设有注气管，用于向筒 体内部注入氩气，由于氩气密度大于空气密度，可替换空气并在筒体中形成 惰性环境，且注气管上安装有电磁阀，用于控制氩气的输入量并避免氩气回 流。
18.一种高性能钠离子电池软硬碳复合负极的制备方法，包括以下步骤：
19.a、准备原材料：称取一定量的无烟煤、酚醛树脂以及尿素，按照一定质 量比混合；
20.b、研磨处理：
①
将混合料输入进料口中，然后经由通槽落入定磨盘和动 磨盘的间隙中，
②
启动第一电机，利用传动皮带带动主轴匀速旋转，使得动 磨盘关于定磨盘做旋转运动，则处于间隙中的混合料将被研磨粉碎、充分混 合，
③
产生的粉料经由动磨盘边缘的缝隙下落，在研磨腔的底部倾斜滑落至 筒体中；
21.c、热处理：
①
启动电加热管预热，并利用注气管向筒体中注入一定量的 氩气，
②
一段时间后，第二电机启动，利用齿轮带动齿圈，使得筒体整体匀 速旋转，则粉料沿着螺纹槽螺旋移动，在均匀受热的同时向罩壳处匀速移动， 最终获得杂原子掺杂的软硬碳复合负极材料；
22.d、输出物料：控制双轴气缸收缩复位，使得闸门沿着边框竖直上升，露 出出料口，则软硬碳复合负极材料将在后方推动作用下经由出料口输出；
23.e、试验分析：
①
表征分析：通过sem、tem观察形貌的变化，通过xrd 研究碳的结构和层间距的变化，通过氮气吸脱附实验获得比表面积和孔隙结 构分布，通过ftir，获得官能团变化，
②
电化学评估：以复合材料和pvdf、 superp混料，先组装扣式电池，评估复合材料的性能，再小试组装18650圆 柱电池，探究实用性。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.1、第一电机利用传动皮带带动主轴匀速旋转，使得动磨盘关于定磨盘做 旋转运动，与此同时，行走轮在环形沉槽中滚动接触，对动磨盘构成滚动支 撑，以维持动磨盘的旋转稳定，从而确保处于间隙中的混合料将被研磨粉碎、 充分混合；
26.2、利用注气管向筒体中注入氩气以替换空气，并利用第二电机和齿轮带 动齿圈，使得筒体整体匀速旋转，则粉料沿着螺纹槽螺旋移动并被螺旋分布 的电加热管充分加热，在均匀受热的同时向罩壳处匀速移动，从而快速获得 软硬碳复合负极材料；
27.3、通过控制双轴气缸收缩复位，使得闸门沿着边框竖直上升，露出出料 口，使得复合材料将在后方推动作用下匀速输出，从而提高了出料的控制效 率。
附图说明
28.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
29.图1为本发明的立体示意图；
30.图2为图1中箱体的局部立体示意图；
31.图3为图1中箱体的正视剖面放大示意图；
32.图4为图1中箱体和罩壳的立体示意图；
33.图5为图1中筒体的立体示意图；
34.图6为图1中门闸机构的立体示意图。
35.图中：1、箱体；2、控制面板；3、进料口；4、研磨腔；5、连接腔；6、 定磨盘；7、中轴；8、通槽；9、动磨盘；10、主轴；11、行走轮；12、固定 座；13、第一电机；14、传动皮带；15、环形沉槽；16、筒体；17、螺纹槽； 18、齿圈；19、防护圈；20、第二电机；21、齿轮；22、光圈；23、底托； 24、滚轮；25、罩壳；26、出料口；27、门闸机构；2701、双轴气缸；2702、 闸门；2703、边框；28、注气管。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，请参阅图1～6，本发明实施例如下：
37.一种高性能钠离子电池软硬碳复合负极的制备装置，在图1、图3以及图 6中：包括箱体1、筒体16以及罩壳25，箱体1的外侧壁上安装有控制面板 2，箱体1内部的两侧分别设置有研磨腔4、连接腔5，且研磨腔4底部的一 侧倾斜延伸至连接腔5的内部，研磨腔4的顶部设置有定磨盘6，且定磨盘6 顶端的中心位置处通过中轴7与研磨腔4的顶端固定连接，定磨盘6的正下 方依次设置有动磨盘9、固定座12，且动磨盘9底端的中心位置处通过主轴 10与固定座12的内部转动连接，固定座12底部的一侧嵌设有第一电机13， 且第一电机13的输出轴通过传动皮带14与主轴10的中部相互连接；
38.筒体16的一端安装于连接腔5中并转动连接，且筒体16一端的外侧壁上 套接有齿圈18，齿圈18下方的一侧设置有第二电机20，且第二电机20的输 出轴上套装有齿轮21，并且齿轮21与齿圈18之间相互啮合；
39.筒体16的另一端延伸至罩壳25中并转动连接，且罩壳25底部的一侧开 设有出料口26，出料口26位置处的罩壳25外侧壁上安装有门闸机构27，且 门闸机构27包括双轴气缸2701、闸门2702以及边框2703。
40.在图2和图3中：研磨腔4一侧的箱体1顶端嵌设有进料口3，且进料口 3从上到下线性缩小，定磨盘6一侧的内部开设有通槽8，且进料口3与通槽 8相互对应，确保混合料能够顺利下滑；动磨盘9的底部呈上凹型结构，固定 座12的顶部呈上凸型结构，且固定座12的顶部位于动磨盘9的底部并互不 接触，避免粉料落入动磨盘9和固定座12之间的缝隙中，同时不会影响动磨 盘9的正常旋转；主轴10外侧的动磨盘9底端等角度安装有若干个行走轮11， 固定座12的顶端开设有环形沉槽15，且行走轮11皆位于环形沉槽15中并滚 动接触，用于对动磨盘9构成滚动支撑，避免动磨盘9在旋转过程中发生偏 移。
41.在图1、图4以及图5中：筒体16的内侧壁上设置有螺纹槽17，用于带 动粉料旋转位移，且螺纹槽17位置处皆盘绕有电加热管，确保粉料在位移过 程中充分、均匀地受热；筒体16另一端的外侧壁上套接有光圈22，且光圈 22的正下方设置有底托23，底托23的内部对称安装有两个滚轮24，且滚轮 24皆与光圈22滚动接触，用于对筒体16构成滚动支撑，避免筒体16在旋转 过程中发生偏移，同时也可避免齿圈18与齿轮21之间发生撞齿事故；齿圈18的外侧套设有防护圈19，避免齿圈18上附着灰尘，且防护圈19底部的一 侧开设有供齿轮21活动的缺口，避免影响啮合传动。
42.在图1、图4以及图6中：双轴气缸2701固定于出料口26上方的罩壳 25外侧壁上，闸门2702滑动设置于出料口26的外侧壁上，且双轴气缸2701 的输出端与闸门2702的顶端固定连接，用于实现自动升降开合的效果，出料 口26两侧的罩壳25外壁上对称焊接有边框2703，且闸门2702的两侧皆与边 框2703滑动接触并构成限位结构，避免闸门2702在升降过程中发生偏移； 闸门2702的底部嵌设有注气管28，用于向筒体16内部注入氩气，由于氩气 密度大于空气密度，可替换空气并在筒体16中形成惰性环境，且注气管28 上安装有电磁阀，用于控制氩气的输入量并避免氩气回流。
43.一种高性能钠离子电池软硬碳复合负极的制备方法，包括以下步骤：
44.a、准备原材料：称取一定量的无烟煤、酚醛树脂以及尿素，按照一定质 量比混合；
45.b、研磨处理：
①
将混合料输入进料口3中，然后经由通槽8落入定磨盘 6和动磨盘9的间隙中，
②
启动第一电机13，利用传动皮带14带动主轴10 匀速旋转，使得动磨盘9关于定磨盘6做旋转运动，则处于间隙中的混合料 将被研磨粉碎、充分混合，
③
产生的粉料经由动磨盘9边缘的缝隙下落，在 研磨腔4的底部倾斜滑落至筒体16中；
46.c、热处理：
①
启动电加热管预热，并利用注气管28向筒体16中注入一 定量的氩气，
②
一段时间后，第二电机20启动，利用齿轮21带动齿圈18， 使得筒体16整体匀速旋转，则粉料沿着螺纹槽17螺旋移动，在均匀受热的 同时向罩壳25处匀速移动，最终获得杂原子掺杂的软硬碳复合负极材料；
47.d、输出物料：控制双轴气缸2701收缩复位，使得闸门2702沿着边框2703 竖直上升，露出出料口26，则软硬碳复合负极材料将在后方推动作用下经由 出料口26输出；
48.e、试验分析：
①
表征分析：通过sem、tem观察形貌的变化，通过xrd 研究碳的结构和层间距的变化，通过氮气吸脱附实验获得比表面积和孔隙结 构分布，通过ftir，获得官能团变化，
②
电化学评估：以复合材料和pvdf、 superp混料，先组装扣式电池，评估复合材料的性能，再小试组装18650圆 柱电池，探究实用性。
49.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 根据本发明的技术方案
及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发 明的保护范围之内。