一种用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置的制作方法

本技术涉及流化床包覆设备，具体涉及一种用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置。

背景技术：

1、在锂离子电池硅碳负极材料制造中，表面包覆一层均匀的纳米金属氧化物（如二氧化钛、氧化铝等）是改善其首效、循环稳定性和倍率性能的关键工艺。目前普遍采用的间歇式搅拌釜反应器存在明显弊端：首先，工艺周期长达数小时，批次间一致性差，单釜产能通常低于500公斤/天，难以满足大规模量产需求；其次，机械搅拌产生的剪切力极易导致脆性硅碳颗粒破碎（破碎率＞15%），加剧电池循环过程中的体积膨胀效应；最后，反应釜内浓度、温度梯度显著，导致包覆层厚度不均（偏差＞20%），严重影响电池寿命。

2、近年来，部分流化床技术被尝试用于连续包覆，但仍存在流化不均、颗粒团聚严重等问题，对于微米级硅碳颗粒（d50=5-20μm）的包覆合格率通常低于85%。喷雾干燥技术虽能连续生产，但快速干燥易使包覆层产生微裂纹，对首效的提升有限（＜3%）。更为关键的是，现有技术缺乏对金属氧化物前驱体水解-沉积动力学过程的精确调控手段，无法有效控制包覆层的致密性和与基体的界面结合力。

3、因此，开发一种能够实现高效连续化生产、最大限度减少颗粒损伤、确保包覆层高度均匀致密，且能精确调控反应过程的专用装备，已成为突破硅碳负极材料产业化瓶颈的迫切需求。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决现有流化床包覆设备存在包覆不均匀、颗粒易破碎、工艺不连续的问题。目的在于提供一种用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置。

2、本实用新型通过下述技术方案实现：

3、一种用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，包括：

4、包覆反应系统，为垂直一体集成的反应塔，所述反应塔自下而上依次包括流化段、喷雾段和陈化段，所述流化段底部开设有流化载气入口，所述流化载气入口连通气源部，所述流化载气入口上方设置有气体分布板；

5、所述喷雾段内壁周向布置有螺旋阵列排布的超声波雾化喷嘴组件以形成均匀雾场；

6、所述陈化段与所述喷雾段之间设置有多孔挡板，所述多孔挡板开孔率可调节且由气动执行机构驱动，所述陈化段内部设置有环形气幕装置以实现气流量和速度调节，所述陈化段顶部开设有出气口；

7、供料系统，用于提供硅碳负极颗粒和前驱体溶液，其中所述硅碳负极颗粒进入所述流化段，所述前驱体溶液进入所述超声波雾化喷嘴组件中。

8、作为优选的技术方案之一，所述超声波雾化喷嘴组件包括若干个雾化喷嘴和若干个超声波振子，每个所述雾化喷嘴轴向与塔壁切线的夹角为25-35°，每个所述超声波振子与对应所述雾化喷嘴连接且所述超声波振子距雾化喷嘴出口的距离为10-20 mm。

9、作为优选的技术方案之一，所述气体分布板连接有超声波发生装置。

10、作为优选的技术方案之一，所述反应塔塔壁设置有冷凝水微循环通道，用于维持反应塔内湿度恒定；

11、所述冷凝水微循环通道宽度为2-3 mm；所述冷凝水微循环通道的冷凝水入口位于流化段，其冷凝水出口位于陈化段；

12、所述反应塔塔壁连通有氨气微量注入单元，用于调节喷雾段的ph值。

13、作为优选的技术方案之一，所述喷雾段还设置有湿度传感器和ph探测器，所述湿度传感器和ph探测器均电性连接有dcs系统，所述dcs系统控制所述氨气微量注入单元调节氨气进入量。

14、作为优选的技术方案之一，所述气源部与流化载气入口之间设置有热风炉，所述出气口处设置有过滤网。

15、作为优选的技术方案之一，还包括产品处理系统，所述产品处理系统包括依次连接的旋风分离器、流化干燥机、振动筛分机和收料仓；所述旋风分离器与所述流化段连通。

16、作为优选的技术方案之一，还包括尾气处理器，所述尾气处理器通过输气管分别与旋风分离器排气口和陈化段顶部出气口连接。

17、作为优选的技术方案之一，所述多孔挡板进行镜面抛光或喷涂特氟龙，所述雾化喷嘴为耐腐蚀钛合金材质。

18、另一方面，本实用新型还提供了一种上述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置在硅碳负极材料表面包覆二氧化钛、氧化锆或氧化铝等金属氧化物中的应用。

19、本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

20、1.通过三区段协同设计、超声波辅助雾化及多孔挡板停留时间精准控制，实现了对硅碳负极材料高效、均匀、连续的纳米级金属氧化物包覆，破碎率低，包覆层致密性好。

21、2.低颗粒损伤：全程无机械搅拌，依靠气流流化，极大降低了硅碳颗粒的破碎率（＜5%）。

22、3.包覆均匀致密：超声波雾化产生微米级均一液滴，结合螺旋排布喷嘴形成的均匀雾场使得包覆层厚度偏差小于10%，且无微裂纹。

1.一种用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，所述超声波雾化喷嘴组件包括若干个雾化喷嘴和若干个超声波振子，每个所述雾化喷嘴轴向与塔壁切线的夹角为25-35°，每个所述超声波振子与对应所述雾化喷嘴连接且所述超声波振子距雾化喷嘴出口的距离为10-20 mm。

3.根据权利要求1所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，所述气体分布板连接有超声波发生装置。

4.根据权利要求1所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，所述反应塔塔壁设置有冷凝水微循环通道，用于维持反应塔内湿度恒定；

5.根据权利要求4所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，所述喷雾段还设置有湿度传感器和ph探测器，所述湿度传感器和ph探测器均电性连接有dcs系统，所述dcs系统控制所述氨气微量注入单元调节氨气进入量。

6.根据权利要求1所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，所述气源部与流化载气入口之间设置有热风炉，所述出气口处设置有过滤网。

7.根据权利要求1所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，还包括产品处理系统，所述产品处理系统包括依次连接的旋风分离器、流化干燥机、振动筛分机和收料仓；所述旋风分离器与所述流化段连通。

8.根据权利要求7所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，还包括尾气处理器，所述尾气处理器通过输气管分别与旋风分离器排气口和陈化段顶部出气口连接。

9.根据权利要求2所述的用于硅碳负极颗粒的连续式喷雾流化床包覆装置，其特征在于，所述多孔挡板进行镜面抛光或喷涂特氟龙，所述雾化喷嘴为耐腐蚀钛合金材质。