一种硅碳负极材料全自动生产线及其生产工艺的制作方法

本发明涉及硅碳生产，特别涉及一种硅碳负极材料全自动生产线及其生产工艺。

背景技术：

1、硅碳负极材料作为高能量密度锂离子电池的主要负极材料，在新能源汽车、储能设备以及消费电子产品等众多领域都得到了广泛应用。cn121802387a公开了硅碳负极材料的连续生产线及其生产工艺，即把沉积釜和包覆釜用密封方式相连起来构成一个完整的物料传输路径，在沉积和包覆两个步骤之间没有设置任何隔断或者批次独立控制措施，并且也没有安装质量检验以及不合格品分拣装置，如果生产过程中出现了偏差的话就会使不合格的产品混入到合格产品的行列里去，从而使得整个批次的产品降低甚至被废弃掉。cn121466932a所提出的一种连续化的制备装置与方法依靠双轴输送扬料机构来完成物料的连续运转，并且也存在着从始至终无缝衔接但是缺少批次间物理隔绝的情况，因此对于产品质量跟踪与控制工作会比较困难。另外，连续式的设备由于长时间工作的原因，在炉内的温度场、气氛场很难保持恒定的状态下工作，容易出现轴向上的温度梯度现象，导致物料受到不均匀的加热，进而影响到碳包覆层的一致性和产品质量。

技术实现思路

1、本发明旨在至少一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种硅碳负极材料全自动生产线及其生产工艺，将不合格品进行有效隔离，避免批次间交叉污染，提高产品均匀性与质量可追溯性。

2、为实现上述目的，本发明提出了一种硅碳负极材料全自动生产线，包括沿物料流向依次设置的第一处理模块、暂存模块和第二处理模块，以及设置于所述第二处理模块出料端下游的分流模块和控制模块；

3、所述第一处理模块配置为以连续或半连续运行模式对碳基体执行沉积处理以生成中间品；

4、所述第二处理模块包括多个并联的间歇式反应设备，配置为以间歇式运行模式按批次接收所述中间品并执行包覆反应得到包覆物料；

5、所述分流模块包括合格路径和不合格路径；

6、所述控制模块配置为：响应于接收到目标间歇式反应设备发出的要料信号，控制所述暂存模块向所述目标间歇式反应设备进行单次批量供料，并控制所述多个并联的间歇式反应设备交替执行进料、反应和出料操作；获取当前批次的所述包覆物料的物料检测结果；基于所述物料检测结果与预设合格条件的匹配关系，控制所述分流模块将所述包覆物料导向所述合格路径或所述不合格路径；所述目标间歇式反应设备为所述多个并联的间歇式反应设备中处于空闲状态的设备；

7、控制模块还配置为：将每一批次的物料检测结果、生产时间戳、执行包覆反应的间歇式反应设备的设备编号和分流状态唯一关联登记，生成批次质量数据链；

8、获取第一处理模块的实时产率数据和暂存模块的当前料位数据，基于实时产率数据和各间歇式反应设备的批次阶段进度，预测暂存模块的料位在预设预测时域内的演化轨迹；演化轨迹受料位上限约束与料位下限约束的双重限制；料位下限约束为所述暂存模块内维持至少一个完整批次的所述中间品，所述料位上限约束为所述暂存模块的额定容量；

9、以演化轨迹和各间歇式反应设备当前所处的批次阶段及批次阶段进度为输入，按预设的滚动周期滚动生成错峰调度指令；错峰调度指令用于确定下一个获准进料的目标间歇式反应设备及其进料时刻，且进料时刻的确定同时满足以下三重约束：同一时段内最多一台间歇式反应设备处于进料或出料状态的工序错峰约束；各间歇式反应设备的高功率升温时段相互错开、且厂区电力负荷的预测峰值不超过预设需量限值的热负荷错峰约束；以及处于恒温段的间歇式反应设备与相邻的所述间歇式反应设备之间对应温区的温差不超过预设热耦合阈值的相位编排约束；相位编排约束通过编排各间歇式反应设备的批次程序之间的时间相位差实现；

10、响应于预测的演化轨迹在预测时域内触及料位上限约束，提前触发处于可进料状态的间歇式反应设备发出要料信号，或延长当前批次的恒温阶段时长；响应于预测的所述演化轨迹触及料位下限约束，延迟向处于空闲状态的间歇式反应设备供料，并向所述第一处理模块发送降负荷运行请求；

11、基于批次质量数据链统计各间歇式反应设备在预设统计周期内的历史批次合格率，按历史批次合格率越高的间歇式反应设备具有较高的调度优先级。

12、作为一种实施方式，所述暂存模块配置为容纳至少一个完整批次的所述中间品并维持保护气氛；所述控制模块控制所述暂存模块向所述目标间歇式反应设备进行单次批量供料，包括：响应于所述要料信号，控制所述暂存模块将预存的单次批量的所述中间品一次性输送至所述目标间歇式反应设备中。

13、作为一种实施方式，所述暂存模块包括密闭料仓和称重计量装置；所述密闭料仓配置为容纳所述中间品并维持所述保护气氛；所述称重计量装置配置为在所述单次批量供料前预计量单次批量的物料重量；所述控制模块控制所述暂存模块将预存的单次批量的所述中间品一次性输送至所述目标间歇式反应设备中，包括：控制所述密闭料仓底部的卸料阀全开，以将预计量好的所述单次批量的物料重量对应的所述中间品排空至所述目标间歇式反应设备。

14、作为一种实施方式，所述第二处理模块还包括分配阀组；各所述间歇式反应设备的进料端通过所述分配阀组与所述暂存模块的出料端连通；所述控制模块控制所述多个并联的间歇式反应设备交替执行进料、反应和出料操作，包括：根据各所述间歇式反应设备的运行状态生成错峰调度指令，并基于所述错峰调度指令控制所述分配阀组选择性地导通对应的进料通路。

15、作为一种实施方式，所述间歇式反应设备为间歇式回转窑，所述间歇式回转窑配置有氮气保护组件和温度控制组件；所述氮气保护组件配置为在所述包覆反应期间维持氮气保护气氛；所述温度控制组件配置为按预设批次程序执行多段式温度曲线控制，所述多段式温度曲线控制包括升温段、恒温段和降温段；各所述间歇式回转窑之间通过炉体间距和隔热层实现热耦合抑制。

16、作为一种实施方式，所述分流模块包括正常料接收通道和异常料接收通道，所述正常料接收通道和所述异常料接收通道的进料口均与所述第二处理模块的出料端连通；所述全自动生产线还包括在线检测模块，配置为对所述包覆物料进行取样检测以生成所述物料检测结果；所述控制模块基于所述物料检测结果与预设合格条件的匹配关系，控制所述分流模块将所述包覆物料导向所述合格路径或所述不合格路径，包括：响应于所述物料检测结果满足所述预设合格条件，控制所述包覆物料进入所述正常料接收通道；响应于所述物料检测结果不满足所述预设合格条件，控制所述包覆物料进入所述异常料接收通道；所述预设合格条件包括碳含量阈值范围、粒度分布阈值范围和比表面积阈值范围的联合判定矩阵。

17、作为一种实施方式，所述异常料接收通道连接有独立收集设备，用于对不合格的所述包覆物料进行隔离收集；所述正常料接收通道连接至后处理模块，用于将分流至所述正常料接收通道的所述包覆物料输送至所述后处理模块；所述后处理模块包括沿物料流向依次连接的混合设备、筛分设备和除磁设备；所述全自动生产线还包括批混包装模块，配置为接收经过所述后处理模块处理的所述包覆物料，并将处理后的所述包覆物料与石墨按设定配比进行混合与包装处理。

18、本发明还提出了一种生产工艺，包括：以连续或半连续运行模式对碳基体执行沉积处理，生成中间品；将所述中间品暂存于暂存模块中；以间歇式运行模式，通过多个并联的间歇式反应设备按批次接收所述暂存模块中的所述中间品并执行包覆反应，得到包覆物料；获取当前批次的所述包覆物料的物料检测结果；基于所述物料检测结果与预设合格条件的匹配关系，将所述包覆物料分流至合格路径或不合格路径；其中，所述按批次接收所述中间品并执行包覆反应，包括：响应于接收到目标间歇式反应设备发出的要料信号，将所述暂存模块中的所述中间品向所述目标间歇式反应设备进行单次批量供料，并控制所述多个并联的间歇式反应设备交替执行进料、反应和出料操作；所述目标间歇式反应设备为所述多个并联的间歇式反应设备中处于空闲状态的设备。

19、作为一种实施方式，在所述沉积处理和所述包覆反应的过程中，维持反应环境处于氮气微正压保护状态；在将所述包覆物料分流至所述合格路径之后，所述生产工艺还包括：对分流至所述合格路径的所述包覆物料依次执行混合、筛分和除磁的后处理操作；将经过所述后处理操作的所述包覆物料与石墨按设定配比执行混合与包装操作。

20、作为一种实施方式，所述生产工艺还包括：

21、在包覆反应的恒温阶段，在线检测反应尾气中碳源气体的残余浓度，并基于所述碳源气体的残余浓度与所述碳源气体的通入流量之间的差值，实时累计计算碳源累计转化量，作为表征包覆进程的在线量化指标；碳源累计转化量与包覆物料的目标碳含量预先标定对应关系；

22、当碳源累计转化量达到与目标碳含量对应的预设沉积目标量时，判定当前批次的包覆终点并结束所述恒温阶段，以替代按照固定恒温时长结束包覆反应；

23、在恒温阶段内，根据基于所述碳源气体的残余浓度计算得到的碳源转化速率的衰减趋势，动态调节所述碳源气体的通入流量：当碳源转化速率在单位时间内的下降幅度超过预设衰减阈值时，按预设梯度递减所述碳源气体的通入流量；

24、在恒温阶段结束进入降温阶段之前，执行所述碳源气体与氮气的梯度切换：先切断所述碳源气体的通入，再以氮气吹扫炉内气氛直至反应尾气中碳源气体的残余浓度降至预设安全浓度以下，然后进入降温阶段；

25、将当前批次实际达到的碳源累计转化量、判定的所述包覆终点时刻以及当前批次的物料检测结果关联登记，并基于当前批次的实际碳源累计转化量与所述预设沉积目标量之间的偏差，修正下一批次所采用的所述预设沉积目标量和/或批次程序中恒温阶段的初始参数。

26、有益效果：

27、本发明提供的硅碳负极材料全自动生产线及其生产工艺，通过第一处理模块与第二处理模块的异构运行模式组合，利用暂存模块与多设备并联交替调度机制，有效解耦了连续沉硅与间歇碳包覆之间的节拍失配问题，保证了碳包覆的均匀性与批次一致性。通过构建基于在线检测结果的自动分流机制，实现了不合格品的实时识别与物理隔离，杜绝了批次间交叉污染，提升了成品良率与质量追溯能力。通过全流程氮气微正压密闭输送与自动化联锁控制，消除了人工转运带来的氧化吸潮风险与安全隐患。

28、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

29、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。