一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备的制作方法

本技术涉及钠离子电池，具体为一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备。

背景技术：

1、钠离子电池作为一种新兴的电化学储能技术，因其资源丰富、成本低廉的优势，在大规模储能、低速电动车等领域展现出广阔的应用前景。在钠离子电池的诸多组成部分中，负极材料的性能是决定电池整体能量密度、循环寿命和成本的关键因素之一。在众多候选材料中，硬炭材料因其丰富的储钠位点、合适的嵌钠电位和优异的结构稳定性，被认为是最具应用潜力的钠离子电池负极材料。

2、目前，硬炭材料的制备多采用生物质（如木材、淀粉）或合成聚合物等作为前驱体。然而，这些前驱体往往存在来源分散、成分不均一、碳化收率低等问题，导致最终获得的硬炭材料批次稳定性差、性能波动大，且生产成本较高，难以满足产业化对一致性与经济性的严苛要求。

3、为解决上述问题，研究者开始探索来源广泛、碳含量高且价格更低的碳源，其中，煤焦油沥青作为煤化工和炼焦工业的副产物，具有芳香度高、碳化收率高等特点，是一种极具潜力的硬炭前驱体。但是，直接使用煤焦油沥青也存在明显弊端：其一，其本身是由分子量分布极广的复杂组分构成的混合物，其中部分轻组分（如蜡油）在碳化过程中易转化为无序的软碳结构，导致材料库伦效率低下、容量衰减迅速；其二，现有技术多采用简单的直接碳化或间歇式改性-碳化工艺，工艺流程长，且在各工序的转移过程中，物料极易接触空气而发生氧化，不仅引入了杂质，更导致了批次间质量的显著差异，产品性能不稳定。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，通过分子交联改性单元和高温碳化处理单元将预氧化与高温碳化整合进一条连续生产线，工艺流程缩短，且实现了物料在保护性气氛下的无缝流转，避免了传统间歇工艺因接触空气导致的批次不稳定和性能下降问题，可以有效解决背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，包括沥青料仓、给料装置、原料熔融单元、馏分切割与分离单元、分子交联改性单元和高温碳化处理单元，沥青原料从所述沥青料仓通过给料装置送入原料熔融单元，之后从原料熔融单元通过输送泵输送到馏分切割与分离单元，然后通过输送管路依次进入分子交联改性单元和高温碳化处理单元。

3、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述原料熔融单元包括熔融釜，熔融釜外侧设置有加热夹套，且熔融釜上设置有搅拌装置。

4、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述搅拌装置包括安装在熔融釜上表面中心处的搅拌电机，搅拌电机的输出轴穿入熔融釜内并通过联轴器与搅拌轴连接，搅拌轴上设置有搅拌叶。

5、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述熔融釜通过气路管道与惰性气体罐a的出口连接。

6、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述馏分切割与分离单元包括溶剂萃取塔，输送泵通过管路与溶剂萃取塔上部入口连接，溶剂萃取塔的下部入口通过管路与溶剂罐连接，溶剂萃取塔的上部出口通过管路与冷凝器的入口连接，冷凝器的出口通过管路与分离罐连接，分离罐的底部出口与外排管道连接。

7、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述分离罐的上部出口与精馏塔连接，精馏塔的底部出口与分子交联改性单元连接，精馏塔的上部出口与溶剂萃取塔连接。

8、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述分子交联改性单元包括预氧化反应器，预氧化反应器通过气路管道与氧化气体罐连接，预氧化反应器的出口与高温碳化处理单元连接。

9、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述高温碳化处理单元包括管式炭化炉，管式炭化炉内设置有用于盛放物料的石英舟，且管式炭化炉内设置有用于推动石英舟移动的推杆。

10、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述管式炭化炉通过气路管道与惰性气体罐b的出口连接。

11、作为本实用新型的一种优选技术方案，所述管式炭化炉的出口与冷却腔的入口连接，冷却腔的出口与真空封装机连接。

12、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过集成馏分切割与分离单元，能够主动选择性能更优的沥青轻组分作为原料，从源头上提升了最终硬炭产品的电化学性能；同时，通过分子交联改性单元和高温碳化处理单元将预氧化（交联）与高温碳化整合进一条连续生产线，工艺流程缩短，且实现了物料在保护性气氛下的无缝流转，避免了传统间歇工艺因接触空气导致的批次不稳定和性能下降问题。通过本设备制备的硬炭负极材料可以实现高初始库伦效率、优异的倍率性能和长循环寿命。

1.一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：包括沥青料仓（1）、给料装置（2）、原料熔融单元、馏分切割与分离单元、分子交联改性单元和高温碳化处理单元，沥青原料从所述沥青料仓（1）通过给料装置（2）送入原料熔融单元，之后从原料熔融单元通过输送泵（6）输送到馏分切割与分离单元，然后通过输送管路依次进入分子交联改性单元和高温碳化处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述原料熔融单元包括熔融釜（3），熔融釜（3）外侧设置有加热夹套，且熔融釜（3）上设置有搅拌装置（4）。

3.根据权利要求2所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述搅拌装置（4）包括安装在熔融釜（3）上表面中心处的搅拌电机，搅拌电机的输出轴穿入熔融釜（3）内并通过联轴器与搅拌轴连接，搅拌轴上设置有搅拌叶。

4.根据权利要求2所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述熔融釜（3）通过气路管道与惰性气体罐a（5）的出口连接。

5.根据权利要求1所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述馏分切割与分离单元包括溶剂萃取塔（7），输送泵（6）通过管路与溶剂萃取塔（7）上部入口连接，溶剂萃取塔（7）的下部入口通过管路与溶剂罐（8）连接，溶剂萃取塔（7）的上部出口通过管路与冷凝器（9）的入口连接，冷凝器（9）的出口通过管路与分离罐（10）连接，分离罐（10）的底部出口与外排管道（11）连接。

6.根据权利要求5所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述分离罐（10）的上部出口与精馏塔（14）连接，精馏塔（14）的底部出口与分子交联改性单元连接，精馏塔（14）的上部出口与溶剂萃取塔（7）连接。

7.根据权利要求1所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述分子交联改性单元包括预氧化反应器（12），预氧化反应器（12）通过气路管道与氧化气体罐（13）连接，预氧化反应器（12）的出口与高温碳化处理单元连接。

8.根据权利要求1所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述高温碳化处理单元包括管式炭化炉（15），管式炭化炉（15）内设置有用于盛放物料的石英舟（19），且管式炭化炉（15）内设置有用于推动石英舟（19）移动的推杆（20）。

9.根据权利要求8所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述管式炭化炉（15）通过气路管道与惰性气体罐b（16）的出口连接。

10.根据权利要求8所述的一种利用煤焦油基沥青制备钠离子电池硬炭负极材料设备，其特征在于：所述管式炭化炉（15）的出口与冷却腔（17）的入口连接，冷却腔（17）的出口与真空封装机（18）连接。