一种连续微球气相碳包覆生产工艺的制作方法

1.本发明涉及锂/钠电池负极材料生产技术领域，特别是一种连续微球气相碳包覆生产工艺。


背景技术：

2.随着电动汽车工业的发展，人们急需开发新型高性能锂/钠离子电池，而电池性能与电极材料息息相关。目前，工业化生产用石墨负极材料己经无法满足动力电池长寿命、高容量要求。而si、siox、siox/c将成为具有良好前景新一代锂/钠离子电池负极材料。
3.为了提高库仑效率和电导率，需si、siox、siox/c微球进行碳包覆，碳包覆工艺有三种：固相包覆、液相包覆和气相包覆，其中气相碳包覆性最好。
4.根据目前已有气相包覆工艺，都是间歇式的，劳动强度大，能耗高，生产规模难以扩大。在专利公开号cn109873135a，专利名称为：旋律式化学气相沉淀法碳包覆方法中，该专利未考虑能量综合利用，且年产量只有3至5吨。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种连续微球气相碳包覆生产工艺，能耗低、能实现大规模连续生产。
6.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
7.一种连续微球气相碳包覆生产工艺，包括以下步骤：
8.s1、将稳定型气体加热至900～960℃；
9.s2、将稳定型气体送入文丘里混合器内，并加入微球，使得稳定型气体对微球进行加热；
10.s3、经包覆发生器和包覆塔对微球通过碳源气体进行气相碳包覆，其中，包覆层厚度大于4nm；
11.s4、从包覆塔出来的气固混合物，经换热器、水冷器后，温度降低到150～200℃，进入袋滤器进行气固分离，气体经风机输送到气-气分离系统，固体经气密阀进入产品罐进一步冷却后，在包装系统进行包装。
12.进一步的，步骤s1中，稳定型气体调节压力至0.07～0.09mpa，经所述换热器进行热交换，使得稳定型气体温度从常温升至600～800℃，再经加热器进一步加热，使得稳定型气体加热至940～960℃。
13.进一步的，所述稳定型气体储存于稳定型气体站中，所述稳定型气体站为气柜或压力气罐。
14.进一步的，所述加热器为电加热器或管式炉加热器。
15.进一步的，所述碳源气体为乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷中的一种或两种以上的组合。
16.进一步的，所述微球为si、siox(1≤x≤2)、moo2、tio2一种或两种以上的组合，且
其直径为0.8～1.2μm。
17.进一步的，所述稳定型气体的流量为30～35nm3/h，所述碳源气体流量为2800～3200nm3/h。
18.进一步的，步骤s2中，文丘里混合器出口温度为810～830℃。
19.进一步的，所述稳定型气体为氮气或惰性气体。
20.本发明具有以下优点：
21.1、能耗低、能实现大规模连续生产，提高了生产效率。
22.2、将含有微球的高温混合气体进入碳包覆发生器和乙炔(或乙炔和其它碳氢化合物混合气体)进行混合，乙炔在该温度下开始裂解，产生的游离碳分子吸附在微球表面，形成致密的包覆层，包覆质量好且稳定。
附图说明
23.图1为本发明的微球气相碳包覆流程示意图；
24.图中：1-稳定型气体站，2-换热器，3-加热器，4-文丘里混合器，5-包覆发生器，6-包覆塔，7-水冷器，8-袋滤器，9-气密阀，10-产品罐，11-包装系统，12-风机。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
26.如图1所示，一种连续微球气相碳包覆生产工艺，包括以下步骤：
27.s1、稳定型气体储存于稳定型气体站1中，所述稳定型气体站1为气柜或压力气罐，稳定型气体调节压力至0.07～0.09mpa(当稳定型气体来自气柜时，需要加压；当稳定型气体来自压力气罐时，则需要减压)，稳定型气体的流量为30～35nm3/h，经所述换热器2进行热交换，使得稳定型气体温度从常温升至600～800℃，再经加热器3进一步加热，使得稳定型气体加热至940～960℃，将稳定型气体加热至900～960℃，加热器3为电加热器或管式炉加热器，所述稳定型气体为氮气或惰性气体；
28.s2、将稳定型气体送入文丘里混合器4内，并加入微球，所述微球为si、siox(1≤x≤2)、moo2、tio2一种或两种以上的组合，且其直径为0.8～1.2μm，使得稳定型气体对微球进行加热，文丘里混合器4出口温度为810～830℃，此时，微球表面温度和混合气体温度基本相当，而微球内部温度比表面温度低，有一个温度梯度，以保证内部材料物性不会改变；
29.s3、含有微球的高温混合气体经包覆发生器5和包覆塔6对微球通过碳源气体(碳源气体为乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷中的一种或两种以上的组合，碳源气体流量为2800～3200nm3/h)进行气相碳包覆，乙炔在该温度下开始裂解，产生的游离碳分子吸附在微球表面，形成致密的包覆层，最终包覆层厚度大于4nm；
30.s4、从包覆塔6出来的气固混合物，经换热器2、水冷器7后，温度降低到150～200℃，进入袋滤器8进行气固分离，气体经风机12输送到气-气分离系统，固体经气密阀9进入产品罐10进一步冷却后，在包装系统11进行包装。
31.采用乙炔气作为主要气相碳包覆主要原料原因是乙炔气有如下特点：
32.(1)开始裂解温度低，在800℃开始裂解其反应方程如下：
33.c2h2→
2c h2 226.9kj
34.(2)裂解反应为放热反应，裂解过程不会因温度过低而终止裂解，使包覆质量好且稳定。
35.(3)碳包覆层导电性优于其它碳氢化合物产生的包覆层。
36.含有微球的混合气体在包覆发生器5与乙炔混合反应后，进入包覆塔6，在包覆发生器5未反应乙炔在塔内继续进行裂解反应，利用裂解后无定型碳和微球的沉降速度差异，碳和微球在塔内相互碰撞和吸附，使包覆层加厚，直至达到需要的厚度。
37.在包覆塔6内，随着乙炔不断裂解，塔内温度不断升高，微球内部温度也进一步升高。如微球是siox，将会发生歧化反应，作为负极材料，性能将得到更好改善。为了避免在塔内微球发生碳化反应，生成sic，包覆塔6温度应控制在合适的温度以下。
38.控制包覆塔6温度办法有如下三种办法：
39.(1)根据需要，严格控制乙炔量。
40.(2)对不需要进行歧化反应需要进行碳包覆的微球，在乙炔气中混入丙烷或丁烷控制温度和降低成本。
41.(3)希望产生歧化反应需要进行碳包覆的微球，通过冷却气回流到包覆塔6内进行冷却。
42.根据实际情况，上述三种办法同时采用。
43.实施例1：
44.需要碳包覆微球为锂电池负极材料(si、sio/c)，不进行歧化反应。微球直径0.8～1.2微米，处理量10kg/h。
45.步骤1、系统预热和氧气置换
46.经减压(来自压力气罐)或加压(来自气柜)25～35nm3/h的氮气经过换热器2、加热器3、文丘里混合器4、包覆发生器5、包覆塔6、袋滤器8、风机12等设备和管道，对系统进行预热和置换系统内氧气，加热器3的功率在10kw至20kw调节，经30至60分钟，系统中的氧气含量小于3％，加热器3出口温度达到950℃左右，袋滤器8进口温度小于150℃。
47.步骤2、进行微球碳包覆操作
48.上述工艺参数稳定后，缓慢打开丙烷和乙炔气阀，使两种气体经气/气混合器后进入包覆发生器5。同时，打开微球计量器，使微球按10kg/h进入文丘里混合器4进行混合和加热。工艺最终稳定后，典型主要操作参数如下：
49.流量：
50.氮气
ꢀꢀꢀꢀ
30～35nm3/h
51.乙烷
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700～800l/h
52.乙炔
ꢀꢀꢀꢀ
2200～2300l/h
53.温度：
[0054][0055]
实施例2：
[0056]
需要碳包覆微球为锂电池负极材料〔sio、sio2〕，进行歧化反应。微球直径0.8～1.2微米，处理量10kg/h。
[0057]
步骤1、系统预热和氧气置换
[0058]
经减压〔来自氮气贮罐〕或加压〔来自氮气气柜〕25至35nm3/h氮气经过换热器2、加热器3、包覆塔6、袋滤器8、风机12等设备和管道，对系统进行预热和置换系统内氧气，加热器3的功率在10kw至20kw调节，经30至60分钟，系统中的氧气含量小于3％，电加热器出口温度达到950℃左右，袋滤器进口温度小于150℃。
[0059]
步骤2、进行微球碳包覆操作
[0060]
上述工艺参数稳定后，缓慢打开乙炔气阀，使乙炔气体进入包覆发生器5。同时，打开微球计量器，使微球按10kg/h进入文丘里混合器4进行混合和加热。工艺最终稳定后，典型主要操作参数如下：
[0061]
流量：
[0062]
氮气
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
30～35nm3/h
[0063]
乙炔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2800～3200l/h
[0064]
冷却气流量
ꢀꢀ
8～15nm3/h
[0065]
温度：
[0066][0067]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。