本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著石油危機(jī)及環(huán)境污染的加劇，開發(fā)與應(yīng)用清潔型電動(dòng)交通工具成為當(dāng)代社會(huì)迫在眉睫的研究與產(chǎn)業(yè)化方向，世界各國均在倡導(dǎo)與鼓勵(lì)社會(huì)各界開發(fā)與應(yīng)用諸如太陽能、風(fēng)能等清潔能源，應(yīng)用電動(dòng)汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油汽車，來緩解目前所遇到的大氣污染、氣候變暖等惡劣環(huán)境問題。近年來很多地方政府通過出臺(tái)法規(guī)限制燃油機(jī)動(dòng)車的銷量及上路時(shí)間，鼓勵(lì)有購車意向的群體購買混合動(dòng)力或純電動(dòng)汽車，加大市區(qū)電動(dòng)公交車替代傳統(tǒng)燃油公交車的速度與力度，來緩解目前所遇到的霾天氣，力爭(zhēng)在未來幾年能夠重現(xiàn)藍(lán)天白云的美好環(huán)境。與之相伴隨的是國家與地方政府出臺(tái)政策鼓勵(lì)新能源車企在當(dāng)?shù)卦O(shè)立新能源汽車與動(dòng)力電池生產(chǎn)基地，大量兆瓦時(shí)級(jí)別的動(dòng)力電池工廠如雨后春筍般的速度拔地而起。在鋰電池中的負(fù)極是由石墨與粘結(jié)力組成的負(fù)極漿料涂布在銅箔上組成的，在對(duì)制漿罐、轉(zhuǎn)運(yùn)罐及涂布設(shè)備的清理過程中，會(huì)產(chǎn)生大量含有石墨、粘結(jié)劑的清洗液，如何高效、無害化回收利用該清洗液成為目前鋰電廠商與環(huán)保部門的重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，越來越受到行業(yè)的重視。
目前各鋰電廠商對(duì)制漿及涂布過程產(chǎn)生的石墨清洗液處理方法，一般是直接排放進(jìn)入污水處理系統(tǒng)或經(jīng)過簡(jiǎn)單的沉淀池沉淀，造成極大的環(huán)境污染及資源浪費(fèi)，同時(shí)間接增加產(chǎn)品制造成本，降低產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法及設(shè)備，通過沉淀池沉淀獲得的石墨、粘結(jié)劑混合物，經(jīng)過專用高溫爐處理，將石墨循環(huán)再利用，獲得硬炭均勻包覆的高性能負(fù)極材料，可提高材料利用率，降低單位產(chǎn)品的材料成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法，包括如下步驟：
(1)過濾：將回收的清洗液過濾去除清洗液中非粉狀雜質(zhì)；
(2)沉降：將去除了非粉狀雜質(zhì)的清洗液依次進(jìn)行攪拌、沉降，取沉降后的下層物質(zhì)得到沉降混合物，并將沉降混合物的底層物質(zhì)去除；
(3)干燥、篩分和預(yù)熱：將去除了底層物質(zhì)的沉降混合物干燥并過篩得到粉體物料，將得到的粉體物料預(yù)熱；
(4)高溫炭化：將經(jīng)過預(yù)熱的粉體物料輸送至炭化腔中進(jìn)行高溫炭化處理；
(5)冷卻：將經(jīng)過高溫炭化處理的粉體物料冷卻即得到硬炭包覆石墨。
進(jìn)一步的，所述步驟(3)中的粉體物料的粒度為：D10：3～12μm，D50：14～19μm，D90：26～33μm。
進(jìn)一步的，所述步驟(3)中將粉體物料預(yù)熱至0～150℃，氧氣含量小于30ppm，水分含量小于30ppm。
進(jìn)一步的，所述步驟(4)的高溫炭化處理將預(yù)熱后的粉體物料加熱至300～1500℃，氧氣含量小于30ppm，水分含量小于30ppm，炭化時(shí)間為10-18h。
進(jìn)一步的，所述步驟(5)的冷卻處理將高溫炭化后的粉體物料冷卻至溫度小于或等于50℃，氧氣含量小于30ppm。
進(jìn)一步的，所述步驟(3)中的預(yù)熱處理、步驟(4)的高溫炭化處理和步驟(5)的冷卻處理均在惰性氣氛中進(jìn)行，所述惰性氣氛的氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣中一種形成的單組分氣體或兩種以上形成的復(fù)合組分氣體。
一種上述利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法的設(shè)備，包括過濾器、沉降池、干燥器、篩分機(jī)、預(yù)熱腔、炭化腔和冷卻腔，所述過濾器、沉降池、干燥器、篩分機(jī)之間通過管道連接；所述沉降池呈錐形，內(nèi)部設(shè)置有攪拌裝置；所述預(yù)熱腔、炭化腔和冷卻腔的下方設(shè)置有輸送裝置，所述輸送裝置將經(jīng)過篩分機(jī)篩分的物料分別輸送至預(yù)熱腔、炭化腔和冷卻腔內(nèi)。
進(jìn)一步的，所述過濾器上設(shè)置有負(fù)壓接頭，所述沉降池的底部設(shè)置有分離閥，所述干燥器的干燥方式為噴霧干燥或紅外干燥。
進(jìn)一步的，所述預(yù)熱腔、炭化腔和冷卻腔中分別設(shè)置有用于向其內(nèi)部通入惰性氣體的惰性氣體通氣管。
進(jìn)一步的，所述預(yù)熱腔、炭化腔和冷卻腔中均設(shè)置有爐腔氣氛采集裝置、水分測(cè)試儀和氧氣測(cè)試儀。
進(jìn)一步的，所述設(shè)備還包括綜合控制柜，所述攪拌裝置、預(yù)熱腔、炭化腔和冷卻腔、爐腔氣氛采集裝置、水分測(cè)試儀和氧氣測(cè)試儀均與綜合控制柜電連接。
進(jìn)一步的，所述篩分機(jī)中使用的篩網(wǎng)為氣流篩和/或超聲波篩，所述篩網(wǎng)的目數(shù)為150目-325目。
進(jìn)一步的，所述設(shè)備還包括用于盛裝物料在輸送裝置中運(yùn)動(dòng)的熱處理容器，所述熱處理容器的材質(zhì)為氧化鋁、氧化鋯或石墨。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法及其設(shè)備具有以下優(yōu)勢(shì)：
本發(fā)明所述的利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法及其設(shè)備可以有效提高原材料的利用率，降低產(chǎn)品材料成本。同時(shí)獲得一種硬炭包覆類的快充型負(fù)極材料，提高企業(yè)生產(chǎn)效益，有力地提高了產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，有利于廣泛地在生產(chǎn)中應(yīng)用，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。
附圖說明
構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明：
1-過濾器；2-負(fù)壓接頭；3-沉降池；4-干燥器；5-篩分機(jī)；6-熱處理容器；7-傳送帶；8-預(yù)熱腔；9-惰性氣體通氣管；10-炭化腔；11-爐腔氣氛采集裝置；12-冷卻腔；13-分離閥。
具體實(shí)施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
本發(fā)明的一個(gè)核心是公開一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法，用以提高單位產(chǎn)品負(fù)極材料利用率，降低產(chǎn)品材料成本；本發(fā)明的另一個(gè)核心是公開一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的設(shè)備。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法，包括如下步驟：
(1)過濾：將回收的清洗液過濾去除清洗液中非粉狀雜質(zhì)；
(2)沉降：將去除了非粉狀雜質(zhì)的清洗液依次進(jìn)行攪拌、沉降，取沉降后的下層物質(zhì)得到沉降混合物，并將沉降混合物的底層物質(zhì)去除；
(3)干燥、篩分和預(yù)熱：將去除了底層物質(zhì)的沉降混合物干燥并過篩得到粉體物料，該粉體物料的粒度為：D10為10μm，D50為15μm，D90為30μm，之后將得到的粉體物料預(yù)熱至50℃，氧氣含量25ppm，水分含量25ppm；
(4)高溫炭化：將經(jīng)過預(yù)熱的粉體物料輸送至炭化腔中進(jìn)行高溫炭化處理，高溫炭化處理的溫度為500℃，炭化時(shí)間為15h，并使粉體物料的氧氣含量20ppm，水分含量20ppm；
(5)冷卻：將經(jīng)過高溫炭化處理的粉體物料冷卻至溫度為50℃，氧氣含量15ppm即得到硬炭包覆石墨。
本實(shí)施例中，步驟(3)中的預(yù)熱處理、步驟(4)的高溫炭化處理和步驟(5)的冷卻處理均在惰性氣氛中進(jìn)行，所述惰性氣氛的氣體為氮?dú)狻?/p>
實(shí)施例2
一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的方法，包括如下步驟：
(1)過濾：將回收的清洗液過濾去除清洗液中非粉狀雜質(zhì)；
(2)沉降：將去除了非粉狀雜質(zhì)的清洗液依次進(jìn)行攪拌、沉降，取沉降后的下層物質(zhì)得到沉降混合物，并將沉降混合物的底層物質(zhì)去除；
(3)干燥、篩分和預(yù)熱：將去除了底層物質(zhì)的沉降混合物干燥并過篩得到粉體物料，該粉體物料的粒度為：D10為5μm，D50為13μm，D90為28μm，之后將得到的粉體物料預(yù)熱至100℃，氧氣含量20ppm，水分含量20ppm；
(4)高溫炭化：將經(jīng)過預(yù)熱的粉體物料輸送至炭化腔中進(jìn)行高溫炭化處理，高溫炭化處理的溫度為1200℃，炭化時(shí)間為18h，并使粉體物料的氧氣含量15ppm，水分含量10ppm；
(5)冷卻：將經(jīng)過高溫炭化處理的粉體物料冷卻至溫度為20℃，氧氣含量10ppm即得到硬炭包覆石墨。
本實(shí)施例中，步驟(3)中的預(yù)熱處理、步驟(4)的高溫炭化處理和步驟(5)的冷卻處理均在惰性氣氛中進(jìn)行，所述惰性氣氛的氣體為氬氣和氦復(fù)合組分氣體。
實(shí)施例3
一種利用回收的清洗液制備硬炭包覆石墨的設(shè)備，包括過濾器1、沉降池3、干燥器4、篩分機(jī)5、預(yù)熱腔8、炭化腔10、冷卻腔12、綜合控制柜；
過濾器1、沉降池3、干燥器4、篩分機(jī)5之間通過管道連接；沉降池3呈錐形，其底部可進(jìn)行卸料，便于雜質(zhì)成分的排除，錐形的沉降池3內(nèi)部設(shè)置有攪拌裝置，攪拌裝置可由電機(jī)或壓縮氣流提供攪拌旋轉(zhuǎn)力，轉(zhuǎn)速可無極可調(diào)。篩分機(jī)5中使用的篩網(wǎng)為氣流篩和/或超聲波篩，篩網(wǎng)的目數(shù)為150目-325目。
炭化腔10由若干個(gè)長度為1米的單元腔體組成，每個(gè)腔體可獨(dú)立調(diào)整腔內(nèi)溫度，溫度可在100℃至1500℃之間無極可調(diào)，最后一個(gè)單元腔頂部設(shè)有爐腔氣氛采集裝置11。炭化腔10采用電阻絲加熱，電源可采用380V或220V。
預(yù)熱腔8、炭化腔10和冷卻腔12的內(nèi)部的溫度可通過熱電偶或紅外測(cè)溫裝置檢測(cè)器內(nèi)部的溫度，內(nèi)部還設(shè)置有爐腔氣氛采集裝置11、水分測(cè)試儀和氧氣測(cè)試儀，另外預(yù)熱腔8、炭化腔10和冷卻腔12中分別設(shè)置有用于向其內(nèi)部通入惰性氣體的惰性氣體通氣管9，可根據(jù)粘結(jié)劑含量進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保粘結(jié)劑能夠完全炭化。
預(yù)熱腔8、炭化腔10和冷卻腔12的下方設(shè)置有傳送帶7，傳送帶7將經(jīng)過篩分機(jī)5篩分的物料分別輸送至預(yù)熱腔8、炭化腔10和冷卻腔12內(nèi)。
優(yōu)選地，該設(shè)備還包括用于盛裝物料在傳送帶中運(yùn)動(dòng)的熱處理容器6(例如坩堝)，熱處理容器6的材質(zhì)為氧化鋁、氧化鋯或石墨，形狀可為圓柱形或方形。
優(yōu)選地，過濾器上設(shè)置有負(fù)壓接頭2，沉降池3的底部設(shè)置有分離閥13，干燥器4的干燥方式為噴霧干燥或紅外干燥。
攪拌裝置、爐腔氣氛采集裝置11、測(cè)溫裝置、惰性氣體通氣管9的閥門、水分測(cè)試儀和氧氣測(cè)試儀等均與綜合控制柜電連接。綜合控制柜可通過傳感器調(diào)整各工步程序作業(yè)，可根據(jù)過濾速度動(dòng)態(tài)調(diào)整過濾器中負(fù)壓及實(shí)時(shí)顯示過濾腔負(fù)壓值?？娠@示炭化腔10的實(shí)時(shí)溫度，并可根據(jù)實(shí)時(shí)溫度與設(shè)計(jì)溫度的差值動(dòng)態(tài)調(diào)整電阻絲加熱電流值，可通過水分及氧氣測(cè)試儀實(shí)時(shí)顯示腔體水分及氧氣含量，并對(duì)惰性氣流進(jìn)行調(diào)整，確保腔體內(nèi)的氣氛滿足工藝要求。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。