储能电池负极碳基材料制备智能控制系统及方法技术方案

本申请涉及一种储能电池负极碳基材料制备智能控制系统及方法，该控制系统包括至少一个预处理装置，用于得到预处理料；破碎装置，用于得到一次碎料；磨粉装置，用于得到粉料；粒径测量装置，用于获取粒径参数；酸洗装置，用于对粉料进行酸洗，得到提纯料；离子浓度检测装置，用于检测酸洗时酸洗溶液内的阴离子浓度、阳离子浓度；控制装置，用于获取并依据粒径参数调整首次酸洗的酸洗量、酸洗反应温度，并依据阴离子浓度、阳离子浓度调整后续二级或多级酸洗的酸洗量、酸洗反应温度；及高温碳化装置。本申请具有适配不同原料的加工，降低工艺调整的工作量，提升无定形碳基负极材料的品质的效果。提升无定形碳基负极材料的品质的效果。提升无定形碳基负极材料的品质的效果。

【技术实现步骤摘要】
储能电池负极碳基材料制备智能控制系统及方法


[0001]本申请涉及电池负极材料制备控制的领域，尤其是涉及一种储能电池负极碳基材料制备智能控制系统及方法。

技术介绍

[0002]负极材料的研究对新能源电池的商业化起着重要的推动作用，尤其在储能行业，以钠电池为主要代表的正极材料，因还未找到合适的既不易析出钠枝晶，又成本低廉且性能优异的负极材料，仍未实现产业化突破。
[0003]目前在研究的储能电池负极包括碳基、钛基、有机类、合金等。其中，碳基材料的研究主要集中于石墨类碳材料、纳米碳材料以及无定形碳材料。石墨由于热力学原因，钠离子难以嵌入石墨层间，不容易与碳形成稳定的插层化合物，因此储能电池难以将石墨作为负极材料。
[0004]纳米碳材料主要包括石墨烯和碳纳米管等，主要依靠表面吸附储钠，实现快速充放电，但是首周库仑效率低和循环性能差等问题使其难以获得实际应用。无序度较大的无定形碳基负极材料具有较高的储钠比容量、较低的储钠电位和优异的循环稳定性，是最有应用前景的钠离子电池负极材料。
[0005]无定形碳微观结构中，弯曲碳层状结构排列凌乱且不规律，存在缺陷，而且晶粒微小，含有少量杂原子。由于碳层间的范德瓦耳斯力较弱，随机平移、弯曲和旋转会无序产生，如果能将碳层之间的结构改无序为有序，建立较强交联作用，阻止碳层在机械作用下产生滑移，可有效推进无定形碳作为储能电池负极的材料，推进储能电池产业的发展。
[0006]无定形碳基负极材料可采用无烟煤、焦炭或石油焦为原料，也可采用椰壳、花生壳、秸秆等生物质材料，原料经粉碎、提纯后，再经过高温碳化等工艺即可得到无定形碳材料。为提升其品质，在加工的过程中厂家需要对各项工艺参数进行精准控制。
[0007]针对上述中的相关技术，专利技术人认为，由于不同原料中碳含量及杂质成分的不同，工艺处理的难度也不同，因此破碎、提纯等工艺需要频繁调整，工作量大，且在前工艺的变化会对在后工艺造成影响，使得最终产品的质量难以得到保证。

技术实现思路

[0008]第一方面，为了适配不同原料的加工，降低工艺调整的工作量，提升无定形碳基负极材料的品质，本申请提供一种储能电池负极碳基材料制备智能控制系统。
[0009]本申请提供的一种储能电池负极碳基材料制备智能控制系统，采用如下的技术方案：一种储能电池负极碳基材料制备智能控制系统，包括：至少一个预处理装置，用于对原料执行清理、脱水中的至少一种工序并得到预处理料；破碎装置，用于对预处理料进行破碎，得到一次碎料；
磨粉装置，用于对一次碎料进行磨粉，得到粉料；粒径测量装置，用于对粉料执行粒径测量，并获取粒径参数；酸洗装置，用于对粉料进行酸洗，得到提纯料；离子浓度检测装置，用于检测酸洗时酸洗溶液内的阴离子浓度、阳离子浓度；控制装置，连接于粒径测量装置、离子浓度检测装置、酸洗装置，用于获取并依据粒径参数调整首次酸洗的酸洗量、酸洗反应温度，并依据阴离子浓度、阳离子浓度调整后续二级或多级酸洗的酸洗量、酸洗反应温度；及高温碳化装置，用于对提纯料进行高温处理，在提纯料内部产生微结构。
[0010]通过采用上述技术方案，先对原料进行预处理，然后进行破碎；然后经过磨粉，形成粉料微粒，经多级酸洗后，去除例如金属、氧化物等杂质，获得提纯料，再进行高温碳化等步骤，得到无定形碳基负极材料。由于破碎磨粉后粉料的颗粒大小不同，一般有D10、D50、D90、D99等，硬度较高的原料其粒径较大，而硬度较低的原料其粒径较小，而粉料中杂质成分与含量均会影响其硬度，且同等质量的微粒，微粒的粒径越小，整体的表面积越大，与酸洗液的接触面积越大，因此首次所需酸洗量越大，而阴离子浓度、阳离子浓度可衡量首次酸洗的完成度，是否将杂质除尽，是否还需继续酸洗，因此控制装置可根据粒径参数确定粉料所需的酸洗用量、酸洗次数等，从而提升酸洗效率，提升资源利用率，并适配不同原料的加工，降低工艺调整的工作量，提升无定形碳基负极材料的品质。
[0011]优选的，还包括过筛装置，用于对一次碎料进行过滤，获得小于第一设定粒径的第一过筛料及不小于第一设定粒径的第二过筛料，对第二过筛料进行二次破碎或多次破碎，得到二次碎料；磨粉装置用于对第一过筛料进行磨粉，得到初选粉料，对二次碎料进行磨粉，得到次选粉料；还包括采样装置，用于按照设定采样比例采集初选粉料、次选粉料的样品，所述设定采样比例采用质量比、体积比或数量比；及杂质分析装置，用于分析初选粉料、次选粉料的样品的成分；控制装置连接于杂质分析装置，用于依据杂质的成分组成调整酸洗的酸洗液总量及酸洗反应温度。
[0012]通过采用上述技术方案，采样装置可对第二过筛料进行采样，以此减少测量及数据分析的工作量，同时通过质量比、体积比或数量比的方式可尽可能准确模拟第一过筛料与二次碎料的真实情况，提升酸用量预测等后续工序的精度；破碎情况可反映原料的硬度，而硬度一般受杂质等因素影响，因此可通过破碎工艺及磨粉工艺将原料分为至少两种，再由杂质分析装置分析杂质的大致成分，不同的成分需要不同配比的酸进行腐蚀，并配以不同的反应温度，以此可作为调节酸洗量及酸洗反应温度的重要参数，从而提升酸洗效率。
[0013]优选的，还包括水洗装置，所述水洗装置用于对提纯料执行去离子操作，所述控制装置与水洗装置连接，用于依据酸洗量及酸洗所得废液的阴离子和阳离子浓度生成水洗量。
[0014]通过采用上述技术方案，通过去离子水可去除提纯料内的多余离子，且水洗量通过酸洗的废液的氢离子等离子浓度等进行计算，可以减少去离子水的浪费，提升资源利用率。
[0015]优选的，所述过筛装置包括基础过滤件及分级过滤件，所述基础过滤件用于对一次碎料进行过滤，获得小于第一设定粒径的第一过筛料及不小于第一设定粒径的第二过筛料；所述分级过滤件用于对第二过筛料进行梯级筛分，每个梯级的第二过筛料对应不同的粒径范围，各个梯级的第二过筛料分别对应不同的二级破碎或多级破碎的破碎工艺参数，破碎工艺参数包括破碎力度，所述控制装置依据第二过筛料的梯级调整其对应的破碎工艺参数，破碎工艺参数包括破碎力度。
[0016]通过采用上述技术方案，通过对第二过筛料进行梯级筛分，划分出不同粒径范围的原料颗粒，并指定不同的破碎工艺参数，以此优化破碎装置的工艺参数，提升资源利用率。
[0017]优选的，还包括碳含量检测装置及比表面积测量装置，所述碳含量检测装置用于检测微粒的碳含量，所述比表面积测量装置用于测量提纯料的比表面积，所述控制装置连接于碳含量检测装置及比表面积测量装置，用于获取酸洗后提纯料的碳含量及比表面积，并依据提纯料的碳含量与比表面积的变化情况判断酸洗是否达标。
[0018]通过采用上述技术方案，通过碳含量检测装置可检测微粒的碳含量，以此根据碳含量反向判断杂质的含量，并依据杂质的含量调整酸洗量，减少盐酸、氢氟酸的浪费，提升资源利用率；通过比表面积测量装置可检测提纯料的比表面积，大多数情况下微粒的比表面积变化越大其表面微孔越多，离子脱嵌能力越强，以此可提升最终产品的电化学性能；同时提纯料不仅要满本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能电池负极碳基材料制备智能控制系统，其特征在于：至少一个预处理装置，用于对原料执行清理、脱水中的至少一种工序并得到预处理料；破碎装置，用于对预处理料进行破碎，得到一次碎料；磨粉装置，用于对一次碎料进行磨粉，得到粉料；粒径测量装置，用于对粉料执行粒径测量，并获取粒径参数；酸洗装置，用于对粉料进行酸洗，得到提纯料；离子浓度检测装置，用于检测酸洗时酸洗溶液内的阴离子浓度、阳离子浓度；控制装置，连接于粒径测量装置、离子浓度检测装置、酸洗装置，用于获取并依据粒径参数调整首次酸洗的酸洗量、酸洗反应温度，并依据阴离子浓度、阳离子浓度调整后续二级或多级酸洗的酸洗量、酸洗反应温度；及高温碳化装置，用于对提纯料进行高温处理，在提纯料内部产生微结构。2.根据权利要求1所述的储能电池负极碳基材料制备智能控制系统，其特征在于：还包括过筛装置，用于对一次碎料进行过滤，获得小于第一设定粒径的第一过筛料及不小于第一设定粒径的第二过筛料，对第二过筛料进行二次破碎或多次破碎，得到二次碎料；磨粉装置用于对第一过筛料进行磨粉，得到初选粉料，对二次碎料进行磨粉，得到次选粉料；还包括采样装置，用于按照设定采样比例采集初选粉料、次选粉料的样品，所述设定采样比例采用质量比、体积比或数量比；及杂质分析装置，用于分析初选粉料、次选粉料的样品的成分；控制装置连接于杂质分析装置，用于依据杂质的成分组成调整酸洗的酸洗液总量及酸洗反应温度。3.根据权利要求2所述的储能电池负极碳基材料制备智能控制系统，其特征在于：还包括水洗装置，所述水洗装置用于对提纯料执行去离子操作，所述控制装置与水洗装置连接，用于依据酸洗量及酸洗所得废液的阴离子和阳离子浓度生成水洗量。4.根据权利要求3所述的储能电池负极碳基材料制备智能控制系统，其特征在于：所述过筛装置包括基础过滤件及分级过滤件，所述基础过滤件用于对一次碎料进行过滤，获得小于第一设定粒径的第一过筛料及不小于第一设定粒径的第二过筛料；所述分级过滤件用于对第二过筛料进行梯级筛分，每个梯级的第二过筛料对应不同的粒径范围，各个梯级的第二过筛料分别对应不同的二级破碎或多级破碎的破碎工艺参数，破碎工艺参数包括破碎力度，所述控制装置依据第二过筛料的梯级调整其对应的破碎工艺参数，破碎工艺参数包括破碎力度。5.根据权利要求4所述的储能电池负极碳基材料制备智能控制系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯政涵，马倩，金飞伟，
申请(专利权)人：安徽清能碳再生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：