权利要求
1.一种流化床-回转炉协同
硅碳负极制备系统，其特征在于，包括高温活化单元、流化床硅沉积单元、回转炉碳包覆单元与余热回收利用单元;
所述高温活化单元、所述流化床硅沉积单元与所述回转炉碳包覆单元沿物料输送方向依次连接;
所述余热回收利用单元包括第一换热装置、第二换热装置、尾气混合装置与余热输送管网;所述第一换热装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与第二换热装置，所述第一换热装置还连接所述回转炉碳包覆单元;所述第二换热装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与所述流化床硅沉积单元，所述第二换热装置还连接所述流化床硅沉积单元;所述尾气混合装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与所述流化床硅沉积单元。
2.根据权利要求1所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，其特征在于，所述余热输送管网包括一段尾气管道、二段尾气管道、三段尾气管道、四段尾气管道、五段尾气管道、尾气处理管道与气体混合管道;
所述一段尾气管道分别连接所述回转炉碳包覆单元与所述高温活化单元;
所述二段尾气管道与所述三段尾气管道用于循环连接所述高温活化单元与所述尾气混合装置;
所述四段尾气管道分别连接所述高温活化单元与所述第一换热装置;
所述五段尾气管道分别连接所述第一换热装置与所述第二换热装置;
所述尾气处理管道还连接所述第二换热装置;
所述气体混合管道分别连接所述尾气混合装置与所述流化床硅沉积单元。
3.根据权利要求2所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，其特征在于，所述高温活化单元包括沿物料输送方向依次连接的预热模块与活化模块;
所述预热模块分别连接所述三段尾气管道与所述四段尾气管道;
所述活化模块分别连接所述一段尾气管道与所述二段尾气管道;
所述活化模块还连接所述流化床硅沉积单元。
4.根据权利要求3所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，其特征在于，所述高温活化单元还包括干燥模块，所述干燥模块连接所述预热模块;
所述尾气处理管道包括六段尾气管道与七段尾气管道，所述六段尾气管道分别连接所述干燥模块与所述第二换热装置，所述七段尾气管道还连接所述干燥模块。
5.根据权利要求2-4任一项所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，其特征在于，所述硅碳负极制备系统还包括尾气回收单元，所述的尾气回收单元包括沿尾气输送方向依次连接的冷凝装置、吸附装置、催化除杂装置;
所述冷凝装置连接所述尾气处理管道;
所述吸附装置还连接所述回转炉碳包覆单元。
6.根据权利要求5所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，其特征在于，所述流化床硅沉积单元包括硅供给装置与流化床反应装置，所述硅供给装置用于向所述流化床反应装置提供硅源气体;
所述流化床反应装置分别连接所述高温活化单元、所述回转炉碳包覆单元与第二换热装置;所述流化床反应装置还通过余热输送管网连接所述尾气混合装置;
所述回转炉碳包覆单元包括碳供给装置与回转炉反应装置，碳供给装置用于向所述回转炉反应装置提供碳源气体;
所述回转炉反应装置分别连接所述流化床反应装置与所述第一换热装置;所述回转炉碳包覆单元还通过余热输送管网连接所述高温活化单元。
7.根据权利要求6所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括载气源、第一混合装置与第二混合装置;
所述载气源分别连接所述第一混合装置、第二混合装置与所述尾气回收单元;
所述第一混合装置还分别连接所述碳供给装置、所述第一换热装置与所述尾气回收单元;
所述第二混合装置还连接所述硅供给装置与所述第二换热装置;
和/或，所述制备系统还包括密封进料装置与密封出料装置;所述密封进料装置的进口端连接所述高温活化单元，其出口端连接所述流化床反应装置;所述密封出料装置的进口端连接回转炉反应装置，其出口端连接外界。
8.根据权利要求7所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，其特征在于，所述制备系统还包括膜分离装置，所述膜分离装置分别连接所述尾气回收单元与所述载气源。
9.一种流化床-回转炉协同硅碳负极制备方法，其特征在于，所述制备方法采用权利要求1-8任一项所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，所述的制备方法包括：
对多孔碳原料依次进行高温活化处理、流化床硅沉积处理与回转炉碳包覆处理;
将产生的尾气余热按温度梯级分配至所述高温活化处理、流化床硅沉积处理与回转炉碳包覆处理过程进行回收利用;
再对尾气进行净化处理后排放。
10.根据权利要求9所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备方法，其特征在于，所述的温度梯级分配包括：
将回转炉碳包覆处理中产生的一级尾气送入高温活化处理过程进行辅助加热，并形成二级尾气;
将所述二级尾气与所述流化床硅沉积处理中产生的尾气混合形成三级尾气;
利用三级尾气加热所述回转炉碳包覆处理使用的碳源，形成四级尾气;
利用四级尾气加热所述流化床硅沉积处理使用的硅源，形成五级尾气;
所述一级尾气、二级尾气、三级尾气、四级尾气与五级尾气的温度逐级降低;
和/或，所述高温活化处理包括依次进行的干燥处理、预热处理与活化处理;
和/或，所述的制备方法还包括：结束所述净化处理后，对洁净尾气进行膜分离处理，以获得载气，将载气回用至所述回转炉碳包覆处理与所述流化床硅沉积处理过程。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于
锂电池
负极材料制备技术领域，涉及一种流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统及制备方法。
背景技术
[0002]
硅碳负极材料因具有高理论容量(4200mAh/g)，相较于传统石墨负极(372mAh/g)具有显著的能量密度优势，成为下一代
锂离子电池负极材料的核心发展方向。然而，硅碳负极材料中的硅在充放电过程中会产生300%~400%的体积膨胀，导致材料结构坍塌、硅碳界面剥离，进而影响电池的循环稳定性;同时，硅的导电性较差，进一步制约了其工业化应用。
[0003]化学气相沉积法(CVD，Chemical Vapor Deposition)结合流化床技术，是目前制备高性能硅碳负极的主流技术之一。其通过气相反应使纳米硅原位沉积在多孔碳载体表面与孔道内，可有效缓解硅的体积膨胀。其中，碳沉积(碳包覆)是提升硅碳界面结合强度与改善导电性的关键步骤。但现有技术中，CVD流化床装备与碳沉积工艺严重脱节，且存在尾气浪费、余热损耗严重等问题，难以实现工业化连续量产，且经济效益不佳。
[0004]因此，研发一种可连续量产、安全可靠、产品性能稳定，且能实现尾气回收、余热利用的硅碳负极制备装备及工艺，成为当前本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统及制备方法，通过流化床
硅烷沉积、回转炉碳沉积、尾气分离回收、余热梯级利用的深度融合，提升了硅碳负极的产品性能，实现有用组分循环利用与余热梯级回收，适用于工业化大规模连续生产。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，包括高温活化单元、流化床硅沉积单元、回转炉碳包覆单元与余热回收利用单元;所述高温活化单元、所述流化床硅沉积单元与所述回转炉碳包覆单元沿物料输送方向依次连接;所述余热回收利用单元包括第一换热装置、第二换热装置、尾气混合装置与余热输送管网;所述第一换热装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与第二换热装置，所述第一换热装置还连接所述回转炉碳包覆单元;所述第二换热装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与所述流化床硅沉积单元，所述第二换热装置还连接所述流化床硅沉积单元;所述尾气混合装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与所述流化床硅沉积单元。
[0007]本发明采用流化床硅烷沉积与回转炉碳沉积的协同设计，装备结构创新，工艺协同优化，结合余热梯级利用，实现了装置与工艺的深度融合，提升硅碳负极的产品性能，提高生产效率、降低能耗，保障生产安全，同时实现有用组分循环利用、余热梯级回收，减少资源浪费，还降低生产成本。
[0008]作为本发明一个优选技术方案，所述余热输送管网包括一段尾气管道、二段尾气管道、三段尾气管道、四段尾气管道、五段尾气管道、尾气处理管道与气体混合管道;所述一段尾气管道分别连接所述回转炉碳包覆单元与所述高温活化单元;所述二段尾气管道与所述三段尾气管道用于循环连接所述高温活化单元与所述尾气混合装置;所述四段尾气管道分别连接所述高温活化单元与所述第一换热装置;所述五段尾气管道分别连接所述第一换热装置与所述第二换热装置;所述尾气处理管道还连接所述第二换热装置;所述气体混合管道分别连接所述尾气混合装置与所述流化床硅沉积单元。
[0009]本发明利用余热换热装置与多路余热输送管路，沿尾气流向协同衔接，实现了反应尾气余热的梯级回收，并用于高温活化、流化床硅沉积与回转炉碳沉积的热处理环节，实现余热最大化利用，降低能耗，确保工艺的稳定性、可重复性、节能性与环保性。
[0010]作为本发明一个优选技术方案，所述高温活化单元包括沿物料输送方向依次连接的预热模块与活化模块。
[0011]所述预热模块分别连接所述三段尾气管道与所述四段尾气管道。
[0012]所述活化模块分别连接所述一段尾气管道与所述二段尾气管道。
[0013]所述活化模块还连接所述流化床硅沉积单元。
[0014]本发明的高温活化单元用于清除多孔碳载体表面的含氧官能团、打开孔道、增加活性位点，有利于提升硅碳负极的产品性能。
[0015]作为本发明一个优选技术方案，所述高温活化单元还包括干燥模块，所述干燥模块连接所述预热模块。所述尾气处理管道包括六段尾气管道与七段尾气管道，所述六段尾气管道分别连接所述干燥模块与所述第二换热装置，所述七段尾气管道还连接所述干燥模块。
[0016]本发明的干燥模块利用反应尾气余热提供热能，进而对碳原料进行干燥除水，提高了余热利用率，进一步降低能量损耗，提升了生产效率。
[0017]作为本发明一个优选技术方案，所述硅碳负极制备系统还包括尾气回收单元，所述的尾气回收单元包括沿尾气输送方向依次连接的冷凝装置、吸附装置、催化除杂装置;所述冷凝装置连接所述尾气处理管道所述吸附装置还连接所述回转炉碳包覆单元。
[0018]本发明的尾气利用处理单元高效去除反应尾气中杂质，分离尾气中有用组分，实现了对反应尾气中有用组分与余热的回收与循环。
[0019]作为本发明一个优选技术方案，所述流化床硅沉积单元包括硅供给装置与流化床反应装置，所述硅供给装置用于向所述流化床反应装置提供硅源气体;所述流化床反应装置分别连接所述高温活化单元、所述回转炉碳包覆单元与第二换热装置;所述流化床反应装置还通过余热输送管网连接所述尾气混合装置。
[0020]本发明的流化床硅沉积单元专注于硅烷气相沉积，优化流化结构，确保纳米硅均匀沉积在多孔碳孔道内，同时利用余热输送管网回收反应尾气余热，同时将余热应用在热处理环节，有效减低了能耗。
[0021]作为本发明一个优选技术方案，所述回转炉碳包覆单元包括碳供给装置与回转炉反应装置，碳供给装置用于向所述回转炉反应装置提供碳源气体;所述回转炉反应装置分别连接所述流化床反应装置与所述第一换热装置;所述回转炉碳包覆单元还通过余热输送管网连接所述高温活化单元。
[0022]本发明的回转炉碳包覆单元作为独立的碳沉积核心，实现碳层的精准包覆，提升了碳层均匀性与结合强度，并通过余热输送管网实现了反应尾气与余热的同步回收，将余热利用同步融入至热处理环节，确保工艺的节能性与稳定性。
[0023]作为本发明一个优选技术方案，所述制备系统还包括载气源、第一混合装置与第二混合装置;所述载气源分别连接所述第一混合装置、第二混合装置与所述尾气回收单元;所述第一混合装置还分别连接所述碳供给装置、所述第一换热装置与所述尾气回收单元;所述第二混合装置还连接所述硅供给装置与所述第二换热装置。
[0024]作为本发明一个实施方式，所述制备系统还包括密封进料装置与密封出料装置;所述密封进料装置的进口端连接所述高温活化单元，其出口端连接所述流化床反应装置;所述密封出料装置的进口端连接回转炉反应装置，其出口端连接外界。
[0025]本发明通过密封进料与出料的无缝衔接，实现物料无氧连续转移。
[0026]作为本发明一个优选技术方案，所述制备系统还包括膜分离装置，所述膜分离装置分别连接所述尾气回收单元与所述载气源。
[0027]本发明利用膜分离高效分离尾气的载气进行循环利用，其回收率≥95%，将载气利用率提升至90%以上，大幅减少原料浪费，降低原料成本。
[0028]第二方面，本发明提供了一种流化床-回转炉协同硅碳负极制备方法，所述制备方法采用第一方面所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，所述的制备方法包括：对多孔碳原料依次进行高温活化处理、流化床硅沉积处理与回转炉碳包覆处理;将产生的尾气余热按温度梯级分配至所述高温活化处理、流化床硅沉积处理与回转炉碳包覆处理过程进行回收利用;再对尾气进行净化处理后排放。
[0029]本发明通过流化床硅烷气相沉积+回转炉碳沉积+尾气分离回收+余热梯级利用的协同模式，实现连续化生产，提升了硅碳负极的产品性能。
[0030]作为本发明一个优选技术方案，所述的温度梯级分配包括：将回转炉碳包覆处理中产生的一级尾气送入高温活化处理过程进行辅助加热，并形成二级尾气;将所述二级尾气与所述流化床硅沉积处理中产生的尾气混合形成三级尾气;利用三级尾气加热所述回转炉碳包覆处理使用的碳源，形成四级尾气;利用四级尾气加热所述流化床硅沉积处理使用的硅源，形成五级尾气;所述一级尾气、二级尾气、三级尾气、四级尾气与五级尾气的温度逐级降低。
[0031]本发明回收各高温单元尾气中的余热，并按温度梯级分配至原料高温活化、气体预热、物料预热等环节，实现了余热最大化利用，有效地降低了工艺能耗，进而减少了生产成本。
[0032]作为本发明一个实施方式，所述高温活化处理包括依次进行的干燥处理、预热处理与活化处理。
[0033]作为本发明一个实施方式，所述的制备方法还包括：结束所述净化处理后，对洁净尾气进行膜分离处理，以获得载气，将载气回用至所述回转炉碳包覆处理与所述流化床硅沉积处理过程。
[0034]本发明高效分离尾气中载气与氢气，并将载气循环至硅碳制备流程，有效地提高了载气利用率。
[0035]所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
[0036]与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)流化床与回转炉协同，产品性能显著提升：本发明采用“流化床硅烷沉积+回转炉碳沉积”的分离式设计，分别适配硅沉积与碳沉积的不同温度需求，流化床确保原子硅均匀嵌入多孔碳载体孔道，回转炉通过分段温控实现碳层的精准包覆，获得致密均匀的碳层，还提高了硅碳界面结合强度，有效缓解硅的体积膨胀，满足高性能锂离子电池的使用需求。
[0037](2)实现连续化量产，生产效率大幅提升：本发明通过流化床硅沉积单元和回转炉碳沉积单元的连续进出料无缝密封衔接，实现原料预处理、硅沉积、碳沉积、后处理的一体化连续生产，无需批次切换，适合工业化大规模生产。
[0038](3)尾气分离回收，资源利用率大幅提升：本发明对反应尾气进行高效分离与回收，使得尾气中载气回收率≥95%、烃类回收率≥95%，并循环利用有用组分，将载气利用率提升至90%以上，烃类利用率提升至88%以上，大幅减少了原料浪费，降低原料成本。
[0039](4)余热梯级利用，能耗显著降低：本发明新增余热回收利用单元回收流化床与回转炉尾气中的余热，使得余热回收效率≥70%，
储能效率≥85%，并按温度梯级分配至原料预处理、高温活化、气体预热与物料预热等环节，替代部分电加热，总能耗降低35%以上，进一步降低生产成本，实现了节能降耗。
[0040](5)安全可靠，环保达标：本发明的装备设置在线氧含量监测仪、压力连锁装置及紧急氮气吹扫程序，各单元密封性能优良，防止空气进入与物料氧化，同时避免硅烷、烃类气体泄漏，保障生产安全;尾气回收与余热利用的集成，进一步减少污染物排放与能量损耗，符合绿色化工生产要求。
[0041](6)成本可控，经济效益显著：本发明的连续生产模式减少了原料损耗，原料利用率≥99%，且硅烷、烃类循环利用，余热梯级回收降低能耗，大幅降低生产成本，同时装备模块化设计，可根据产能需求调整规格，尾气回收单元与余热回收利用单元可灵活适配现有生产线改造，进一步提升工业化应用的经济性。
附图说明
[0042]图1为本发明实施例1提供的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统的结构示意图。
[0043]图2为本发明实施例2提供的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统的结构示意图。
[0044]其中，11-载气源;12-第一混合装置;13-第二混合装置;21-真空干燥装置;22-高温活化炉;221-预热段;222-活化段;31-硅供给装置;32-流化床反应装置;41-碳供给装置;42-回转炉反应装置;51-第一换热装置;52-第二换热装置;53-尾气混合装置;S1-一段尾气管道;S2-二段尾气管道;S3-三段尾气管道;S4-四段尾气管道;S5-五段尾气管道;S6-六段尾气管道;S7-七段尾气管道;S8-气体混合管道;61-冷凝装置;62-变压吸附装置;63-催化除杂装置;71-膜分离装置;81-密封进料装置;82-密封出料装置;W1-碳源回收支管;W2-第一载气回收支管;W3-第二载气回收支管。
具体实施方式
[0045]需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
[0046]需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0047]本发明中，以“包括”“包含”等开放式词语描述的技术特征或技术方案，如无其他说明，不排除所列要素之外的额外不冲突要素，同时视为既公开了仅由所列要素构成的封闭式特征或技术方案，也公开了在所列要素之外还可包含额外不冲突要素的开放式特征或方案;例如，A包括a1、a2和a3，如无其他说明，即表示A可仅由a1、a2和a3组成，也可在a1、a2和a3的基础上包含其他不冲突要素，对应公开了“A由a1、a2和a3组成”“A选自a1、a2和a3”以及“A不仅包括a1、a2和a3，还可包括其他不冲突要素”的技术方案。本发明的所有实施方式以及可选实施方式，如无特别说明且无技术冲突，均可相互组合形成新的技术方案，该类组合方案均属于本发明公开的范畴。本发明中提及的“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例或实施方式中，在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例，本领域技术人员能够显式和隐式地理解，本发明所描述的实施例可以与其它无技术冲突的实施例相结合。
[0048]本发明中，各实施例记载的方法中，各步骤的撰写顺序并不意味着严格的执行顺序，各步骤的实际执行顺序应当根据其功能和可能的内在逻辑确定，如无特别说明，本发明的所有步骤可以按撰写顺序执行，也可以按无技术冲突的任意顺序执行。例如，所述方法包括步骤(a)和步骤(b)，表示所述方法可包括顺序执行的步骤(a)和步骤(b)，也可包括顺序执行的步骤(b)和步骤(a);若所述方法还包括步骤(c)，则步骤(c)可以任意无冲突的顺序加入到所述方法中，包括但不限于步骤(a)、(b)、(c)，步骤(a)、(c)、(b)，步骤(c)、(a)、(b)等执行顺序。
[0049]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0050]针对CVD流化床装备与碳沉积工艺脱节、碳沉积均匀性差、硅烷利用率低、无法实现连续量产、安全隐患突出，且尾气浪费、余热损耗严重的技术问题，现有技术中仅关注单一装备的改进，要么未匹配对应的协同工艺，无法解决上述技术缺陷。
[0051]在一个具体实施方式中，本发明提供了一种流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，包括高温活化单元、流化床硅沉积单元、回转炉碳包覆单元与余热回收利用单元。所述高温活化单元、所述流化床硅沉积单元与所述回转炉碳包覆单元沿物料输送方向依次连接。所述余热回收利用单元包括第一换热装置、第二换热装置、尾气混合装置与余热输送管网;所述第一换热装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与第二换热装置，所述第一换热装置还连接所述回转炉碳包覆单元;所述第二换热装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与所述流化床硅沉积单元，所述第二换热装置还连接所述流化床硅沉积单元;所述尾气混合装置通过所述余热输送管网分别连接所述高温活化单元与所述流化床硅沉积单元。
[0052]基于以上实施方案，本发明通过形成硅沉积-碳沉积-余热利用的协同连续生产体系，各单元精准适配硅碳负极的制备，实现了装置与工艺的深度融合，提升硅碳负极的产品性能，同时实现了余热梯级回收，有效地降低了系统能耗。
[0053]所述高温活化单元包括沿物料输送方向依次连接的预热模块与活化模块。所述预热模块用于提升物料的表面活性，优化孔结构，实现精准调控。所述活化模块用于清除多孔碳载体表面的含氧官能团、打开孔道、增加活性位点，并在活化完成后将活化后的多孔碳载体送入流化床硅沉积单元。
[0054]具体的，高温活化单元包括高温活化炉，可以采用管式炉结构，分为预热段和活化段，预热段的工作温度为300~500℃，例如可以为300℃、350℃、380℃、400℃、450℃、480℃或500℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。活化段的最高工作温度≥900℃。进一步的，设置有温度控制装置，用于调控各模块温度，且升温速率可调范围为3~10℃/min，例如可以为3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、8℃/min或10℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0055]作为一种实施方式，所述活化模块通过密封进料装置连接流化床硅沉积单元，将的多孔碳载体活化后的多孔碳载体无氧连续转移至流化床硅沉积单元。
[0056]在一些实施方式中，所述高温活化单元还包括干燥模块，所述干燥模块设置于所述高温活化单元上游，并连接所述预热模块，用于预先对多孔碳载体进行干燥除水。
[0057]所述干燥模块所需温度范围在100~150℃，例如可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0058]具体的，所述干燥模块包括真空干燥器，真空度为真空度≤1kPa，例如可以是0.2kPa、0.3kPa、0.5kPa、0.6kPa、0.8kPa或1kPa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。温度可控为100~150℃，例如可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0059]所述流化床硅沉积单元包括硅供给装置与流化床反应装置。所述硅供给装置用于向所述流化床反应装置提供硅源气体，包括但不限于SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3气体等。所述流化床反应装置的进口端连接高温活化单元，来自高温活化单元的多孔碳载体与硅源气体进行反应。示例性地，SiH4热解反应生成纳米硅原子，纳米硅原子在多孔碳载体的孔道表面与外表面成核、生长，原位嵌入多孔碳载体孔隙中，实现气相硅沉积。所述流化床反应装置的出口端连接所述回转炉碳包覆单元，将硅沉积后的多孔碳载体送入回转炉碳包覆单元内。流化床反应装置的温度为400~700℃，压力范围为0~1Mpa。
[0060]硅沉积过程中产生的高温尾气中含有未反应的SiH4、产物H2、载气气体等，其温度在其高温尾气的温度为400~700℃，例如可以为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃或700℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0061]所述尾气混合装置内实现上述尾气与高温活化单元的活化模块的尾气混合，可用于高温活化单元的预热模块的辅助加热。
[0062]具体的，所述流化床反应装置的反应器主体为立式结构，自上而下依次分为扩大段和反应段，所述反应段为圆柱形，所述扩大段顶端设置有气固分离装置，用于分离反应过程中被气流夹带的细小颗粒，分离后的颗粒回落至反应段。
[0063]所述流化床反应装置的所述反应段的内径为300~1500mm，高度为1500~10000mm，对应所述反应段设置有分区温控装置，以将其温度控制在400~700℃范围进行反应，且设置有温度
传感器，将温度波动控制在≤±1℃。上述内径可以为300mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm或1500mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。上述高度可以为1500mm、2000mm、4000mm、5000mm、6000mm、8000mm或10000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0064]所述扩大段放入内径为反应段内径的1.5~4.0倍，高度为500~10000mm。所述气固分离装置为旋风分离器或烧结滤芯，其分离效率≥99%。上述倍数可以为1.5倍、1.8倍、2倍、2.5倍、2.8倍、3倍、3.5倍、3.8倍或4.0倍，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。上述高度可以为500mm、1000mm、2000mm、4000mm、5000mm、6000mm、8000mm或10000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0065]所述回转炉碳包覆单元包括碳供给装置与回转炉反应装置，碳供给装置用于向所述回转炉反应装置提供碳源气体。所述碳源包括但不限于烯烃，如CH4、C2H2、C3H6中的至少一种，纯度≥99.9%。所述回转炉反应装置的进口端连接所述流化床反应装置出口端，来自流化床反应装置中形成的沉积有纳米硅的多孔碳载体进入回转炉反应装置中，并与碳源进行气相碳沉积反应，反应温度优选为500~1000℃，例如可以为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。示例性地，C2H2气体裂解生成无定形碳，在硅碳中间产物表面形成致密碳层。碳沉积过程中产生的高温尾气中可能含未反应C2H2，以及N2、H2、重质烃、焦油蒸汽等，其温度在500~1000℃范围。
[0066]具体的，所述回转炉反应装置的回转炉主体的长度为3000~15000mm，内径为500~2000mm。回转炉主体的长度可以为3000mm、4000mm、5000mm、8000mm、10000mm、12000mm、15000mm或15000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。回转炉主体的内径可以为500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1500mm、1800mm或2000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0067]作为一种实施方式，回转炉主体为倾斜式结构，倾斜角度1~10°，例如可以是1°、2°、4°、5°、6°、8°或10°，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，以于物料连续推进。炉体的转速可调范围为1~20r/min，例如可以是1r/min、3r/min、5r/min、8r/min、10r/min、12r/min、15r/min、18r/min或20r/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。进一步地，所述回转炉主体的外周壁设置有保温层，其厚度≥50mm，减少热量损耗。
[0068]作为一种实施方式，所述回转炉反应装置的出口端通过密封出料装置连接外界，将物料无氧连续转移至外部，自然冷却，得到最终硅碳负极产品。
[0069]在一些实施方式中，所述制备系统还包括载气源、第一混合装置与第二混合装置。
[0070]所述载气源用于向流化床硅沉积单元与回转炉碳包覆单元提供反应所需的载气，包括但不限于氮气、氩气或氢气。所述载气源分别连接所述第一混合装置与第二混合装置。所述载气源包括载气储罐，还可以包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
[0071]所述第一混合装置还通过碳源支路管网分别连接所述碳供给装置与所述第一换热装置，所述第一换热装置通过碳源支路管网连接所述回转炉反应装置，使碳源气体与载气在第一混合装置内混合形成碳源混合气，其经过第一换热装置进行加热至200~600℃，随后送入回转炉反应装置内进行反应。
[0072]所述第二混合装置还通过硅源支路管网分别连接所述硅供给装置与所述第二换热装置，所述第二换热装置通过硅源支路管网连接所述流化床反应装置，使硅源气体与载气在第二混合装置内混合形成硅源混合气，其经过第二换热装置进行加热，随后送入流化床反应装置内进行反应。
[0073]本发明的碳源支路管网与硅源支路管网分别包括多个气路，每条气路上均设置有质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)，精度±0.5%，用于精准控制气体流量。
[0074]作为一种实施方式，所述碳源支路管网包括第一碳源气路、第二碳源气路与第三碳源气路，第一碳源气路分别连接碳供给装置与第一混合装置，第二碳源气路分别连接第一混合装置与第一换热装置，第三碳源气路分别连接第一换热装置与回转炉反应装置。优选地，第一碳源气路、第二碳源气路与第三碳源气路上均设置有质量流量控制器。所述硅源支路管网包括第一硅源气路、第二硅源气路与第三硅源气路，第一硅源气路分别连接硅供给装置与第二混合装置，第二硅源气路分别连接第二混合装置与第二换热装置，第三硅源气路分别连接第二换热装置与流化床反应装置，且第一硅源气路、第二硅源气路与第三硅源气路上均设置有质量流量控制器。
[0075]在一些实施方式中，所述流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统还包括尾气回收单元，形成硅沉积-碳沉积-尾气回收-余热利用的协同连续生产体系。所述的尾气回收单元设置在流化床硅沉积单元与回转炉碳包覆单元之后，包括沿尾气输送方向依次连接的冷凝装置、吸附装置、催化除杂装置，分离尾气中的未反应SiH4、烃类等有用组分，去除焦油与杂质，再回输至对应气路循环利用。
[0076]所述冷凝装置用于初步去除尾气杂质，吸收尾气热量。所述吸附装置可采用变压吸附器，利用吸附剂分离尾气中的烯烃等有用组分，其吸附效率≥95%。变压吸附器的吸附剂可定期再生，再生后吸附效率保持≥92%。所述吸附剂优选分子筛+活性炭复合吸附剂。所述催化除杂装置用于催化分离SiH4。
[0077]进一步的，所述吸附装置还通过碳源回收支路连接第一混合装置，以将尾气中分离出的CH4、C2H2、C3H6中的至少一种回流至回转炉碳包覆单元，实现循环利用。所述催化除杂装置还通过载气回收支路连接载气源，用于将尾气中分离出的载气回流至载气源内，实现循环利用。
[0078]另外，所述尾气回收单元还设置有纯度检测装置，确保回收气体纯度满足循环使用要求，如烃类纯度≥99%，载气纯度≥99%，实现资源循环与环保达标兼顾。
[0079]在一些实施方式中，所述制备系统还包括膜分离装置，所述膜分离装置分别连接所述尾气回收单元与所述载气源。具体的，所述膜分离装置通过载气回收支路分别连接所述催化除杂装置与所述载气源，用于Ar或N2作为载气的系统中，能够分离去除尾气中的H2，并将Ar或N2进行回收，随后送入载气源实现循环利用。
[0080]所述余热回收利用单元为系统余热梯级利用核心环节，能够将系统中产生的尾气余热回用至高温活化单元、流化床硅沉积单元与回转炉碳包覆单元。
[0081]所述回转炉碳包覆单元还通过余热输送管网连接所述高温活化单元。所述碳供给装置与回转炉主体的气体进口端相连，所述回转炉主体末端顶部设置有排气口，并与高温活化炉的活化段相连，将上述尾气送入高温活化单元的活化模块进行辅助加热，以对预热后的多孔碳载体进行高温活化，之后进入尾气混合装置，并与流化床反应装置排出的高温尾气混合。
[0082]具体的，所述第一换热装置利用反应尾气余热对碳源混合气进行预热，其预热温度可控范围200~400℃。所述第二换热装置利用反应尾气余热对硅源混合气进行预热，其预热温度可控范围100~300℃。
[0083]进一步地，第一换热装置与第二换热装置可采用管壳式换热器，其换热效率≥80%。
[0084]所述余热输送管网用于向各热处理环节输送热能，热处理环节包括但不限于：(1)高温活化炉的活化模块内预热后的多孔碳载体的热处理;(2)高温活化炉的预热模块对多孔碳载体进行预热处理;(3)回转炉碳沉积单元的碳源混合气预热处理;(4)流化床硅沉积单元的硅源混合气预热;(5)原料预处理干燥模块的多孔碳干燥处理等，实现了余热梯级利用，余热回收效率≥70%。所述余热回收利用单元还设置有温度调控装置，确保余热输送温度与各利用环节的温度需求精准匹配。
[0085]在一些实施方式中，所述余热输送管网包括一段尾气管道、二段尾气管道、三段尾气管道、四段尾气管道、五段尾气管道、尾气处理管道与气体混合管道。
[0086]所述一段尾气管道分别连接所述回转炉碳包覆单元与所述高温活化单元。
[0087]具体的，所述一段尾气管道的进口连接回转炉碳包覆单元的回转炉反应装置，其出口连接至所述高温活化单元的活化模块，以利用回转炉碳包覆单元中的高温尾气对预热后的多孔碳载体进行辅助加热，温度范围为500~900℃，例如可以为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0088]所述二段尾气管道与所述三段尾气管道用于循环连接所述高温活化单元与所述尾气混合装置。
[0089]具体的，所述二段尾气管道的进口连接所述高温活化单元的活化模块，其出口连接所述尾气混合装置，而所述三段尾气管的进口连接所述尾气混合装置，而出口连接所述高温活化单元的预热模块，以利用流化床硅沉积单元与回转炉碳包覆单元中的高温尾气对进入预热模块内的多孔碳载体进行预热处理，温度范围为300~500℃，例如可以为300℃、350℃、400℃、450℃或500℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。具体的，所述活化模块分别连接所述一段尾气管道与所述二段尾气管道。
[0090]所述四段尾气管道分别连接所述高温活化单元与所述第一换热装置。
[0091]具体的，所述四段尾气管道的进口连接所述高温活化单元的预热模块，其出口连接第一换热装置，用于回转炉碳沉积单元的碳源混合气预热处理。
[0092]所述五段尾气管道分别连接所述第一换热装置与所述第二换热装置，用于流化床硅沉积单元的硅源混合气预热器。
[0093]所述气体混合管道分别连接所述尾气混合装置与所述流化床硅沉积单元，用于将硅沉积产生的反应尾气送入尾气混合装置。
[0094]具体的，所述气体混合管道的进口连接所述流化床硅沉积单元的流化床反应装置，其出口连接尾气混合装置的进口，同时，所述尾气混合装置的进口与出口还分别连接所述二段尾气管道与所述三段尾气管道，将高温活化炉的活化模块内热处理环节排放的尾气与硅沉积产生的反应尾气混合后，用于高温活化炉的预热模块的预热处理环节。
[0095]所述尾气处理管道分别连接所述第二换热装置与所述尾气回收单元，用于将第二换热装置流出的尾气输送至尾气回收单元内。
[0096]进一步的，当预热模块的上游设置有干燥模块时，可以利用由第二换热装置流出的尾气余热进行加热干燥，所需温度范围在100~150℃。
[0097]具体的，所述尾气处理管道包括六段尾气管道与七段尾气管道，所述六段尾气管道分别连接所述干燥模块与所述第二换热装置，所述七段尾气管道分别连接所述干燥模块与所述尾气回收单元的冷凝装置，用于对使用后的尾气进行净化处理。
[0098]还需要说明的是，所述制备系统还设置有必要的连接管路和开关控制阀，本发明对此不作特殊限定，本领域的技术人员需根据实际生产需要合理调整、增设或删减，需要明确的是，通过删减部分非必要连接管路和开关控制阀，或将单功能开关控制阀替换成多功能集成控制阀，或外设与开关控制阀电性连接的自动控制系统用于控制相应的阀门开启等本领域技术人员通用且公知的常规技术手段而产生的新技术方案同样落入本发明的公开范围和保护范围之内。
[0099]在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种流化床-回转炉协同硅碳负极制备方法，采用一个具体实施方式所述的流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，采用CVD流化床硅烷气相沉积+回转炉碳沉积+尾气分离回收+余热梯级利用的协同模式，通过工艺与装置系统各单元的精准适配，实现连续化生产。
[0100]所述的制备方法包括：对多孔碳原料依次进行高温活化处理、流化床硅沉积处理与回转炉碳包覆处理;将产生的尾气余热按温度梯级分配至所述高温活化处理、流化床硅沉积处理与回转炉碳包覆处理过程进行回收利用;再对尾气进行净化处理后排放。
[0101]作为本发明一种实施方式，所述高温活化处理包括依次进行的干燥处理、预热处理与活化处理。在结束所述活化处理后，将多孔碳载体送入密封进料装置内备用。
[0102]在所述高温活化处理过程中通过控制温度、时间、活化剂的添加量，可以精准调控优化孔隙结构，清除多孔碳载体表面的含氧官能团，并增加活性位点。具体的所述干燥处理可采用真空干燥，温度为100~150℃，用于去除多孔碳内水分，温度可以为100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃。所述预热处理的温度为300~500℃，例如可以为300℃、350℃、400℃、450℃或500℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。活化处理的温度为500~900℃，例如可以为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0103]进一步的，向制备系统中通入H2、N2或Ar惰性气体，检验气密性，再真空气氛置换排出系统内氧气与水蒸气，同时启动余热回收。
[0104]在一些实施方式中，所述流化床硅沉积处理包括：将密封进料装置内的多孔碳载体无氧输送至流化床反应装置中，并通入大量载气，在多孔碳颗粒稳定流化后，开始对反应装置进行加热，升温至设定的沉积温度，如400~700℃，例如可以为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃或700℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。待反应装置内气流稳定后，将硅源气体，如SiH4混入载气中，送入流化床反应装置。在高温下，硅源混合气发生热分解学反应，生成的纳米硅原子沉积在处于流化状态的多孔碳颗粒表面，并扩散进入多孔碳的内部孔道，实现气相硅沉积，沉积后的尾气送入尾气回收单元，并回收余热。
[0105]在一些实施方式中，所述回转炉碳包覆处理是将沉积有纳米硅的多孔碳载体连续送入回转炉反应装置，升温至设定温度，如500~1000℃，再通入预热后的载气和碳源气体的混合气，使得碳源气体在高温下裂解进行碳沉积，以在沉积有纳米硅的多孔碳载体的外表面形成致密均匀的碳层，获得固体产品进入密封出料装置，经过常规后处理后得到碳
硅负极材料，而碳沉积后尾气送入尾气回收单元，同时回收余热。
[0106]在一些实施方式中，所述的温度梯级分配包括：将回转炉碳包覆处理中产生的一级尾气送入高温活化处理过程进行辅助加热，并形成二级尾气;将所述二级尾气与所述流化床硅沉积处理中产生的尾气混合形成三级尾气;利用三级尾气加热所述回转炉碳包覆处理使用的碳源，形成四级尾气;利用四级尾气加热所述流化床硅沉积处理使用的硅源，形成五级尾气。
[0107]所述一级尾气、二级尾气、三级尾气、四级尾气与五级尾气的温度逐级降低。具体的，一级尾气的温度为500~1000℃，二级尾气温度为400~800℃，流化床硅沉积处理中产生的尾气的温度为400~700℃，三级尾气的温度为400~750℃，四级尾气的温度为250~450℃，五级尾气的温度为150~300℃。
[0108]具体的，所述一级尾气的温度可以为500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃。所述二级尾气的温度可以为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃。流化床硅沉积处理中产生的尾气的温度可以为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃或700℃。所述三级尾气的温度可以为400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃或750℃。所述四级尾气的温度可以为250℃、300℃、350℃、400℃或450℃。所述五级尾气的温度可以为150℃、180℃、200℃、220℃、250℃、280℃或300℃。本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0109]进一步的，所述高温活化处理包括依次进行的干燥处理、预热处理与活化处理，则二级尾气是指活化处理后的尾气，其与流化床硅沉积处理中产生的尾气混合形成的三级尾气用于预热处理，形成300~550℃的尾气;利用上述300~550℃的尾气加热回转炉碳包覆处理使用的碳源，形成四级尾气;另外，将形成的五级尾气用于干燥处理，形成100~200℃的尾气，再对尾气进行净化处理。
[0110]在一些实施方式中，所述净化处理包括：对产生的尾气依次进行冷凝、变压吸附与催化除杂后，回收分离后的碳源气体与氢气载气，分别回流至回转炉碳包覆单元与载气源，实现循环利用。
[0111]在一些实施方式中，所述载气源采用N2或Ar时，结束催化除杂后，对洁净尾气进行膜分离处理，以获得载气N2或Ar，将载气回用至载气源，用于所述回转炉碳包覆处理与所述流化床硅沉积处理过程。
[0112]在一些实施方式中，在硅碳负极制备结束后，停止进料，惰性气体N2或Ar吹扫和冷却后停机，最后维护和清理。
[0113]实施例1
本实施例提供了一种CVD流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，如图1所示，其包括高温活化单元、流化床硅沉积单元、回转炉碳包覆单元、余热回收利用单元、尾气回收单元、载气源11、第一混合装置12、第二混合装置13、膜分离装置71、密封进料装置81与密封出料装置82。高温活化单元包括真空干燥装置21与高温活化炉22，且高温活化炉22内设置有预热段221与活化段222。流化床硅沉积单元包括硅供给装置31与流化床反应装置32。回转炉碳包覆单元包括碳供给装置41与回转炉反应装置42。余热回收利用单元包括第一换热装置51、第二换热装置52、尾气混合装置53与余热输送管网，余热输送管网包括一段尾气管道S1、二段尾气管道S2、三段尾气管道S3、四段尾气管道S4、五段尾气管道S5、六段尾气管道S6、七段尾气管道S7与气体混合管道S8。尾气回收单元包括沿尾气输送方向依次连接的冷凝装置61、变压吸附装置62与催化除杂装置63。
[0114]高温活化炉22内的预热段221对接真空干燥装置21，活化段222通过密封进料装置81无缝衔接流化床反应装置32，流化床反应装置32连接回转炉反应装置42，回转炉反应装置42的出口端连接密封出料装置82。载气源11分别连接第一混合装置12与第二混合装置13。第一混合装置12分别连接碳供给装置41与第一换热装置51，第一换热装置51还连接回转炉反应装置42。第二混合装置13分别连接硅供给装置31与第二换热装置52，第二换热装置52还连接流化床反应装置32。一段尾气管道S1分别连接回转炉反应装置42与高温活化炉22内的活化段222。二段尾气管道S2分别连接高温活化炉22内的活化段222与尾气混合装置53。三段尾气管道S3分别连接尾气混合装置53与高温活化炉22内的预热段221。四段尾气管道S4分别连接高温活化炉22内的预热段221与第一换热装置51。五段尾气管道S5分别连接第一换热装置51与第二换热装置52。六段尾气管道S6分别连接第二换热装置52与真空干燥装置21。七段尾气管道S7分别连接真空干燥装置21与冷凝装置61。气体混合管道S8连接流化床反应装置32与尾气混合装置53。变压吸附装置62通过碳源回收支管W1连接第一混合装置12。催化除杂装置63通过第一载气回收支管W2连接膜分离装置71，膜分离装置71通过第二载气回收支管W3连接载气源11。
[0115]实施例2
本实施例提供了一种CVD流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统，与实施例1的区别在于：如图2所示，并未设置膜分离装置，催化除杂装置63通过第一载气回收支管W2直接连接载气源11，其余结构与实施例1相同。
[0116]应用例1
本应用例采用实施例1提供的CVD流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统进行硅碳负极材料的制备，具体包括如下步骤：
S1：选取多孔碳作为碳载体，将其送入真空干燥装置21中，利用从第二换热装置52排出的尾气余热，在真空度0.5kPa，温度120℃的条件下干燥，去除多孔碳载体中的水分;
S2：将干燥后的多孔碳载体送入高温活化炉22，在预热段221利用尾气混合装置53排出的高温尾气辅助加热，确保预热温度为400℃;随后在活化段222利用回转炉反应装置42排出的高温尾气辅助加热，确保活化温度为800℃;在活化完成后，将多孔碳载体送入密封进料装置81备用;
S3：将载气源11提供的N2分别通入第一混合装置12与第二混合装置13，碳供给装置41向第一混合装置12送入C2H2，使其与N2混合形成碳源混合气，同时，硅供给装置31向第二混合装置13送入SiH4，使其与N2混合形成硅源混合气;
S4：将碳源混合气送入第一换热装置51内，利用高温活化炉22内预热段221排出的高温尾气余热加热至350℃，随后进入回转炉反应装置42内;将硅源混合气送入第二换热装置52内，利用第一换热装置51换热后排出的尾气余热加热至210℃，随后进入流化床反应装置32内;
S5：启动流化床反应装置32，控制反应温度为500℃，将密封进料装置81中的多孔碳载体连续送入流化床反应装置32内，使其与经过第二换热装置52加热后的硅源混合气进行反应，SiH4热解反应生成纳米硅原子，纳米硅原子在多孔碳载体的孔道表面及与表面成核、生长，原位嵌入多孔碳载体孔隙中，实现气相硅沉积;且硅沉积过程中被气流夹带的细小颗粒通过扩大段的旋风分离器分离，回落至反应段继续反应;而硅沉积过程中产生的含未反应的SiH4、N2、H2的尾气经扩大段排气口送入尾气混合装置53，并与高温活化炉22的活化段222排出的高温尾气混合;
S6：启动回转炉反应装置42，控制反应温度为700℃，将流化床反应装置32产生的沉积有纳米硅的硅碳中间产物连续送入回转炉反应装置42内，使其与经过第一换热装置51加热后的碳源混合气进行气相碳沉积反应，C2H2气体在700℃条件下裂解，生成无定形碳，在硅碳中间产物表面形成致密碳层;碳沉积过程中产生的含未反应C2H2、N2、H2和重质烃、焦油蒸汽的尾气，经回转炉反应装置42的排气口送入高温活化炉22的活化段222进行辅助加热，之后进入尾气混合装置53内，以与流化床反应装置32排出的高温尾气混合;
S7：在回转炉反应装置42碳沉积完成后，物料随回转炉转动推进至密封出料装置82，自然冷却，得到最终硅碳负极产品。
[0117]其中，由尾气混合装置53排出的高温尾气，通过三段尾气管道S3进入高温活化炉22的预热段221对多孔碳进行辅助预热;随后通过四段尾气管道S4进入第一换热装置51对碳源混合气进行预热;再通过五段尾气管道S5进入第二换热装置52内对硅源混合气进行预热;之后通过六段尾气管道S6进入真空干燥装置21对多孔碳载体进行干燥;再通过七段尾气管道S7进入冷凝装置61内进行冷凝除杂，除去重质烃和焦油蒸汽。冷凝除杂后的尾气进入变压吸附装置62，采用吸附剂选择性捕获C2H2，其余气体穿透后进入催化除杂装置63，而捕获的C2H2通过碳源回收管道W1进入第一混合装置12，并与新鲜的C2H2混合;进入催化除杂装置63的其余尾气在催化剂的作用下将微量未反应的SiH4钝化除去，再将上述尾气送入膜分离装置71，仅氢气通过膜除去，未通过的气体只有N2，其通过第二载气回收支管W3返回进入载气源11。
[0118]应用例2
本应用例采用实施例2提供的CVD流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统进行硅碳负极材料的制备，具体包括如下步骤：
S1：选取多孔碳作为碳载体，将其送入真空干燥装置21中，利用从第二换热装置52排出的尾气余热，在真空度0.8kPa，温度150℃的条件下干燥，去除多孔碳载体中的水分;
S2：将干燥后的多孔碳载体送入高温活化炉22，在预热段221利用尾气混合装置53排出的高温尾气辅助加热，确保预热温度为500℃;随后在活化段222利用回转炉反应装置42排出的高温尾气辅助加热，确保活化温度为900℃;在活化完成后，将多孔碳载体送入密封进料装置81备用;
S3：将载气源11提供的H2分别通入第一混合装置12与第二混合装置13，碳供给装置41向第一混合装置12送入CH4，使其与H2混合形成碳源混合气，同时，硅供给装置31向第二混合装置13送入SiH4，使其与H2混合形成硅源混合气;
S4：将碳源混合气送入第一换热装置51内，利用高温活化炉22内预热段221排出的高温尾气余热加热至400℃，随后进入回转炉反应装置42内;将硅源混合气送入第二换热装置52内，利用第一换热装置51换热后排出的尾气余热加热至280℃，随后进入流化床反应装置32内;
S5：启动流化床反应装置32，控制反应温度为650℃，将密封进料装置81中的多孔碳载体连续送入流化床反应装置32内，使其与经过第二换热装置52加热后的硅源混合气进行反应，SiH4热解反应生成纳米硅原子，纳米硅原子在多孔碳载体的孔道表面及与表面成核、生长，原位嵌入多孔碳载体孔隙中，实现气相硅沉积;且硅沉积过程中被气流夹带的细小颗粒通过扩大段的旋风分离器分离，回落至反应段继续反应;而硅沉积过程中产生的含未反应的SiH4、H2的尾气经扩大段排气口送入尾气混合装置，并与高温活化炉22的活化段222排出的高温尾气混合;
S6：启动回转炉反应装置42，控制反应温度为900℃，将流化床反应装置32产生的沉积有纳米硅的硅碳中间产物连续送入回转炉反应装置42内，使其与经过第一换热装置51加热后的碳源混合气进行气相碳沉积反应，CH3气体在900℃条件下裂解，生成无定形碳，在硅碳中间产物表面形成致密碳层;碳沉积过程中产生的含未反应CH3、H2和重质烃、焦油蒸汽的尾气，经回转炉反应装置42的排气口送入高温活化炉22的活化段222进行辅助加热，之后进入尾气混合装置53内，以与流化床反应装置32排出的高温尾气混合;
S7：在回转炉反应装置42碳沉积完成后，物料随回转炉转动推进至密封出料装置82，自然冷却，得到最终硅碳负极产品。
[0119]其中，由尾气混合装置53排出的高温尾气，通过三段尾气管S3道进入高温活化炉22的预热段221对多孔碳进行辅助预热;随后通过四段尾气管道S4进入第一换热装置51对碳源混合气进行预热;再通过五段尾气管道S5进入第二换热装置52内对硅源混合气进行预热;之后通过六段尾气管道S6进入真空干燥装置21对多孔碳载体进行干燥;再通过七段尾气管道S7进入冷凝装置61内进行冷凝除杂，除去重质烃和焦油蒸汽。冷凝除杂后的尾气进入变压吸附装置62，采用吸附剂选择性捕获CH4，其余气体穿透后进入催化除杂装置63，而捕获的CH4通过碳源回收管道W1进入第一混合装置12，并与新鲜的CH4混合;进入催化除杂装置63的其余尾气在催化剂的作用下将微量未反应的SiH4钝化除去，将剩余的H2通过载气回收管道返回进入载气源11。
[0120]对比例1
本对比例采用单一的CVD流化床系统进行硅碳负极材料的制备。
[0121]相比于采用实施例1的CVD流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统的制备工艺，本对比例采用单一的CVD流化床的制备工艺，存在以下几点缺陷：
(1)碳沉积方式不合理：由于硅沉积的工艺温度为400℃~700℃，碳沉积的工艺温度为500℃~1000℃，二者的温度需求差异大，单温区或双温区流化床都难以同时满足两者的精准温控，导致碳沉积均匀性差、碳层厚度波动大，硅碳界面结合强度低。并且沉积方式采用搅拌型式，密封性差，气体易泄露，易发生爆炸;
(2)装备结构适配性差：采用间歇式碳沉积设备，其无法与连续式CVD流化床衔接不畅，物料转移过程中易引入空气，导致纳米硅氧化，降低产品性能，且生产效率较低;
(3)安全隐患突出：硅烷为易燃易爆有毒气体，碳沉积过程中产生的烃类气体也具有易燃易爆特性，其尾气处理系统未针对两种尾气进行分级处理，无法彻底去除有害气体，存在安全隐患;
(4)资源浪费严重：硅烷、烃类等原料成本较高，而在硅沉积、碳沉积过程中产生的尾气直接进入尾气处理系统，未对其中未反应的烃类有用组分进行分离回收，造成严重的资源浪费，增加生产成本;
(5)余热损耗较大：CVD流化床硅沉积产生大量高温尾气，携带大量余热，现有技术中未对该部分余热进行有效回收利用，直接排放导致能量损耗严重，进一步增加生产能耗和成本。
[0122]而采用实施例1的制备工艺，以多孔碳载体为原料，以SiH4为硅源气体，以CH4或C2H2为碳源，以N2、Ar或H2为载气，采用流化床硅烷气相沉积+回转窑碳沉积+尾气分离回收+余热梯级利用的协同模式，通过原料预处理、余热辅助、气氛置换、连续流化硅沉积、尾气与余热同步回收、回转窑连续碳沉积、惰性冷却、连续出料后处理、尾气分离回收、余热梯级利用的连续步骤，实现了硅碳负极的工业化连续生产。同时，工艺的每一步骤均与装备的对应单元精准适配，将尾气回收、余热利用同步融入各工艺环节，确保工艺参数、尾气回收参数、余热利用参数的精准实现，并通过有用组分循环利用与余热梯级回收，实现连续量产，提高了产品稳定性，减少资源浪费，降低生产成本。
[0123]申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
说明书附图(2)
声明：
“流化床-回转炉协同硅碳负极制备系统及制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：江苏中圣压力容器装备制造有限公司
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