一种硅碳复合负极材料、应用、制备方法及制备系统技术方案

本申请公开了一种硅碳复合负极材料、应用、制备方法及制备系统，制备系统包括：混料机，将硅粉和沥青初混合；静态混流器，上述混合物再进入静态混流器进行再次混合处理；切粒机，上述混合物进入切粒机进行切粒碎化处理；及高温炭化炉，混合物进入高温炭化炉进行高温炭化处理后获得硅碳复合负极材料。制备方法包括：将沥青和硅粉进行初混合处理；将上述混合物进行再混合处理；然后进行切粒处理；最后高温炭化处理后得到硅碳复合负极材料。硅碳复合负极材料，采用上述制备方法获得。硅碳复合负极材料的应用，包括在负极极片中的应用。本申请有效降低了硅的体积膨胀并且保持硅碳复合负极材料具有高导电特性，大大提升了材料循环性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合负极材料、应用、制备方法及制备系统


[0001]本申请属于电池负极材料
，具体涉及一种硅碳复合负极材料、应用、制备方法及制备系统。

技术介绍

[0002]锂离子电池因为其体积小、能量密度大、电压高、无记忆效应等优点，在移动通信设备、3C电子产品领域被广泛作为主流电源使用，近年来由于环境污染能源危机等方面的问题，在全球范围内兴起的电动汽车，同样是采用锂离子电池作为储能器件。目前传统的钴酸锂/石墨、磷酸铁锂/石墨等体系的二次电池容量已经接近其理论容量极限，很难通过提高敷料密度，减薄集流体或隔膜厚度等方法来提高其能量密度。
[0003]目前商业化的锂离子电池负极材料仍以传统石墨负极材料为主，其实际比容量已经接近372mAh/g的理论值，再想要提升已非常困难，要想在能量密度上有所提升，与硅结合是一种较好的方式。而沥青因具有资源丰富，价格低廉，含碳量高和易于石墨化的优点，将沥青作为碳源的其中一种形式已成为当前的热点。硅具有最高比容量(4200mAh/g)和适中的电压平台(～0.4V vs Li/Li+)，其理论比容量远高于石墨，硅是目前已知能用于负极材料理论比容最高的材料。并且，由于硅材料环境友好、储量丰富、成本较低等优点而成为现在研发的重点。但在真正的使用过程中，硅碳负极存在很多先天的“不足”。
[0004]主要是体积膨胀问题。在充放电过程中，硅的体积会膨胀100％-300％，不断的收缩膨胀会造成硅碳负极材料的粉末化，严重影响电池寿命；其次，硅的不断膨胀，在锂离子电池内部产生很大的应力，这种应力对极片造成挤压，循环多次后可能出现极片断裂的情况；再次，也是由于锂离子电池内部应力的原因，很有可能造成锂离子电池内部孔隙率的降低，减少锂离子移动通道，造成锂金属的析出，影响电池安全性。正因如此，硅碳复合负极材料在研发和应用方面的面临着较高的技术壁垒。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种硅碳复合负极材料、应用、制备方法及制备系统。
[0006]为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：
[0007]本申请提出了一种硅碳复合负极材料制备系统，所述制备系统包括：
[0008]混料机，将硅粉和沥青按照一定比例加入并进行初混合；
[0009]静态混流器，上述预混合后的混合物进入静态混流器再次混合处理；
[0010]切粒机，经上述静态混流器混合处理的混合物进入切粒机进行切粒碎化处理；
[0011]以及高温炭化炉，经切粒碎化处理后的混合物进入高温炭化炉进行高温炭化处理后获得粉末状的硅碳复合负极材料。
[0012]进一步地，上述的制备系统中，其中，还包括紊流器，所述紊流器设置在所述静态混流器的出口端，经所述静态混流器处理后的混合物再次进行紊流器进行均化分散处理。
[0013]进一步地，上述的制备系统中，其中，所述紊流器包括多层设置的孔型板，其中，每层所述孔型板上的孔按照非均匀、无序状态布设。
[0014]进一步地，上述的制备系统中，其中，所述孔型板的孔径范围为5μm-8mm之间。
[0015]进一步地，上述的制备系统中，其中，还包括水槽，所述水槽设置在所述静态混流器的出口端，经所述静态混流器出后的混合物进入水槽进行冷却处理。
[0016]进一步地，上述的制备系统中，其中，还包括吹干机，所述吹干机设置在所述水槽的出口端，所述混合物将所述水槽冷却处理后进入所述吹干机中将其表面的水分进行吹干。
[0017]进一步地，上述的制备系统中，其中，还包括振动筛，所述振动筛设置在所述切粒机的出口端，经所述切粒机处理后的混合物经过振动器处理后筛选某一粒径范围的混合物颗粒。
[0018]进一步地，上述的制备系统中，其中，所述混合物颗粒为圆柱形颗粒。
[0019]进一步地，上述的制备系统中，其中，所述混合物颗粒的直径为3-5nm，长度为5-8nm。
[0020]进一步地，上述的制备系统中，其中，还包括给料机，所述给料机中配置至少两个加料仓，所述硅粉和所述沥青分别通过其与对应设置的加料仓进入混料机进行初混合。
[0021]进一步地，上述的制备系统中，其中，所述给料机包括失重加料机、高速混料机以及密炼机中的一种。
[0022]进一步地，上述的制备系统中，其中，其中一个加料仓添加锡粉，所述锡粉与所述硅粉的质量百分比为10-20％。
[0023]进一步地，上述的制备系统中，其中，其中一个加料仓添加硼粉，所述硼粉与所述硅粉的质量百分比为1-2％。
[0024]进一步地，上述的制备系统中，其中，其中一个加料仓添加表面偶合剂。
[0025]进一步地，上述的制备系统中，其中，所述硅粉和所述沥青的质量百分比为5-10％之间。
[0026]进一步地，上述的制备系统中，其中，所述混料器包括双蜗杆挤出机、单蜗杆挤出机、往复式蜗杆挤出机中的其中一种。
[0027]本申请还提出了一种硅碳复合负极材料制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0028]按照一定比例添加沥青和硅粉后进行初混合处理；
[0029]将上述混合物进行再混合处理；
[0030]经再混合处理的混合物进行切粒处理；
[0031]将切料处理后的混合物进行高温炭化处理后得到硅碳复合负极材料。
[0032]进一步地，上述的制备方法中，其中，在所述初混合处理之前还包括给料过程，所述给料过程采用失重加料机、高速混料机以及密炼机中的其中一种进行加料处理。
[0033]进一步地，上述的制备方法中，其中，所述给料过程还包括通过其中一个加料仓添加锡粉，其中，所述锡粉与所述硅粉的质量百分比为10-20％。
[0034]进一步地，上述的制备方法中，其中，所述给料过程还包括通过其中一个加料仓添加硼粉，其中，所述硼粉与所述硅粉的质量百分比为1-2％。
[0035]进一步地，上述的制备方法中，其中，所述给料过程还包括通过其中一个加料仓添
加表面偶合剂。
[0036]进一步地，上述的制备方法中，其中，所述硅粉和所述沥青的质量百分比为5-10％之间。
[0037]进一步地，上述的制备方法中，其中，所述初混合处理包括：采用双蜗杆挤出机、单蜗杆挤出机、往复式蜗杆挤出机中的其中一种进行共混挤出处理。
[0038]进一步地，上述的制备方法中，其中，在将上述混合物进行再混合处理过程中包括：采用静态混流器将上述混合物进行再混合处理。
[0039]进一步地，上述的制备方法中，其中，在所述切粒处理之前还包括紊流共混处理，通过紊流共混处理对所述混合物进行均化和分散。
[0040]进一步地，上述的制备方法中，其中，所述紊流共混处理过程采用所述紊流器进行紊流共混处理，其中，所述紊流器包括多层设置的孔型板，每层所述孔型板上的孔按照非均匀、无序状态布设。
[0041]进一步地，上述的制备方法中，其中，所述孔型板的孔径范围为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合负极材料制备系统，其特征在于，包括：混料机，将硅粉和沥青按照一定比例加入并进行初混合；静态混流器，上述预混合后的混合物进入静态混流器再次混合处理；切粒机，经上述静态混流器混合处理的混合物进入切粒机进行切粒碎化处理；以及高温炭化炉，经切粒碎化处理后的混合物进入高温炭化炉进行高温炭化处理后获得粉末状的硅碳复合负极材料。2.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，还包括紊流器，所述紊流器设置在所述静态混流器的出口端，经所述静态混流器处理后的混合物再次进行紊流器进行均化分散处理。3.根据权利要求2所述的制备系统，其特征在于，所述紊流器包括多层设置的孔型板，其中，每层所述孔型板上的孔按照非均匀、无序状态布设。4.根据权利要求3所述的制备系统，其特征在于，所述孔型板的孔径范围为5μm-8mm之间。5.根据权利要求1至4任一项所述的制备系统，其特征在于，还包括水槽，所述水槽设置在所述静态混流器的出口端，经所述静态混流器出后的混合物进入水槽进行冷却处理。6.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于，还包括吹干机，所述吹干机设置在所述水槽的出口端，所述混合物将所述水槽冷却处理后进入所述吹干机中将其表面的水分进行吹干。7.根据权利要求1至4任一项所述的制备系统，其特征在于，还包括振动筛，所述振动筛设置在所述切粒机的出口端，经所述切粒机处理后的混合物经过振动器处理后筛选某一粒径范围的混合物颗粒。8.根据权利要求7所述的制备系统，其特征在于，所述混合物颗粒为圆柱形颗粒。9.根据权利要求7所述的制备系统，其特征在于，所述混合物颗粒的直径为3-5nm，长度为5-8nm。10.根据权利要求1所述的制备系统，其特征在于，还包括给料机，所述给料机中配置至少两个加料仓，所述硅粉和所述沥青分别通过其与对应设置的加料仓进入混料机进行初混合。11.根据权利要求10所述的制备系统，其特征在于，所述给料机包括失重加料机、高速混料机以及密炼机中的一种。12.根据权利要求10所述的制备系统，其特征在于，其中一个加料仓添加锡粉，所述锡粉与所述硅粉的质量百分比为10-20％。13.根据权利要求10或11或12所述的制备系统，其特征在于，其中一个加料仓添加硼粉，所述硼粉与所述硅粉的质量百分比为1-2％。14.根据权利要求10或11或12所述的制备系统，其特征在于，其中一个加料仓添加表面偶合剂。15.根据权利要求1或2或3或4或10或11或12所述的制备系统，其特征在于，所述硅粉和所述沥青的质量百分比为5-10％之间。16.根据权利要求1或2或3或4或10或11或12所述的制备系统，其特征在于，所述混料器包括双蜗杆挤出机、单蜗杆挤出机、往复式蜗杆挤出机中的其中一种。
17.一种硅碳复合负极材料制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：按照一定比例添加沥青和硅粉后进行初混合处理；将上述混合物进行再混合处理；经再混合处理的混合物进行切粒处理；将切料处理后的混合物进行高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：居峥，唐瑞波，刘远辉，韦福忠，杨勇，
申请(专利权)人：上海碳束实业有限公司，
类型：发明
国别省市：