碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法，其特征是包括：包覆溶液配制、氧化亚硅称量、搅拌包覆、包覆料打散、煅烧、筛分、检验。将产品的批次产量提高到400公斤以上，满足工业制备条件，产品经检测，可逆比容量在1700mAh/g以上，首次效率在77％以上，循环寿命在500次以上，与市场现有产品相比性能上有着显著的提高，且由于采用独特的液相包覆工艺和二次煅烧技术，使其生产批量大，能耗和成本大幅降低。大幅降低。大幅降低。

【技术实现步骤摘要】
碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法


[0001]本专利技术涉及氧化亚硅负极材料制备技术，特别是一种碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池自从商业化后，因具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优点而成为当今电池储能的主流。其正负极作为结构的重要组成部分，决定了锂离子电池包括容量在内主要性能。目前普遍采用的石墨负极材料已接近理论容量的极限(372mAh/g)，而硅基负极材料(硅、氧化亚硅)因其理论容量高(最高可达4200mAh/g)而成为新一代负极材料的最优选项。但硅基负极材料也存在充放电过程中体积膨胀大(300％)、导电性能差、首次充放电效率低等缺陷，需要进行改性处理后，以一定比例掺入石墨负极材料中使用，从而将现有的石墨负极材料实际容量从350mAh/g左右进一步提升至420～600mAh/g。
[0003]作为硅基负极材料的一种，氧化亚硅虽然理论容量上较硅负极材料小，但由于其充放电过程中膨胀较小(200％),循环稳定性能好，材料颗粒尺寸只需做到微米级，因而在动力电池等领域有着广泛的应用前景。
[0004]目前普遍采用的是化学气相沉积法(CVD)来对氧化亚硅粉料进行碳包覆改性处理，通常推出的氧化亚硅负极材料均以掺入石墨(95％～90％)的复合材料为主，其生产效率较低(每批次在100千克左右)，且能耗高，导致其生产成本高，产品的主要性能指标首次可逆比容量和首次效率最高只能达到1600mAh/g和75％左右。如专利分开号为CN110828811A，公开的一种锂离子电池用球形氧化亚硅
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石墨复合负极材料及其制备方法，先将氧化亚硅原料与天然石墨原料分别进行球磨处理，然后与沥青、异丙醇铝和其它有机碳源混合进行喷雾干燥，最后在惰性气氛下进行高温歧化反应和碳化处理。该产品为亚硅石墨复合材料，成分包括亚硅、石墨、无定形碳，制作方式主要是将亚硅和石墨分别与酒精混合后球磨成浆料，将两种浆料和沥青异丙醇铝混合球磨，然后经喷雾干燥后在气保下进行煅烧到1100度制得。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法，它具有满足工业制备要求，在降低产品能耗和生产成本同时，提高产品性能首次可逆比容量、首次效率以及循环寿命等特点。
[0006]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法，其特征是包括以下步骤：
[0007](一)包覆溶液配制：
[0008]A、包覆溶液称量：称取溶质中温沥青5～10千克和有机醚类溶剂25～50千克。
[0009]B、溶解：将A中的溶质和溶剂先后加入100升搅拌罐内，以25～100RPM转速搅拌20～45分钟。
[0010]C、泵送：将搅拌完成的溶液泵送到储罐内备用。
[0011](二)氧化亚硅称量：称取氧化亚硅100～250千克。
[0012](三)搅拌包覆：
[0013]A、将称量好的氧化亚硅加入高搅拌机内。
[0014]B、将1/5～1/2的溶液加入高搅机内，同时以100～400RPM高速搅拌1～5分钟，随后以20～50RPM低速搅拌15～30分钟。
[0015]C、重复B中高
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低速交替搅拌步骤2～5次，之后，通过300～400RPM高速搅拌或配以电辅助加热，使溶剂挥发。
[0016](四)包覆料打散：对上述所得包覆沥青的氧化亚硅以0.1～0.3MPA的气压进行打散处理。
[0017](五)煅烧：将每2～4批次的包覆料送入煅烧炉内，每炉次重量控制在200～800千克。
[0018](六)筛分、检验：
[0019]A、将煅烧所得物料用100～400目的超声振动筛进行筛分，细料经除磁处理后进行检测，粗料继续打散处理。
[0020]B、对合格细料进行理化性能检测，并装配成半电池进行可逆比容量和首次效率等电化学性能检测。
[0021]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，步骤(三)C中，挥发的溶剂经冷凝设备回收后重复使用。
[0022]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，步骤(四)中，所述打散处理气压为扁平气流磨。
[0023]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，搅拌包覆过程中，在高搅机的进液阶段，每当高搅机温度上升3
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5℃后，停止喷液，高搅机调速至低频，10
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20秒后，高搅机的转速调为既定频率，如此往复，直至温度升至目标温度时，加液完成，此时维持高搅机既定频率转动搅拌，使高搅机温度维持在低温区域完成进液和物料搅拌。
[0024]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，使高搅机温度维持在低温区域完成进液和物料搅拌，是通过对溶剂挥发时回收管路的蒸发器后温度、流量，回收管路压力，以及循环水流量数据来控制变频高搅机的转速完成。
[0025]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，步骤(五)中所说煅烧为二次煅烧过程：无氧状态下，在60～150分钟内加热到400～550℃，保温60～300分钟；99.99％纯度氮气或氩气保护下，在60～150分钟内加热到750～900℃，保温60～300分钟。降温至室温后卸料。
[0026]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，所述煅烧过程在压力回转煅烧炉中进行，所述压力回转煅烧炉进出料均位于炉体一端，且该端设有双层炉门，炉门部位设有旋转接头，旋转接头具有热电偶和保护气体集成式结构。
[0027]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，压力回转煅烧炉相对于双层炉门的另一端连接排气系统，所述排气系统与炉体连接部设有防尘密封过滤组件以及快拆法兰。
[0028]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，步骤(六)中，使用
对辊机和成品气流磨对成品筛分的粗料再进行打散；将打散后的物料用100～400目的超声振动筛再进行筛分，细料经除磁处理后送往单独检测，粗料重复回送进成品气流磨继续打散；对打散后的细料单独进行理化性能检测，并装配成半电池进行可逆比容量和首次效率等电化学性能检测；合格品送往包装。
[0029]前述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法中，作为优选，所得负极材料内层为氧化亚硅SiOx，其中0.9＜x＜1.1,D50为4μm～7μm，质量占比为97％～99％；外层为包覆导电碳，质量占比为1％～3％；成品材料粒度分布D50为6μm～9μm，粒径集中度SPAN(D90
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D10)/D50为0.8～1。
[0030]本技术方案以上述碳包覆氧化亚硅负极材料为目标产品，主要从以下几方面进行研究和制备：
[0031]一是从负极材料的粒径、比表面积、pH值、振实密度、压实密度、石墨化度、灰分、首次效率、克容量、倍率、循环容量保持率等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法，其特征是包括以下步骤：(一)包覆溶液配制：A、包覆溶液称量：称取溶质中温沥青5～10千克和有机醚类溶剂25～50千克；B、溶解：将A中的溶质和溶剂先后加入100升搅拌罐内，以25～100RPM转速搅拌20～45分钟；C、泵送：将搅拌完成的溶液泵送到储罐内备用；(二)氧化亚硅称量：称取氧化亚硅100～250千克；(三)搅拌包覆：A、将称量好的氧化亚硅加入高搅拌机内；B、将1/5～1/2的溶液加入高搅机内，同时以100～400RPM高速搅拌1～5分钟，随后以20～50RPM低速搅拌15～30分钟；C、重复B中高
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低速交替搅拌步骤2～5次，之后，通过300～400RPM高速搅拌或配以电辅助加热，使溶剂挥发；(四)包覆料打散：对上述所得包覆沥青的氧化亚硅以0.1～0.3MPA的气压进行打散处理；(五)煅烧：将每2～4批次的包覆料送入煅烧炉内，每炉次重量控制在200～800千克。(六)筛分、检验：A、将煅烧所得物料用100～400目的超声振动筛进行筛分，细料经除磁处理后进行检测，粗料继续打散处理；B、对合格细料进行理化性能检测，并装配成半电池进行可逆比容量和首次效率等电化学性能检测。2.根据权利要求1所述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法，其特征是，步骤(三)C中，挥发的溶剂经冷凝设备回收后重复使用。3.根据权利要求1所述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法，其特征在于，步骤(四)中，所述打散处理气压为扁平气流磨。4.根据权利要求1所述的碳包覆氧化亚硅负极材料的工业制备方法，其特征在于，搅拌包覆过程中，在高搅机的进液阶段，每当高搅机温度上升3
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5℃后，停止喷液，高搅机调速至低频，10
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20秒后，高搅机的转速调为既定频率，如此往复，直至温度升至目标温度时，加液完成，此时维持高搅机既定频率转动搅拌，使高搅机温度维持在低温区域完成进液和物...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄蒙，田文龙，应晓猛，程华，解晓宁，刘阳，陈龙明，俞新浩，孙振国，
申请(专利权)人：浙江省建筑材料科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：