【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池硅碳负极材料领域，尤其涉及一种硅碳负极材料反应器及硅碳负极材料制备方法。
技术介绍
1、目前，锂电池在国内迅速发展，随着社会对锂离子电池能量密度的期望进一步升高，发展高比能量的正负极电池材料迫在眉睫。现阶段商业化石墨负极材料已经接近其理论比容量极限(372mah/g)，为进一步提升电池能量密度，寻找更高比容量负极材料成为产业研究重点。硅在常温下与锂合金化，理论比容量高达4200mah/g，是目前石墨类负极材料的十倍以上，不存在析锂隐患，安全性好于石墨类负极材料，且储量丰富，成本低廉，是最具潜力的新一代锂电池负极材料。
2、然而硅本身在充放电循环过程中超过300％的体积膨胀，当锂离子在充放电过程中嵌入和释放硅时，硅微粒会发生体积变化，导致电极材料的结构破坏。这种膨胀现象导致了电极材料的容量衰减和循环性能的恶化。另外，硅材料对于锂离子的扩散速率较慢，导致充放电速度较低。因此常借助各种导电性能高的碳类材料形成复合材料来改善其性能，同时增强电极材料的机械稳定性。现阶段通常采用碳包覆硅颗粒的方法，在硅表面形成一层保护层，来降低体积膨胀的影响。但这种直接使用纳米硅粉的缺点明显：一是在粒径尺度上，二是纳米硅大规模制备、分散、防止表面氧化都较为困难。而且由于纳米硅容易团聚，压实密度低，以及硅材料本身巨大的体积变化都对这种技术的成熟造成挑战。
3、对于化学气相沉积工艺在生产硅碳负极材料传统：采用静态沉积或流化床。静态沉积易在表面沉积包覆导致包覆不均，从而结块，最终产品团聚一起，影响硅碳负极材料性能。流化
4、传统的主要工艺流程升降温(尤其是降温)、包覆颗粒的卸料以及包覆炉的清理时间占了50％以上，这些辅助工艺流程严重影响了包覆颗粒的生产效率，延长了包覆颗粒生产全流程所需的时间，制约了制备系统的产能。
技术实现思路
1、鉴于目前硅碳负极材料工艺流程存在的上述不足，本专利技术提供一种硅碳负极材料反应器及硅碳负极材料制备方法，该反应器设置搅拌系统和气体供应系统，在搅拌和气流的作用下，有效防止了反应颗粒在下方堆积，使颗粒在反应炉内充分分散，可以实现连续生产，缩短生产周期，实现产能提升。采用硅碳负极材料制备方法制备的硅碳负极材料组分间连接紧密、结合力强，充放电过程中活性物质不易脱落，具有优良的循环稳定性，且不易出现团聚现象。
2、为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
3、一种硅碳负极材料反应器，包括反应炉、加热系统和气体供应系统，所述气体供应系统与反应炉连接并用于向反应炉供应气体，所述加热系统设置在所述反应炉的外周壁上并用于对反应炉内部进行加热，还包括搅拌系统，所述搅拌系统设置在所述反应炉一端并延伸至所述反应炉内部，所述气体至少包括硅源气体和碳源气体，通过搅拌系统、加热系统和气体供应系统的配合，使得所述反应炉内的碳粉被搅拌以依次通过分解硅源气体沉积硅包覆层和分解碳源气体沉积碳包覆层后形成硅碳负极材料。
4、依照本专利技术的一个方面，所述搅拌系统包括驱动装置和转轴，所述转轴的一端与驱动装置的输出端连接，转轴的另一端延伸入反应炉内，位于反应炉内部的转轴上设有螺旋桨叶。
5、依照本专利技术的一个方面，所述硅碳负极材料反应器还包括进料装置，所述进料装置与反应炉连通，在所述进料装置与反应炉之间设有进料阀。
6、依照本专利技术的一个方面，所述硅碳负极材料反应器还包括出料装置，所述出料装置与反应炉连通，在所述出料装置与反应炉之间设有出料阀。
7、依照本专利技术的一个方面，所述硅碳负极材料反应器还包括废气处理系统，所述废气处理系统与反应炉连接。
8、依照本专利技术的一个方面，所述硅碳负极材料反应器还包括真空系统，所述真空系统与反应炉连接，并用于对反应炉内气体进行抽真空。
9、一种硅碳负极材料制备方法，所述硅碳负极材料制备方法包括以间和升降温时间，实现连续生产，缩短了生产周期，有助于提高产能。同时，通过设置搅拌系统和气体装置系统，在搅拌和气流的作用下，有效防止了反应颗粒在下方堆积，使颗粒在反应炉内充分分散。这种分散作用显著改善了硅碳负极材料的团聚问题，提高了制备的硅碳负极材料均匀性和稳定性。通过在反应炉上设置加热系统，有助均匀的给反应炉加热，并维持反应炉内的设定温度，提高了硅碳负极产品的质量和稳定性。该反应器能够实现连续生产，提高生产效率和提高硅碳负极材料的质量和稳定性。
10、进一步，通过先向反应炉内通入硅源气体并使其分解沉积在碳粉表面形成硅包覆层；再向反应炉内通入碳源气体并使其分解沉积在硅包覆层表面形成碳包覆层；得到所需的硅碳负极材料。在反应过程中，搅拌系统的强制搅拌和气流的作用确保了反应物颗粒的充分分散，有效的防止了反应颗粒在下方堆积，从而显著改善了硅碳负极材料的团聚问题，提高了制备的硅碳负极材料均匀性和稳定性。这使得整个包覆反应后的硅碳负极材料具有更均匀的性能，组分间连接紧密、结合力强。在充放电过程中，活性物质不易脱落，表现出优良的循环稳定性。特别是采用硅包覆碳的结构，使得负极材料在循环寿命和稳定性方面表现出色，为电池提供了更长的使用寿命。
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1.一种硅碳负极材料反应器，包括反应炉、加热系统和气体供应系统，所述气体供应系统与反应炉连接并用于向反应炉供应气体，所述加热系统设置在所述反应炉的外周壁上并用于对反应炉内部进行加热，其特征在于，还包括搅拌系统，所述搅拌系统设置在所述反应炉一端并延伸至所述反应炉内部，所述气体至少包括硅源气体和碳源气体，通过搅拌系统、加热系统和气体供应系统的配合，使得所述反应炉内的碳粉被搅拌以依次通过分解硅源气体沉积硅包覆层和分解碳源气体沉积碳包覆层后形成硅碳负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述搅拌系统包括驱动装置和转轴，所述转轴的一端与驱动装置的输出端连接，转轴的另一端延伸入反应炉内，位于反应炉内部的转轴上设有螺旋桨叶。
3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括进料装置，所述进料装置与反应炉连通，在所述进料装置与反应炉之间设有进料阀。
4.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括出料装置，所述出料装置与反应炉连通，在所述出料装置与反
5.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括废气处理系统，所述废气处理系统与反应炉连接。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括真空系统，所述真空系统与反应炉连接，并用于对反应炉内的气体进行抽真空。
7.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅碳负极材料制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述一种硅碳负极材料制备方法，其特征在于，所述向反应炉内通入硅源气体并使其分解沉积在碳粉表面形成硅包覆层步骤包括：向反应炉内通入硅源气体和载气，所述硅源气体和载气的比例为1:1至1:10，使硅源气体分解沉积在碳粉表面形成硅包覆层。
9.根据权利要求7所述一种硅碳负极材料制备方法，其特征在于，所述向反应炉内通入硅源气体并使其分解沉积在碳粉表面形成硅包覆层的步骤包括：加热反应炉至温度为400-800℃，使硅源气体分解。
10.根据权利要求7所述一种硅碳负极材料制备方法，其特征在于，所述向反应炉内通入碳源气体并使其分解沉积在硅包覆层表面形成碳包覆层步骤包括：向反应炉内通入碳源气体和载气，所述碳源气体和载气的比例为1:1至1:20，使碳源气体沉积在硅包覆层表面形成碳包覆层。
11.根据权利要求7所述一种硅碳负极材料制备方法，其特征在于，所述向反应炉内通入碳源气体并使其分解沉积在硅包覆层表面形成碳包覆层的步骤包括：加热反应炉至温度为600-1200℃，使碳源气体分解。
12.根据权利要求7所述一种硅碳负极材料制备方法，其特征在于，所述步骤向反应炉内通入硅源气体并使其分解沉积在碳粉表面形成硅包覆层和步骤向反应炉内通入碳源气体并使其分解沉积在硅包覆层表面形成碳包覆层，可分别进行多次。
13.根据权利要求7至12中任意一项所述一种硅碳负极材料制备方法，其特征在于，所述硅碳负极材料制备方法还包括以下步骤：对碳粉进行干燥和激活碳粉表面活性的处理。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料反应器，包括反应炉、加热系统和气体供应系统，所述气体供应系统与反应炉连接并用于向反应炉供应气体，所述加热系统设置在所述反应炉的外周壁上并用于对反应炉内部进行加热，其特征在于，还包括搅拌系统，所述搅拌系统设置在所述反应炉一端并延伸至所述反应炉内部，所述气体至少包括硅源气体和碳源气体，通过搅拌系统、加热系统和气体供应系统的配合，使得所述反应炉内的碳粉被搅拌以依次通过分解硅源气体沉积硅包覆层和分解碳源气体沉积碳包覆层后形成硅碳负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述搅拌系统包括驱动装置和转轴，所述转轴的一端与驱动装置的输出端连接，转轴的另一端延伸入反应炉内，位于反应炉内部的转轴上设有螺旋桨叶。
3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括进料装置，所述进料装置与反应炉连通，在所述进料装置与反应炉之间设有进料阀。
4.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括出料装置，所述出料装置与反应炉连通，在所述出料装置与反应炉之间设有出料阀。
5.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括废气处理系统，所述废气处理系统与反应炉连接。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种硅碳负极材料反应器，其特征在于，所述硅碳负极材料反应器还包括真空系统，所述真空系统与反应炉连接，并用于对反应炉内的气体进行抽真空。
7.一种硅碳负极材料的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冬翔，张华芹，李广敏，王刘伟，吴海龙，
申请(专利权)人：上海韵申新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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