[發明專利]一種制備鋰離子電池負極材料的高溫裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 202011089212.3
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112209390B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 徐泉;劉柱;李閣;黃林波;李金熠;程曉彥
• 申請（專利權）人: 江西壹金新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C01B32/05;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B01J3/00;B01J3/03
• 代理公司: 北京中知星原知識產權代理事務所(普通合伙) 11868
• 代理人: 艾變開

本發明涉及一種制備鋰離子電池負極材料的高溫裝置及其制備方法，所述高溫裝置包括倉體以及與倉體連接的真空裝置、傳動裝置、混氣裝置和尾氣處理裝置；所述倉體包括真空反應室和回轉收集室，所述回轉收集室的前端連通真空反應室，回轉收集室的后端分別連接所述真空裝置、傳動裝置和混氣裝置，尾氣處理裝置連接真空反應室；所述真空反應室和回轉收集室分別安裝獨立的加熱裝置，能夠單獨控制真空反應室和回轉收集室的溫度。所述制備方法為在真空反應室和回轉收集室內分別放置氧化亞硅原料和內核材料，分別控制真空反應室和回轉收集倉的反應溫度，使氣相氧化亞硅沉積在內核材料表面，形成納米級包覆層，再進行碳包覆后即得到鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料制備技術領域，具體涉及一種制備鋰離子電池負極材料的高溫裝置及其制備方法。

背景技術

隨著現代消費、電子、電動汽車行業的快速發展，作為能源的鋰離子電池的研究和產業化進程也越來越重要。鋰離子電池的能量密度作為衡量電池性能的重要指標，仍然需要進一步提升。然而，傳統的碳類負極材料的能量密度提升已經到達極限，不能滿足高能量密度鋰離子電池的需求。為了促進鋰離子電池及相關行業的進一步發展，滿足市場對鋰離子電池產品的需求，具有高理論比容量的新型鋰離子電池負極材料被廣泛關注，諸如硅基負極、鍺基負極和錫基負極等。但新型負極材料在與鋰進行合金化/非合金化反應時，通常伴隨著巨大的體積膨脹，導致材料粉化，失去導電接觸，從而導致材料穩定性降低。

氧化亞硅負極材料具有數倍于傳統碳基材料的理論比容量，相比于其他新型負極材料，體積膨脹較小，研究人員通過使用表面包覆、表面改性或納米化等方法，改善并提升氧化亞硅材料的電子導電性與循環穩定性，大大提高了氧化亞硅實際應用的前景。目前，主流電池廠商一般直接使用C-SiOx材料或將C-SiOx與其他負極材料進行機械混合使用。

專利CN202010337106.6提供了一種鋰離子電池負極材料及其制備方法和裝置，該制備方法包括：混合微米級的硅和二氧化硅，壓實成塊，得到Si/SiO₂混合材料；在真空下，以不同的升溫速率分別加熱氣化混合材料與金屬鎂至不同的預定溫度；將氣相的SiOx與氣相的鎂通過冷卻混合沉積；經過粉碎、分級、除磁、碳包覆，得到鋰離子電池負極材料。該制備裝置依次設置第一加熱腔體、可旋轉的物料收集輥和第二加熱腔體；第一加熱腔體和第二加熱腔體分別用于容裝需要加熱的物料Si/SiO₂混合材料與金屬鎂，所述收集輥用于使氣相的SiOx與氣相的鎂冷卻沉積在輥表面而實現物料的收集；所述收集輥設有對其表面溫度進行控制的溫控設備。

現有的氧化亞硅負極制備技術中，不僅高耗能，產率低，而且批次穩定性差，材料質量層次不齊，嚴重限制了氧化亞硅負極材料規模化制備。另外，經過粉碎、包覆后形成的C-SiOx在與其他負極材料進行機械混合時，還存在著顆粒過大，循環過程中粉化等問題，導致電池性能迅速惡化，嚴重影響了氧化亞硅負極產業化應用。

發明內容

為了解決上述問題，首先，本發明提供一種制備鋰離子電池負極材料的高溫裝置，所述高溫裝置包括倉體以及與倉體連接的真空裝置、傳動裝置、混氣裝置和尾氣處理裝置；所述倉體包括真空反應室和回轉收集室，所述回轉收集室的前端連通真空反應室，回轉收集室的后端分別連接所述真空裝置、傳動裝置和混氣裝置，尾氣處理裝置連接真空反應室；所述真空反應室和回轉收集室分別安裝獨立的加熱裝置，能夠單獨控制真空反應室和回轉收集室的溫度。

本發明所述的高溫裝置將真空反應室與回轉收集室互相連通而成為一個倉體，并能夠單獨控制真空反應室和回轉收集室內部的溫度，單獨控制回轉收集室的回轉收集方式，通過分別調節真空反應室與回轉收集室的溫度、回轉收集室的回轉速度，得到批次穩定、均勻可控的氧化亞硅負極材料。

所述真空反應室由內到外依次包括反應腔、加熱層和第一保溫層；所述反應腔用以盛放氧化亞硅的原材料；所述加熱層包圍在反應腔外部且內部設有加熱元件，用以對反應腔內的原材料進行加熱；所述第一保溫層包圍在加熱層外部，用以對所述真空反應室的隔熱和保溫。