[發(fā)明專利]一種綜合處理硬碳負(fù)極材料均勻包覆方法及成套裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310190705.3
• 申請(qǐng)日: 2023-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN116177530A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張磊;李骕;易宇;范鑫銘;陳汝璨;林杭;陳延飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南鈉能時(shí)代科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/05
• 分類號(hào): C01B32/05;F27D17/00;F23G7/06;H01M4/36;H01M4/587
• 代理公司: 北京眾允專利代理有限公司 11803
• 代理人: 李艾桓

本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種綜合處理硬碳負(fù)極材料均勻包覆方法及成套裝置。本發(fā)明綜合處理硬碳負(fù)極材料均勻包覆方法及成套裝置基于硬碳材料高溫煅燒制備原理，結(jié)合機(jī)械制造基礎(chǔ)研發(fā)而成，采用長(zhǎng)縱向建造結(jié)構(gòu)，使含碳?xì)庠丛谇惑w內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間停留，實(shí)現(xiàn)充分熱解。腔體內(nèi)配備縱向多層不同孔徑大小的耐高溫碳材料篩網(wǎng)，能實(shí)現(xiàn)硬碳顆粒材料與氣體的分離。硬碳材料在氣體沖擊和重力作用下在腔體內(nèi)無序運(yùn)動(dòng)，腔體內(nèi)可熱解氣體與硬碳材料可實(shí)現(xiàn)充分接觸，氣體熱解產(chǎn)生的碳材料在硬碳表面形成包覆膜，實(shí)現(xiàn)硬碳材料閃速包覆。該發(fā)明可以設(shè)計(jì)出包覆均勻性好，性能高的硬碳負(fù)極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種綜合處理硬碳負(fù)極材料均勻包覆方法及成套裝置。

背景技術(shù)

硬碳是一種在2800℃高溫下難以進(jìn)行石墨化的無定形碳，其在微觀上呈現(xiàn)為“短程有序，長(zhǎng)程無序”的結(jié)構(gòu)，相較于石墨而言，它的層間距更大，更容易讓特定的金屬陽離子嵌入。硬碳是鈉離子電池負(fù)極材料的最優(yōu)選擇，有著十分優(yōu)秀的快速充放電性能。目前硬碳材料主要由生物質(zhì)材料以及高分子聚合物制備而成，由于原材料本身的特點(diǎn)，在高溫煅燒過程中硬碳材料表面上會(huì)形成許多微孔，造成其比表面積大幅增大，從而影響該材料在電池體系中的首次庫倫效率。

專利CN114335523A公布了一種高能量密度鈉離子電池用硬碳負(fù)極的制備方法，將多孔碳前驅(qū)體進(jìn)行研磨處理后與催化劑一同放入管式爐中，通入保護(hù)氣體以一定的升溫速率達(dá)到目標(biāo)溫度，通入含碳元素氣源，在目標(biāo)溫度下使含碳源裂解，進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，在硬碳材料表面包覆一層碳膜，從而降低硬碳材料的比表面積，提高其在電池體系的電化學(xué)性能。該方法所用含碳?xì)庠戳呀獠怀浞郑瑲怏w利用率低。

專利CN111952565A公布了一種采用CVD碳包覆方法對(duì)硬碳材料表面進(jìn)行包覆，該方法難以實(shí)現(xiàn)硬碳材料表面孔徑均勻包覆，對(duì)電池首次庫倫效率提高有限。專利CN114447304A公布了一種硬碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用，將硬碳原料與堿液混合煅燒，再與瀝青類材料和作為催化劑的有機(jī)溶液進(jìn)行混合浸泡，再通入氣態(tài)碳源實(shí)現(xiàn)硬碳材料表面碳納米管的成長(zhǎng)以及無定形碳的包覆。該專利采用雙包覆方法，氣體原料消耗較大，無法精準(zhǔn)控制納米管與無定形碳的包覆比例。

專利CN114804068A公布了一種硬碳負(fù)極材料及其制備方法，對(duì)制備得到的酸純化硬碳粉末和有機(jī)碳源混合熱處理，得到單層包覆的硬碳材料，再置于氣相碳源中進(jìn)行化學(xué)氣相沉積實(shí)現(xiàn)二次包覆，解決了硬碳負(fù)極材料比表面積較大，首次庫倫效率較低的問題。該方法原料消耗大，能耗較高，生產(chǎn)成本相對(duì)較高。專利CN106981629A公布了一種鋰離子動(dòng)力電池用硬碳負(fù)極材料的制備及其改性方法，將硬碳前驅(qū)體溶于無水乙醇中加交聯(lián)劑交聯(lián)化，進(jìn)行研磨處理后于管式爐中惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行預(yù)碳化，再升溫進(jìn)行碳化，之后篩分出2-30μm材料于碳源氣體中進(jìn)行0.5-4h氣相沉積包覆。該方法碳源氣體裂解不充分，碳源氣體利用率不高，多次包覆使其能耗較高。

專利CN101916845A公布了一種適合于動(dòng)力于儲(chǔ)能電池用的硬碳材料及其制備方法，采用有機(jī)物與硬碳前驅(qū)體一同燒結(jié)的方法在硬碳材料表面形成一種包覆層，該方法無法做到充分均勻包覆硬碳材料。專利CN103094528A公布了一種鋰離子動(dòng)力與儲(chǔ)能電池用硬碳負(fù)極材料及其制備方法，采用碳材料一同燒結(jié)作為包覆碳源，同樣無法做到對(duì)硬碳材料的均勻包覆。專利CN101887966A公布了一種鋰離子電池復(fù)合硬碳負(fù)極材料及其制備方法，在500～1500℃范圍內(nèi)對(duì)制備好的硬碳材料采用熱解含碳有機(jī)物的方法實(shí)現(xiàn)表面包覆，一方面溫度的跨度使其含碳有機(jī)物的熱解不夠充分，另一方面再次重復(fù)進(jìn)行包覆增大了整體工藝的能耗。

目前已公開的對(duì)于硬碳負(fù)極材料進(jìn)行包覆處理的方法基本上都是采用管式爐作為反應(yīng)容器，且各種包覆手段仍存在包覆速度較慢，包覆不均勻，包覆源熱解不充分以及工藝能耗高等問題，尚未有針對(duì)硬碳負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)快速充分包覆，同時(shí)解決包覆過程中能耗較高問題的方法。因此開發(fā)實(shí)現(xiàn)硬碳材料快速均勻包覆，同時(shí)降低工藝能耗的新方法和裝置迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容