一种分段式氧化亚硅碳包覆的方法与流程

本发明属于电池，尤其涉及一种分段式氧化亚硅碳包覆的方法。

背景技术：

1、硅基负极材料理论比容量高达4200mah/g，工作电压较低(＜0.5v)，储量丰富，是极具潜力的一代负极材料。然而，硅(si)在充放电过程中，发生合金化/去合金化过程，这一过程会伴随着巨大的体积膨胀(>300％)，体积膨胀的后果是材料破碎、活性材料脱落及固体电解质(sei)膜不稳定等一系列问题，这严重影响了电池性能和安全性能。

2、相比而言，硅氧化物(siox，0<x≤2)材料可在首次嵌锂过程形成非活性的li2o和li4sio4等惰性物质作为缓冲层，因此，在嵌锂过程中的体积膨胀要明显小于纯硅负极，却还是会达到200％的膨胀率，且氧化亚硅还存在其它缺陷，如低导电性和较低的首次效率。为弥补上述缺陷，常见的且可商业化的方法是：对氧化亚硅的表面进行一层碳包覆，包覆的碳材料不仅能大大提高材料整体的导电性；且在脱嵌锂过程中，表面碳层对亚硅的膨胀有一定的限制作用，可提升材料的整体循环性能。

3、对于能满足工业化规模的氧化亚硅碳包覆方法，行业中一般采用连续型的cvd(chemical vapor deposition)气相沉积回转窑炉，即氧化亚硅在炉内连续进出料，且在温度下，物料在炉中被碳源气分解的碳所包覆。大型的连续型cvd回转窑炉虽能制造满足工业化的产量，但其致命的缺点是碳包覆过程产生结块，出现窑炉内部堵死的情况。窑炉堵塞后需降温后才能疏通清理，这产生了过短的生产周期，严重制约了产能。与间歇型包覆窑炉相比，物料在间歇型窑炉内始终处于包覆区，包覆均匀性有所保证，但是投产一次中途物料不能检测，只能最后进行数据检测，不利于中间工艺参数调整。而连续型炉受制于炉型结构，碳源气分解区域有限，物料在运动过程中被包覆，包覆时间短，相同碳含量的情况下需要更多碳源气，其包覆均匀性相对较差，导致材料性能略差。

技术实现思路

1、为改善氧化亚硅常规cvd包覆时所出现的技术问题，本发明提出一种分段式氧化亚硅碳包覆的方法，该方法面向工业化大规模的制备碳包覆氧化亚硅，不仅可改善材料的性能，且该工艺可提供更长的生产周期，能提高单位生产周期的产量。

2、本发明提出一种分段式氧化亚硅碳包覆的方法，包括如下步骤：

3、1)将氧化亚硅粉碎至微米级别，得微米级氧化亚硅；

4、2)将步骤1)所得微米级氧化亚硅送入至连续性cvd装置的预包覆炉中，通入包覆碳源气进行预包覆；

5、3)将步骤2)所得预包覆后的微米级氧化亚硅，送入连续性cvd装置的主包覆炉，通入包覆碳源气进行主包覆；

6、4)将步骤3)所得包覆后的微米级氧化亚硅，经筛分，打散，除磁后，得氧化亚硅负极材料。

7、进一步地，步骤1)中，微米级氧化亚硅的粒度dv50为5～10um。

8、进一步地，步骤2)、步骤3)中，所述包覆碳源气为小分子烃类；

9、优选的，所述包覆碳源气为甲烷、乙炔中至少一种。

10、进一步地，步骤2)中，预包覆时，碳源气的流量为65～90l/min；

11、步骤3)中，主包覆时，碳源气的流量为40～75l/min；

12、步骤2)中，预包覆时，贡献包覆碳含量为0.1％～1％；

13、步骤3)中，主包覆时，贡献包覆碳含量为2％～6％。

14、进一步地，步骤2)中，预包覆时进料的速度为10～100kg/h；

15、步骤3)中，主包覆时进料的速度为10～100kg/h；

16、步骤2)中，预包覆炉内，转速为10～18min/圈；

17、步骤3)中，主包覆炉内，转速为20～25min/圈。

18、进一步地，步骤2)中，预包覆炉内，包覆的温度为700～900℃；

19、步骤3)中，主包覆炉内，包覆的温度为900～1000℃。

20、本发明还提出一种用于分段式氧化亚硅碳包覆的连续性cvd装置，包括：

21、预包覆炉、主包覆炉，所述预包覆炉设于主包覆炉的左上方；

22、预包覆炉的进料端处设有用于缓存物料的缓存仓，用于将缓存仓排出的物料送入预包覆炉的第一螺旋输送机，预包覆炉的炉体内设有第一炉胆，所述第一炉胆的内壁上设有至少一块第一翻料板，所述第一螺旋输送机穿过预包覆炉的炉体、第一炉胆将物料送至第一炉胆内，所述预包覆炉内还设有用于输送碳源气的第一气管，预包覆炉的出料端下方设有用于将第一炉胆内物料排出预包覆炉的下料仓；

23、主包覆炉的进料端处设有用于将下料仓排出的物料送入主包覆炉的第二螺旋输送机；主包覆炉的炉体内设有第二炉胆，所述第二炉胆的内壁上设有至少一块第二翻料板，所述第二螺旋输送机穿过主包覆炉的炉体、第二炉胆将物料送至第二炉胆内，主包覆炉内设有用于输送碳源气的第二气管，主包覆炉的出料端设有用于将第二炉胆内物料排出主包覆炉的出料口。

24、进一步地，所述第一气管与预包覆炉的炉体外的气源相连；

25、所述第二气管与主包覆炉的炉体外的气源相连。

26、进一步地，所述预包覆炉的炉体与第一炉胆之间设有第一轴承，所述第一轴承由电机带动工作；

27、所述主包覆炉的炉体与第二炉胆之间设有第二轴承，所述第二轴承由电机带动工作；

28、所述第一螺旋输送机与预包覆炉的炉体的连接处通过法兰相连；

29、所述第二螺旋输送机与主包覆炉的炉体的连接处通过法兰相连。

30、进一步地，所述缓存仓的出口处设有用于控制物料进出的第一翻板阀；

31、所述下料仓的出口处设有用于控制物料进出的第二翻板阀。

32、本发明具有以下优势：

33、本发明提出的分段式氧化亚硅碳包覆的方法，采用分段式碳包覆，先后进行预包覆和主包覆。物料先在预包覆炉中进行预包覆，使氧化亚硅表面获得碳层，此碳层增加了物料的流动性，能大大增加氧化亚硅在进行主包覆时的翻动机会，给予氧化亚硅颗粒获取碳含量的均等机会。由于物料在进入主包覆炉之前，已预先包覆，所以主包覆炉通入碳源气体的气量单位时间内相对较低，降低了碳源气流量，进而延缓结墙时间，能有效提高cvd设备的整体运行周期。且由于物料在炉内有足够的运动路程，物料也经历更多翻转，包碳时间足够长，故碳层更均匀，所得电化学性能更好。

技术特征：

1.一种分段式氧化亚硅碳包覆的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

7.一种用于分段式氧化亚硅碳包覆的连续性cvd装置，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的连续性cvd装置，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的连续性cvd装置，其特征在于，

10.根据权利要求7所述的连续性cvd装置，其特征在于，

技术总结
本发明提出一种分段式氧化亚硅碳包覆的方法，属于电池技术领域。所述分段式氧化亚硅碳包覆的方法，包括如下步骤：1)将氧化亚硅粉碎至微米级别，得微米级氧化亚硅；2)将步骤1)所得微米级氧化亚硅送入至连续性CVD装置的预包覆炉中，通入包覆碳源气进行预包覆；3)将步骤2)所得预包覆后的微米级氧化亚硅，送入连续性CVD装置的主包覆炉，通入包覆碳源气进行主包覆；4)将步骤3)所得包覆后的微米级氧化亚硅，经筛分，打散，除磁后，得氧化亚硅负极材料。本发明提出的方法，主要用于氧化亚硅的碳包覆，可使物料在炉内有足够的运动路程，包碳时间足够长，获得碳层更均匀的氧化亚硅材料，其电化学性能更好。

技术研发人员：杜宁,田志远,宋信信,邓欢,岳敏
受保护的技术使用者：碳一新能源（杭州）有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29