【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池材料，具体而言，涉及一种硅碳负极材料的流态化宏量制备方法。
技术介绍
1、我国的新能源行业近年来得到了飞速的发展，研究以锂电池等为代表的动力电池技术是行业发展的重要课题。电池市场的急需扩张不断对动力电池的能量密度和功率密度提出新高度。作为负极材料，理论比容量高的硅基材料体系被认为是最有发展潜力的体系之一，更能匹配未来的市场发展。
2、目前商业化锂离子电池采用的负极材料主要包括：石墨类碳材料，主要是人造石墨和天然石墨；无序碳材料，包括硬碳和软碳；钛酸锂材料；硅基材料，主要包括碳包覆氧化亚硅复合材料、纳米硅碳复合材料等。由于硅负极嵌锂电位适中，在充电嵌锂过程中没有析锂隐患，提高了锂离子电池的安全性能，因而，最有希望取代石墨成为下一代的高性能锂离子电池负极材料。然而，硅的锂化有体积膨胀大(>300％)、导电性差、锂离子扩散系数低的固有劣势，使得硅基负极材料尚未实现大规模市场应用。
3、硅碳等硅基材料中的硅在锂化时体积膨胀巨大，产生的应力将导致电极材料的粉化甚至从集流体脱落，并使得活性物质不断消耗电解液，无法形成稳定的固态电解质膜(sei膜)，导致材料性能衰退；而且，硅的电导性欠佳也会导致严重的电极极化，阻碍锂离子的扩散速率，限制了电池的输出功率。
4、鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供硅碳负极材料的流态化宏量制备方法。本专利技术实施例提供的制备方法利用搅拌流化床反应器将硅材料与碳材料进行复合处
2、本专利技术是这样实现的：
3、本专利技术提供一种硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，包括：原料破碎、流态化硅沉积反应和流态化碳沉积反应；其中，流态化硅沉积反应和流态化碳沉积反应在搅拌流化床反应器中进行，所述搅拌流化床反应器的条件包括：温度为300～1000℃，搅拌转速为1～240r/min。
4、在可选的实施方式中，包括如下步骤：
5、步骤1，原料破碎：将多孔炭物料进行破碎、研磨和筛分处理，得到小颗粒多孔炭反应原料；
6、步骤2，流态化硅沉积反应：将步骤1中得到的小颗粒多孔炭反应原料置于通入载气与硅源混合气体的搅拌流化床反应器中进行硅沉积，得到硅基中间体；
7、步骤3，流态化碳沉积反应：对步骤2中所得的硅基中间体产物通入载气与碳源混合气体进行碳沉积，得到硅碳负极材料。
8、在可选的实施方式中，所述小颗粒多孔炭反应原料的粒径为0～15μm，且不为0，比表面积为500～2500m2/g。
9、在可选的实施方式中，步骤2中，硅源与载气的体积流量比为1:1～1:25；沉积温度为400～800℃，时间为0.5～5h；所述混合气体在反应器中的流速为0.001～10m/s。
10、步骤3中，碳源与载气的体积流量比为1:1～1:40；沉积温度为450～750℃，反应时间为1～6h；所述混合气体在反应器中的流速为0.001～10m/s。
11、在可选的实施方式中，所述碳源选自c1-c10烷烃、c2-c10烯烃、c2-c10炔烃和c6-c12芳香烃中的至少一种；
12、优选地，所述碳源选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和丙烯的任意一种或多种。
13、在可选的实施方式中，所述硅源包括甲硅烷、乙硅烷、六甲基二硅烷、氯硅烷和四氟硅烷中的任意一种或多种。
14、在可选的实施方式中，步骤2中所得的所述硅基中间体中多孔炭和硅的质量比为1～800。
15、在可选的实施方式中，步骤3中所得的所述硅碳负极材料的沉积碳的质量占总质量的百分比为0～30％，且不为0。
16、在可选的实施方式中，所述搅拌流化床反应器内设有一级或多级搅拌器；所述搅拌器的搅拌方式为机械搅拌、磁力搅拌、气体搅拌和水力搅拌的任意一种或组合，优选机械搅拌或磁力搅拌；
17、其中，采用所述机械搅拌方式的搅拌器中设置有搅拌桨；所述搅拌桨的安装形式包括垂直安装，水平安装，倾斜安装中的任意一种或组合；所述搅拌桨的结构形式包括锚式、桨式、涡轮式、推进式和框式中的一种或多种。
18、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术实施例通过在搅拌流化床反应器内进行硅沉积和碳沉积，制备过程简单可靠，工艺流程简短，利于工业放大，所得硅碳负极材料的硅负载均匀，实现了硅负载量和碳负载量的可控调节。
19、本专利技术采用的多孔炭原料具有骨架效应，有效抑制了硅材料的膨胀，进一步地，结合了碳沉积材料的高强度韧性和高导电性优势，与具有高比容量特性的硅材料气相沉积形成负荷材料，并解决了现有硅碳材料在充放电循环中li15si4相的问题，在提高了电池比容量的基础上，保证了电池充放电过程中的安全可靠性和长周期稳定性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，包括：原料破碎、流态化硅沉积反应和流态化碳沉积反应；所述流态化硅沉积反应和所述流态化碳沉积反应在搅拌流化床反应器中进行，所述搅拌流化床反应器的条件包括：温度为300～1000℃，搅拌转速为1～240r/min。
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于：所述步骤1中，小颗粒多孔炭反应原料的粒径为0～15μm，且不为0，比表面积为500～2500m2/g。
4.根据权利要求2所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于：所述步骤2中，硅源与载气的体积流量比为1:1～1:25；沉积温度为400～800℃，时间为0.5～5h；所述混合气体在反应器中的流速为0.001～10m/s。
5.根据权利要求2所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于：所述步骤3中，碳源与载气的体积流量比为1:1～1:40；沉积温度为450～750℃，反应时间为1～6h；所述混合气体在反
6.根据权利要求2-5任一项所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，所述硅源包括甲硅烷、乙硅烷、六甲基二硅烷、氯硅烷和四氟硅烷中的任意一种或多种。
7.根据权利要求2-5任一项所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，所述碳源选自C1-C10烷烃、C2-C10烯烃、C2-C10炔烃和C6-C12芳香烃中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，所述碳源选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔和丙烯的任意一种或多种。
9.根据权利要求2-5任一项所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于：所述步骤2中所得的所述硅基中间体中多孔炭和硅的质量比为1～800；所述步骤3中所得的所述硅碳负极材料的沉积碳的质量占总质量的百分比为0～30％，且不为0。
10.根据权利要求1所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，所述搅拌流化床反应器内设有一级或多级搅拌器；所述搅拌器的搅拌方式为机械搅拌、磁力搅拌、气体搅拌和水力搅拌的任意一种或组合，优选机械搅拌或磁力搅拌；
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，包括：原料破碎、流态化硅沉积反应和流态化碳沉积反应；所述流态化硅沉积反应和所述流态化碳沉积反应在搅拌流化床反应器中进行，所述搅拌流化床反应器的条件包括：温度为300～1000℃，搅拌转速为1～240r/min。
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于：所述步骤1中，小颗粒多孔炭反应原料的粒径为0～15μm，且不为0，比表面积为500～2500m2/g。
4.根据权利要求2所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于：所述步骤2中，硅源与载气的体积流量比为1:1～1:25；沉积温度为400～800℃，时间为0.5～5h；所述混合气体在反应器中的流速为0.001～10m/s。
5.根据权利要求2所述的硅碳负极材料的流态化宏量制备方法，其特征在于：所述步骤3中，碳源与载气的体积流量比为1:1～1:40；沉积温度为450～750℃，反应时间为1～6h；所述混合气体在反应器中的流速为0...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱震，李正秋，朱冠英，韩晶，刘凯，马新力，李伟峰，
申请(专利权)人：苏州纽姆特纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。