【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池负极材料制备，具体的，涉及一种可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备及方法。
技术介绍
1、能源危机是当前全球面临的一个严重挑战，人类社会的发展和生活离不开能源的支持，中国的主要化石能源还是依赖于进口，而化石能源的不可再生以及全球形势的不断严峻，新能源行业的发展是需要也是必然。传统可再生能源由于其区域性和时限性，难以并入电网，必须在电池储能和电池容量上做到进一步提升，现有石墨负极很难做到这一点，这使得能源领域对于找到一种具有更高比容量的替代负极材料的需求更加明显。最令人深刻的是硅基材料，它的高理论比容量(4200mah g-1)，合适的工作电位(～0.4v vs.li/li+)和丰富的自然储量使其成为最吸引人的替代负极之一。然而硅负极的实际应用收到其巨大的体积膨胀率(～400％)和sei膜的反复积累问题的限制，导致机械粉碎、结构退化和极快的容量衰减，于是硅基负极材料衍生发展出新型硅碳负极和硅氧负极两个路线。
2、硅氧负极由于表面包覆了硅氧化物，在循环时会有氧化锂和锂硅酸盐不断生成，导电性差，循环倍率不佳，并且材料厂为了解决硅氧材料的首效问题，引入了活性锂盐对硅氧材料预锂化处理，导致材料碱性过高，腐蚀设备，难以适用于电芯厂打浆涂布。
3、新型硅碳负极是通过在多孔碳内均匀地沉积硅，再进行二次碳包覆，通过多孔碳本身的骨架结构，以达到高性能且抑制硅颗粒粉碎的目的。新型硅碳材料商用电芯要求一般在2000圈以上，其容量、首效及循环性能，均远超其他常规负极材料，包括硅氧负极材料。
4、现有
5、回转炉法是将传统cvd设备改为硅烷裂解设备，通过通入惰气和硅烷的混合气裂解进行新型硅碳负极的合成。由于是气氛烧结，实际生产中，硅烷很难进入到多孔碳碳基底的介孔和微孔中，更多地是在碳基底表面生长，这使得新型硅碳负极的合成变成了微米硅包碳的合成，由于硅并没有进入多孔碳骨架内，其循环性能极差；同时回转炉法难以控制渗硅量，且易发生泄漏和爆炸。
6、针对上述相关技术难题，传统流化床法和回转炉法难以适用于新型硅碳负极的生产制备；同时硅烷气的超活泼性质，在实际中试和量产中极易发生爆炸，造成人员和财产损失，给规模化生产带来了巨大的挑战。因此，提供一种可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备及方法具有重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本专利技术的目的之一在于解决新型硅碳负极的传统生产制备方式过程中易发生爆炸的技术问题，目的之二在于解决难以控制渗硅量的技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，所述生产设备可包括裂解舱、气氛舱、在线监测系统、压力控制系统和气源管理系统，其中，裂解舱位于气氛舱中，裂解舱能够水平旋转；压力控制系统和气源管理系统均与裂解舱连接；压力控制系统被配置为对裂解舱进行压力调整处理，气源管理系统被配置为向裂解舱输入惰气，或硅烷气与惰气，或碳源气与惰气，裂解舱压力值以一定梯度变化，在线监测系统被配置为监测生产设备的反应安全阈值和控制渗硅量。
3、根据本专利技术一方面的一个示例性实施例，所述裂解舱一端可设置有嵌套轴，嵌套轴穿过气氛舱与电机连接，压力控制系统和气源管理系统均可与嵌套轴连接，嵌套轴内可设有气体压力及浓度传感器的采样器，与在线监测系统连接。
4、根据本专利技术一方面的一个示例性实施例，所述气氛舱的舱体上可包括从外到内的金属层、隔热保温层和嵌套式加热组件；所述气氛舱顶部可安装有气体压力及浓度传感器，气体压力及浓度传感器可与在线监测系统连接。
5、根据本专利技术一方面的一个示例性实施例，所述裂解舱的底部可设有若干个限位轮，为裂解舱提供转动所需的支撑和限位。
6、根据本专利技术一方面的一个示例性实施例，所述气氛舱的底部可设有升降装置。
7、根据本专利技术一方面的一个示例性实施例，所述气氛舱一端可设有外舱门，所述裂解舱的一端可设有内舱门，外舱门和内舱门处同一方向。
8、根据本专利技术一方面的一个示例性实施例，所述内舱门可通过管道依次连接有球阀和焚烧炉。
9、本专利技术的另一方面提供了一种可控高性能新型硅碳负极材料的生产方法，所述生产方法可通过如上所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备来实现，所述生产方法可包括以下步骤：s1、将碳基底装填进裂解舱中，对裂解舱进行压力调整处理，压力值至1～100pa；碳基底加入量为裂解舱体积的10～95％；s2、使裂解舱旋转，且温度至500～650℃并保温，再次进行压力调整处理，控制压力值至1～50pa；s3、向裂解舱通入惰气和硅烷气，控制裂解舱的压力变化梯度，进行时长2～20小时，得到不同渗硅量的硅碳前驱体；硅烷质量为碳基底的30～100％；s4、通入惰气使裂解舱为微正压后，调节裂解舱的温度至500～700℃并保温，通入碳源气和惰气进行二次包覆，包覆时长1～5小时，得到新型硅碳负极材料。
10、根据本专利技术另一方面的一个示例性实施例，所述压力变化梯度可包括100pa、200pa和300pa。
11、根据本专利技术另一方面的一个示例性实施例，所述碳基底可包括树脂碳、生物质碳、沥青碳和焦碳中的一种或多种；所述惰气可包括氮气、氩气、氦气和二氧化碳中的一种或多种；所述惰气和硅烷气的混合气的硅烷浓度可为2～100％；所述碳源气可包括甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和乙炔的一种或多种；所述惰气和碳源气的混合气的碳源浓度可为20～66％。
12、与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括以下内容中至少一项：
13、(1)本专利技术提出的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备通过在线监测系统的智能压力控制，可以控制裂解梯度层数，可以实现灵活调配渗硅比。
14、(2)本专利技术提出的可控高性能新型硅碳负极材料的生产方法通过低中温混烃包覆，降低了碳源气缩聚爆炸风险，提高了碳层致密度，得到了高性能的新型硅碳负极材料。
15、(3)本专利技术提出的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备可解决现有流化床法和回转炉法固有的安全问题、一致性问题、成本问题等痛点，更适合新型硅碳负极材料的大规模商业化量产。
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1.一种可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述生产设备包括裂解舱、气氛舱、在线监测系统、压力控制系统和气源管理系统，其中，
2.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述裂解舱一端设置有嵌套轴，嵌套轴穿过气氛舱与电机连接，压力控制系统和气源管理系统均与嵌套轴连接，嵌套轴内设有气体压力及浓度传感器的采样器，与在线监测系统连接。
3.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述气氛舱的舱体上包括从外到内的金属层、隔热保温层和嵌套式加热组件；所述气氛舱顶部安装有气体压力及浓度传感器，气体压力及浓度传感器与在线监测系统连接。
4.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述裂解舱的底部设有若干个限位轮，为裂解舱提供转动所需的支撑和限位。
5.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述气氛舱的底部设有升降装置。
6.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述气氛
7.根据权利要求6所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述内舱门通过管道依次连接有球阀和焚烧炉。
8.一种可控高性能新型硅碳负极材料的生产方法，其特征在于，所述生产方法通过如权利要求1～7中任一项所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备来实现，所述生产方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产方法，其特征在于，所述压力变化梯度包括100Pa、200Pa和300Pa。
10.根据权利要求8所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产方法，其特征在于，所述碳基底包括树脂碳、生物质碳、沥青碳和焦碳中的一种或多种；所述惰气包括氮气、氩气、氦气和二氧化碳中的一种或多种；所述惰气和硅烷气的混合气的硅烷浓度为2～100％；所述碳源气包括甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和乙炔的一种或多种；所述惰气和碳源气的混合气的碳源浓度为20～66％。
...【技术特征摘要】
1.一种可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述生产设备包括裂解舱、气氛舱、在线监测系统、压力控制系统和气源管理系统，其中，
2.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述裂解舱一端设置有嵌套轴，嵌套轴穿过气氛舱与电机连接，压力控制系统和气源管理系统均与嵌套轴连接，嵌套轴内设有气体压力及浓度传感器的采样器，与在线监测系统连接。
3.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述气氛舱的舱体上包括从外到内的金属层、隔热保温层和嵌套式加热组件；所述气氛舱顶部安装有气体压力及浓度传感器，气体压力及浓度传感器与在线监测系统连接。
4.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述裂解舱的底部设有若干个限位轮，为裂解舱提供转动所需的支撑和限位。
5.根据权利要求1所述的可控高性能新型硅碳负极材料的生产设备，其特征在于，所述气氛舱的底部设有升降装置。
6.根据权利要求1所述的可控高性能新...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋冯乐，李钱，王明珊，钟凯，李星，
申请(专利权)人：四川天诺聚能新能源开发有限公司，
类型：发明
国别省市：
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