CN108091842A - 一种硅碳复合负极材料的制备工艺 - Google Patents

一种硅碳复合负极材料的制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN108091842A
CN108091842A CN201711282039.7A CN201711282039A CN108091842A CN 108091842 A CN108091842 A CN 108091842A CN 201711282039 A CN201711282039 A CN 201711282039A CN 108091842 A CN108091842 A CN 108091842A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
anthracite
graphite
major ingredient
industrial silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201711282039.7A
Other languages
English (en)
Inventor
牟勇霖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Gereed New Energy Materials Co Ltd
Original Assignee
Sichuan Gereed New Energy Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan Gereed New Energy Materials Co Ltd filed Critical Sichuan Gereed New Energy Materials Co Ltd
Priority to CN201711282039.7A priority Critical patent/CN108091842A/zh
Publication of CN108091842A publication Critical patent/CN108091842A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种硅碳复合负极材料的制备工艺，采用包覆改性辅料为高纯工业硅，石墨主料为低灰无烟煤。本发明创新型采用葡萄糖包覆碳化，包覆材料近似纳米化包覆层形成更完美更均匀，采用氟碳树脂，氟元素是一种性质独特稳定的元素，元素周期表中，电负性最强极化率最低，原子半径仅次于氢。因此C‑F键很难被光、热、电化学等因素破坏，F原子带有较多的负电荷，相邻氟原子相互排斥，含氟烃链上的氟原子沿着石墨的C‑C键做螺线型分布，C‑C键四周被氟原子包围，形成高度稳定的立体保护屏障，保护石墨的稳定性从而提成锂电池充放电过程的石墨结构，增加循环寿命，工业硅的首次容量偏低1500‑2000mah/g。

Description

一种硅碳复合负极材料的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种硅碳复合负极材料的制备工艺，属于材料制备技术领域。
背景技术
随着新能源汽车在实际应用中对续航里程要求的不断提高，目前的材料体系明显已无法满足现实需求，研发新型高能量高性能材料迫在眉睫。目前，硅基材料已成为电池企业和锂电材料商改善负极的最优先选择。现状是发展大部分材料商都展开了对硅碳复合材料做负极材料的研究和生产，目前只有1-2家负极巨头企业已进入中试量产阶段，大多数材料商仍处于研发之中。
在负极材料中加入纳米硅，形成硅碳负极,高纯度的纳米单质硅粉砂磨机磨成5-50nm，成本太高市场售价2000元/公斤，在现阶段新能源车大幅度要求电池企业降成本，成本太高大规模运用难以商业化。而且传统的改性包覆辅料是沥青，主料是石油焦或针状焦，由高温沥青包覆(粒度D50：2-3um)，包覆不均匀循环300周容量保持率只剩下80％，石油焦石墨的石墨化度在94左右，极片压实1.65最高，价格高5000-2万原料/吨,优点是容量高,高纯硅粉容量达到3000mah/g.
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅碳复合负极材料的制备工艺，以便更好地改善其生产制造效果，便于根据需要使用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种硅碳复合负极材料的制备工艺，具体步骤如下：
(1)准备原料：辅料:硅采用市场上二氧化硅制备的工业硅为原料，纯度为99.5％以上，经过高压气流粉碎，粉碎至中粒度5um设备运行参数空压机0.85-1.2MPa，按照工业硅纯度99.5％生产葡萄糖；氟碳树脂比例100：8：4高速混合机包覆15分钟，设备运行参数主机转速2500转/分，带螺带搅拌轴，在1000度隧道窑里按照设定温度曲线高温碳化12小时设备运行参数推进速度：1.0-1.5m/h；温度：900-1100℃；气体类型：氮气总气压：5-7KPa，冷却混合打散掺配物料待用；主料：主料无烟煤负极材料工艺，通过原料、粉碎整形、石墨化、掺比混合、筛分包装生产制造，碳负极材料采用低灰水洗无烟煤，采用山西市场上灰分小于2.0％，挥发小于8.0％碳量大于88％的高品质无烟煤，采用机械冲击磨、整形机将物料粉碎至D10:8-10um,D50：16-18：d90：28-32um，tap大于1.0g/cm3设备运行参数空压机：0.65-0.8MPa；
(2)主机电流大小：冲击磨<200A，整形机<30A，冲击磨分级机25hz，整形机分级机40hz，将物料投入2800度高温艾奇逊石墨化窑炉高温石墨化处理，提升材料石墨化度，然后将石墨化后的无烟煤负极物料进行掺比混合，将物料主料无烟煤石墨化负极：辅料工业硅包覆改性碳化品按照比例100:4混合均匀，最后筛分除杂包装。由于无烟煤具有细晶质石墨结构，石墨化后材料的石墨化度大于95％，材料的首次容量大于350mah/g,极片压实密度大于1.7g/cm3，材料内部层微小多孔结构，利于材料的大电流长循环性能，
该发明的有益效果在于：本发明采用包覆改性辅料为高纯工业硅，石墨主料为低灰无烟煤，工业硅与氧化亚硅类似，都是高温处理二氧化硅制备的，其稳定性相对于单质纳米硅粉更好，而且价格低廉250元/公斤，低灰无烟煤市场价2500/吨。本发明创新型采用葡萄糖包覆碳化，包覆材料近似纳米化包覆层形成更完美更均匀，采用氟碳树脂，由于氟碳树脂中存在较多C-F键，C-F键极短，键能极高，可达486kj/mol(石墨中的C-C键能为347kj/mol)，氟元素是一种性质独特稳定的元素，元素周期表中，电负性最强极化率最低，原子半径仅次于氢。因此C-F键很难被光、热、电化学等因素破坏，F原子带有较多的负电荷，相邻氟原子相互排斥，含氟烃链上的氟原子沿着石墨的C-C键做螺线型分布，C-C键四周被氟原子包围，形成高度稳定的立体保护屏障，保护石墨的稳定性从而提成锂电池充放电过程的石墨结构，增加循环寿命，工业硅的首次容量偏低1500-2000mah/g。
附图说明
图1为硅碳负极SEM照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本实施例中的硅碳复合负极材料的制备工艺，具体步骤如下：
(1)准备原料：辅料:硅采用市场上二氧化硅制备的工业硅为原料，纯度为99.5％以上，经过高压气流粉碎，粉碎至中粒度5um设备运行参数空压机0.85-1.2MPa，按照工业硅纯度99.5％生产葡萄糖；氟碳树脂比例100：8：4高速混合机包覆15分钟，设备运行参数主机转速2500转/分，带螺带搅拌轴，在1000度隧道窑里按照设定温度曲线高温碳化12小时设备运行参数推进速度：1.0-1.5m/h；温度：900-1100℃；气体类型：氮气总气压：5-7KPa，冷却混合打散掺配物料待用；主料：主料无烟煤负极材料工艺，通过原料、粉碎整形、石墨化、掺比混合、筛分包装生产制造，碳负极材料采用低灰水洗无烟煤，采用山西市场上灰分小于2.0％，挥发小于8.0％碳量大于88％的高品质无烟煤，采用机械冲击磨、整形机将物料粉碎至D10:8-10um,D50：16-18：d90：28-32um，tap大于1.0g/cm3设备运行参数空压机：0.65-0.8MPa；
(2)主机电流大小：冲击磨<200A，整形机<30A，冲击磨分级机25hz，整形机分级机40hz，将物料投入2800度高温艾奇逊石墨化窑炉高温石墨化处理，提升材料石墨化度，然后将石墨化后的无烟煤负极物料进行掺比混合，将物料主料无烟煤石墨化负极：辅料工业硅包覆改性碳化品按照比例100:4混合均匀，最后筛分除杂包装。由于无烟煤具有细晶质石墨结构，石墨化后材料的石墨化度大于95％，材料的首次容量大于350mah/g,极片压实密度大于1.7g/cm3，材料内部层微小多孔结构，利于材料的大电流长循环性能，
本发明采用包覆改性辅料为高纯工业硅，石墨主料为低灰无烟煤，工业硅与氧化亚硅类似，都是高温处理二氧化硅制备的，其稳定性相对于单质纳米硅粉更好，而且价格低廉250元/公斤，低灰无烟煤市场价2500/吨。本发明创新型采用葡萄糖包覆碳化，包覆材料近似纳米化包覆层形成更完美更均匀，采用氟碳树脂，由于氟碳树脂中存在较多C-F键，C-F键极短，键能极高，可达486kj/mol(石墨中的C-C键能为347kj/mol)，氟元素是一种性质独特稳定的元素，元素周期表中，电负性最强极化率最低，原子半径仅次于氢。因此C-F键很难被光、热、电化学等因素破坏，F原子带有较多的负电荷，相邻氟原子相互排斥，含氟烃链上的氟原子沿着石墨的C-C键做螺线型分布，C-C键四周被氟原子包围，形成高度稳定的立体保护屏障，保护石墨的稳定性从而提成锂电池充放电过程的石墨结构，增加循环寿命，工业硅的首次容量偏低1500-2000mah/g。如表1和图1所示。
表1、改性工业硅半电池数据：
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种硅碳复合负极材料的制备工艺，其特征在于：具体步骤如下：
(1)准备原料：辅料:硅采用市场上二氧化硅制备的工业硅为原料，纯度为99.5％以上，经过高压气流粉碎，粉碎至中粒度5um设备运行参数空压机0.85-1.2MPa，按照工业硅纯度99.5％生产葡萄糖；氟碳树脂比例100：8：4高速混合机包覆15分钟，设备运行参数主机转速2500转/分，带螺带搅拌轴，在1000度隧道窑里按照设定温度曲线高温碳化12小时设备运行参数推进速度：1.0-1.5m/h；温度：900-1100℃；气体类型：氮气总气压：5-7KPa，冷却混合打散掺配物料待用；主料：主料无烟煤负极材料工艺，通过原料、粉碎整形、石墨化、掺比混合、筛分包装生产制造，碳负极材料采用低灰水洗无烟煤，采用山西市场上灰分小于2.0％，挥发小于8.0％碳量大于88％的高品质无烟煤，采用机械冲击磨、整形机将物料粉碎至D10:8-10um,D50：16-18：d90：28-32um，tap大于1.0g/cm3设备运行参数空压机：0.65-0.8MPa；
(2)主机电流大小：冲击磨<200A，整形机<30A，冲击磨分级机25hz，整形机分级机40hz，将物料投入2800度高温艾奇逊石墨化窑炉高温石墨化处理，提升材料石墨化度，然后将石墨化后的无烟煤负极物料进行掺比混合，将物料主料无烟煤石墨化负极：辅料工业硅包覆改性碳化品按照比例100:4混合均匀，最后筛分除杂包装。
CN201711282039.7A 2017-12-07 2017-12-07 一种硅碳复合负极材料的制备工艺 Withdrawn CN108091842A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711282039.7A CN108091842A (zh) 2017-12-07 2017-12-07 一种硅碳复合负极材料的制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711282039.7A CN108091842A (zh) 2017-12-07 2017-12-07 一种硅碳复合负极材料的制备工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108091842A true CN108091842A (zh) 2018-05-29

Family

ID=62174209

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711282039.7A Withdrawn CN108091842A (zh) 2017-12-07 2017-12-07 一种硅碳复合负极材料的制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108091842A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109216672A (zh) * 2018-08-13 2019-01-15 大同新成新材料股份有限公司 一种硅碳负极材料制备方法及装置
CN109920994A (zh) * 2019-03-13 2019-06-21 江苏中天科技股份有限公司 硅碳负极材料及其制备方法
CN113328096A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 成都大学 一种硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109216672A (zh) * 2018-08-13 2019-01-15 大同新成新材料股份有限公司 一种硅碳负极材料制备方法及装置
CN109920994A (zh) * 2019-03-13 2019-06-21 江苏中天科技股份有限公司 硅碳负极材料及其制备方法
CN113328096A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 成都大学 一种硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111164803B (zh) 用于二次电池的硅基负极材料及其制备方法，二次电池
CN106532051B (zh) 一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法
CN107369823A (zh) 一种锂离子电池用人造石墨复合负极材料及其制备方法
JP2020532058A (ja) リチウム二次電池用負極活物質の製造方法、およびそれを含むリチウム二次電池
CN106328909A (zh) 纳米二氧化硅‑硅基复合材料、制备方法及包含该复合材料的锂离子电池
CN108091842A (zh) 一种硅碳复合负极材料的制备工艺
CN110451501B (zh) 利用石墨电极接头粉制备的人造石墨负极材料及其制备方法
CN106159229A (zh) 硅基复合材料、制备方法及包含该复合材料的锂离子电池
CN105576210A (zh) 一种用于锂离子电池负极的硅碳复合材料及其制备方法
CN107507979A (zh) 一种高振实人造石墨负极材料的制备方法
CN101394015A (zh) 磷酸铁锂正极材料废料的再生方法
CN109860548B (zh) 一种纳米硅材料的制备方法及其应用
CN110137449A (zh) 一种锂离子电池改性负极材料及其改性方法
CN110203923A (zh) 一种锂离子电池负极材料及其制备方法
JP2022514906A (ja) リチウム二次電池用負極活物質、及びその製造方法
WO2016169150A1 (zh) 一种石墨细粉掺杂处理用作负极材料的方法
CN110311118B (zh) 一种锂离子电池用歧化SiOx材料及其制备方法
KR20190054045A (ko) 리튬 이차 전지용 음극 활물질의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN107437613B (zh) 一种微晶石墨-硬碳复合负极材料的制备方法
CN108539173A (zh) 一种石墨烯包覆硅复合材料的制备方法
CN101417794A (zh) 一种高倍率锂离子电池负极f系列材料的生产制造方法
CN1827301A (zh) 一种颗粒整形方法及其装置
CN103979930A (zh) 一种高导热石墨材料及其制备方法和应用
CN112713264A (zh) 一种人造石墨负极材料、制备方法、应用和电池
CN105217610A (zh) 一种球形石墨生产工艺

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20180529

WW01 Invention patent application withdrawn after publication