CN112993214A - 一种SiOx材料表面包覆处理的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种SiOx材料表面包覆处理的方法，包括：S1制浆，取SiOx、添加剂A、有机溶剂，混合，再进行高速分散处理，以制得SiOx颗粒表面包覆添加剂A的所需粒径分布的浆料；S2造粒，将浆料雾化、加热蒸发、分离，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒产品。本发明还公开一种用于上述SiOx材料表面包覆处理的方法的SiOx材料表面包覆处理的装置。本发明可以对SiOx颗粒的表面进行均匀包覆。

Description

一种SiOx材料表面包覆处理的方法及装置
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种SiOx材料表面包覆处理的方法及装置。
背景技术
在锂离子电池中，传统的石墨类负极材料其理论容量仅为372mAh/g，而硅负极材料为3590mAh/g，是理想的锂离子电池负极材料。但在完全嵌锂状态下，硅负极材料的体积膨胀可达300％，使硅负极材料结构崩溃而粉化，循环性差，严重影响着锂离子电池的寿命和安全性。解决硅负极材料体积膨胀的方法主要为：硅材料的纳米化、复合化，即与金属复合或与非金属的复合，如硅碳复合负极材料。硅碳复合负极材料采用核壳结构，硅负极的体积膨胀由硅核外层的石墨和包覆层共同承担，这样可大大降低体积膨胀，减少材料粉化，提高循环性能，使得硅负极材料在锂离子电池中得到很好的应用。目前，市售的硅负极材料主要为氧化亚硅SiOx材料。
现有技术中，典型的SiOx(即硅氧化物，如氧化亚硅)复合材料的制备方法有：采用气相沉积法，将颗粒状的SiOX加热到一定温度，再通入有机气体，使有机气体在高温下发生裂解反应，生成的单质碳沉积在SiOx表面，形成包覆层；或者，采用液相法，将颗粒状的SiOx分散到溶剂中，并在其中加入可以溶解的有机碳源，然后在喷雾干燥设备内完成造粒，使有机碳源包覆在SiOx颗粒表面，形成包覆层。
但是，采用上述工艺至少存在以下不足：(1)无论是气相法还是液相法，都是采用单独的包覆造粒工艺，包覆不均匀，以这种SiOx材料制得的硅负极材料对锂离子电池的提升效益不明显；(2)液相法中，碳源必须可溶于有机溶剂，从而限制了碳源和有机溶剂的使用范围；(3)都不利于进行连续生产，难以满足批量生产需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种SiOx材料表面包覆处理的方法和装置，可以对SiOx颗粒的表面进行均匀包覆处理。
根据本发明的一个方面，提供一种SiOx材料表面包覆处理的方法，其技术方案如下：
一种SiOx材料表面包覆处理的方法，包括
S1制浆：取SiOx、添加剂A、有机溶剂，混合，再进行高速分散处理，以制得SiOx颗粒表面包覆添加剂A的所需粒径分布的浆料；
S2造粒：将浆料雾化、加热蒸发、分离，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒产品。
优选的是，在所述步骤S1制浆过程中，还包括：对浆料进行高速分散循环(即表面处理)，其过程包括：将制浆罐中的浆料通入到高速分散设备进行分散处理，之后，再输送回制浆罐用于进行高速分散循环，以制得所述所需粒径分布的浆料；所述所需粒径分布的浆料是指SiOx的粒径为0.2～15μm。
优选的是，所述高速分散处理的工艺条件为:压力为1Pa～0.5Mpa；转速为0.5万转/分钟～10万转/分钟；
所述高速分散循环的时间为0.1～10h。
优选的是，在步骤S2中，所述雾化、加热蒸发是指：将步骤S1制得的浆料雾化得到雾团，采用被加热的氮气对雾团进行加热，使雾团中的有机溶剂气化蒸发后，得到所述表面包覆添加剂A的SiOx颗粒。
优选的是，所述氮气的温度为90～300℃。
优选的是，所述添加剂A为单糖、双糖、多糖中的一种或多种；所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、丁醇。
优选的是，在所述步骤S1中，还包括：加入添加剂B，
所述添加剂B为石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米硅中的一种或多种。
优选的是，所述SiOx、所述添加剂A、所述有机溶剂的重量比例为20：1:(80～100)。
优选的是，所述方法还包括：
S3回收：步骤S2中还分离出气体，对气体进行除尘、冷却，使其中的有机溶剂气体冷凝为液体，回收得到有机溶剂液体；未被冷凝的为氮气，经增压、加热后，用于步骤S2中对所述雾团进行加热蒸发循环使用。
本发明提供的SiOx材料表面包覆处理的方法，有益效果如下：
(1)相比较现有技术中采用单独的包覆造粒工艺，本公开将高速分散工艺和闭式循环喷雾干燥工艺相结合，通过高度集中的剪切能量将原微观颗粒(SiOX、添加剂)进行打散并重新聚合，对SiOX材料颗粒表面进行微观上的包覆处理，不仅可以使包覆更均匀，得到新的SiOX/C/H复合材料，还可以加入石墨烯、碳管等(即添加剂B)，可以有效提高材料的导电性能，再经后续处理工艺如烧结等所得表面包覆的复合SiOx材料，可降低该材料用于负极材料时在循环过程中的膨胀效应。
(2)避免了传统方法中只能采用可溶解的碳源和对应的有机溶剂的限制，不仅可采用可溶解的碳源、也能采用不溶解的碳源，原料选择更多更广。
(3)避免了传统方法中浆料在流转、暂存等环节中停留过长而出现浆料不均一的现象，有利于实现连续性生产和自动化控制，可以大大提高生产效率，实现大批量生产。
根据本发明的另一个方面，提供一种SiOx材料表面包覆处理的装置，其技术方案如下：
一种SiOx材料表面包覆处理的装置，包括：
制浆罐，用于将SiOx、添加剂A、有机溶剂混合，以制得浆料；
高速分散设备，与制浆罐连通，用于对制浆罐中输出的浆料进行高速分散处理；
喷雾干燥设备，与高速分散设备连通，用于将高速分散处理后的浆料喷雾、干燥，使浆料中的有机溶剂气化，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒；
旋风分离器，与喷雾干燥设备连通，用于分离有机溶剂气体和表面包覆添加剂A的SiOx颗粒。
优选的是，所述装置还包括循环管路，所述循环管路的两端分别与所述高速分散设备的出口和所述制浆罐连通。
优选的是，所述装置还包括：
除尘器，与所述旋风分离器连通，用于除去所述旋风分离器分离出的气体中的粉尘；
冷凝器，与所述除尘器连通，用于使气体中的有机溶剂气体冷凝为液体；
增压器，与所述冷凝器连通，用于将所述除尘器输出的气体加压后输送到冷凝器中冷却，和/或，将所述冷凝器中输出的未被冷凝的气体增压，以促进气体循环流通；
加热器，与所述增压器的连接，用于对所述未被冷凝的气体加热，加热后的气体输送到喷雾干燥设备中循环使用。
优选的是，所述旋风分离器为多个，多个所述旋风分离器串联设置；所述冷凝器为多个，多个所述冷凝器串联设置。
优选的是，所述装置还包括：
浆料缓冲罐，设于所述高速分散设备和所述喷雾干燥设备之间。
本发明提供的SiOx材料表面包覆处理的装置，采用连续作业模式，物料的流转方式为管道输送方式，隔绝外部环境的影响，从根本上杜绝了外部环境异常导致的物料输送污染问题，能够通过对各设备的工艺参数(可通过实际操作经验得到)的进行灵活设置，相应的得到不同性能的SiOx材料，可用于不同配方、组分的材料的表面包覆处理，在不影响批量生产能力的前提下实现不同规格产品的生产切换，可以进行自动化控制和连续性生产。
附图说明
图1为本发明实施例SiOx材料表面包覆处理的装置的结构示意图。
图中：图中：1-制浆罐；2-高速分散设备；3-旋风分离器；4-循环管路；5-控制器；6-第一阀门；7-第二阀门；8-雾化机构；9-造粒塔；10-氮气管线；11-收料容器；12-冷却水入口；13-冷却水出口；14-除尘器；15-冷凝器；16-冷源入口；17-冷源出口；18-第三阀门；19-回收罐；20-增压器；21-加热器；22-浆料缓冲罐；23-输送泵；24-溶剂罐。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明作进一步清楚、完整的描述。
实施例1
本实施例提供一种SiOx材料表面包覆处理的方法，包括，
S1制浆：取SiOx、添加剂A、有机溶剂，混合，再进行高速分散处理，以制得SiOx颗粒表面包覆添加剂A的所需粒径分布的浆料；本实施例中所需粒径分布的浆料是指SiOx的粒径为0.2～15μm。
S2造粒：将浆料雾化、加热蒸发、分离，得到表面包覆添加剂A的颗粒产品。
如图1所示，本实施例公开一种SiOx材料表面包覆处理的装置，包括：
制浆罐1，用于将SiOx、添加剂A、有机溶剂混合，以制得浆料；
高速分散设备2，与制浆罐1连通，用于对制浆罐1中输出的浆料中的进行高速分散处理；
喷雾干燥设备，与高速分散设备连通，用于将高速分散处理后的浆料喷雾、干燥，使浆料中的有机溶剂气化，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒；
旋风分离器3，与喷雾干燥设备连通，用于分离有机溶剂气体和表面包覆添加剂A的SiOx颗粒。
本实施例的SiOx材料表面包覆处理的方法和装置，可以对SiOx颗粒的表面进行均匀包覆。
实施例2
如图1所示，本实施例提供一种SiOx材料表面包覆处理的装置，包括：
制浆罐1，用于将SiOx、添加剂A、有机溶剂混合，以制得浆料；
高速分散设备2，与制浆罐1连通，用于对制浆罐1中输出的浆料中的进行高速分散处理；
喷雾干燥设备，与高速分散设备2连通，用于将高速分散处理后的浆料喷雾、干燥，使浆料中的有机溶剂气化，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒；
旋风分离器3，与喷雾干燥设备连通，用于分离有机溶剂气体和表面包覆添加剂A的SiOx颗粒。
进一步的，还包括循环管路4，循环管路4的两端分别与高速分散设备2的出口和制浆罐1连通。
具体的，制浆罐1设有搅拌机构，如搅拌桨，搅拌桨优选采用电动控制，且可以设置搅拌速度和搅拌时间，如设置搅拌速度为10-60r/min，设置搅拌时间为10-15min，当然，搅拌桨也可以为手动控制，本实施例不作进一步限定。在制浆罐1与高速分散设备2之间设有控制器5，以控制制浆罐1中的浆料输出，如通入到高速分散设备2中进行高速分散处理。循环管路4的一端与高速分散设备2的出口连通，另一端与制浆罐1连通，循环管路4上设有第一阀门6，用于控制循环管路4的开闭，如在高速分散处理过程中，打开第一阀门6，在高速分散处理后，关闭第一阀门6。制浆罐1的出口还与喷雾干燥设备2的入口连通，且在制浆罐1的出口与喷雾干燥设备两者之间设有第二阀门7，第二阀门7在高速分散设备2进行高速分散时关闭，在高速分散得到SiOx颗粒表面包覆添加剂A的所需粒径分布的浆料之后打开，以将制浆罐1内的制得的SiOx颗粒表面包覆添加剂A的所需粒径分布的浆料通入到喷雾干燥设备。喷雾干燥设备包括雾化机构8、造粒塔9，其中，雾化机构8设于造粒塔9的顶部，雾化机构8的入口与制浆罐1、高速分散设备2连通，其出口与造粒塔9的内部空间连通，从制浆罐1输送过来的浆料通过雾化机构8后形成一颗颗液体内含固体颗粒的小液体，即雾团。雾团在造粒塔9中受热后，其中的有机溶剂蒸发气化，变为有机溶剂气体，形成表面包覆添加剂A的SiOX复合固体颗粒，即造粒。本实施例中，由于是在密闭、高温的环境下造粒，形成的复合固体颗粒纯度高、干燥，具有较好的产品性能。本实施例中，雾化干燥设备采用被加热的氮气为热源，即雾化干燥设备设有氮气管线10，用于向本实施例装置内输送氮气，在本实施例装置使用之前，对装置进行气体置换，以排空装置内的空气，输入的氮气经过加热后，再通入到造粒塔9对雾团进行加热，氮气的温度应大于有机溶剂的在对应环境下的沸点，如可以为90-300℃。本实施例中的造粒塔9的底部可设有收料容器11，以回收在造粒塔中沉积的固体颗粒。造粒塔9的气体出口与旋风分离器3的入口连通，旋风分离器3的气体出口优选设于高处，如旋风分离器3的上部或顶部等，旋风分离器3的底部也设有收料容器11，造粒塔9中的有机溶剂气体、氮气、及表面包覆添加剂A的SiOx颗粒(即目标产物)进入旋风分离器3后，在高速流动过程中，由于固体颗粒和气体密度有差别，大部分固体颗粒不断撞击旋风分离器3的腔室内壁而损失动能、及在重力作用下沉积下落至收料容器11内，气体以及小部分固体(即粉尘)通过旋风分离器3的气体出口输出。
本实施例中，高速分散设备2可采用市售的高速分散机，其包括旋转机构(即转子)、定子、密封腔室、变频电机(以确保长期高速稳定工作)、减速机(对电机转速进行变速后输出给转子)、连接件(支撑转子并固定定子，并通过调整转子的相对高度来调节转子与定子的间隙)，其原理主要为：在特定压力及液体流场条件下，通过旋转机构的高速旋转作用使浆料中的固体颗粒(主要是SiOx)之间碰撞剪切，从而使SiOX的的表面形貌改变和使SiOX的粒径达到所需尺寸，同时，将有机溶剂、添加剂A等包覆在SiOX表面，从而实现对SiOx颗粒表面的改性。旋转机构、密封腔室等参与接触浆料的部件优选采用莫氏硬度7以上材料制成，如陶瓷类，超硬合金。旋转机构(转子)的线速度为5-60m/s，转子转速优选为0.5万-10万r/min，具体的，可以根据本实施例装置的产能等因素进行选择，本实施例不做进一步限定。
本实施例中，雾化机构8包括雾化器和送风流道，雾化器套设于送风流道中，雾化器的进口与制浆罐1连通，其出口与造粒塔9连通。雾化器可以采用市售的离心雾化器，其组成包括圆盘状雾化盘、高速变频电机、变速器、浆料管道、结构支架，雾化盘的边缘线速度为20m/s～300m/s,也可以根据实际产能、性能参数的需要进行调节。离心雾化器的基本原理为：通过电机带动雾化器进行高速旋转产生极大地离心力，在离心力的作用下浆料被甩出，形成一颗颗液体小颗粒，这些小液滴由于自身的离心速度和空气阻力成为稳定的雾团。本实施例中，雾化器优选采用高速变频雾化器，雾化盘边缘线速度＞150m/s，造粒性能好，可以实现对于粒度的均匀控制。送风流道采用螺旋进气方式设置，可以将气体(氮气)均匀的通入到造粒塔内。
需要注意的是，本实施例的雾化机构8还设有冷却通道，用于对雾化器降温，以防止高速旋转的雾化器局部过热而损坏，冷却通道内优选采用通入冷却水作为冷源，即冷却通道具有冷却水入口12和冷却水出口13。
本实施例中，造粒塔9的直径优选为雾化器产生的雾团直径的1-1.2倍，以确保雾团干燥完全、造粒功能完善、且无粘壁。
本实施例中，旋风分离器3的数量可以为一个，也可以为多个，以提高固体颗粒(即产品)收料效率，并实现对不同粒径的固体颗粒的分离。当采用多个旋风分离器3时，多个旋风分离器3串联设置。
进一步的，本实施例的SiOx材料表面包覆处理的装置还包括：循环系统，用于对有机溶剂和氮气进行回收循环利用。循环系统包括：
除尘器14，与旋风分离器3连通，用于除去旋风分离器3分离出的气体中的粉尘。除尘器14的底部也设有收料容器11，从旋风分离器3的气体出口输出的气体(主要为氮气和有机溶剂气体)中包含的小部分固体(即粉尘)在通过除尘器14时分离，落入底部的收料容器11中，气体从除尘器14的气体出口输出。本实施例中，除尘器14采用布袋除尘器。
冷凝器15，与除尘器14连通，用于使气体中的有机溶剂气体冷凝为液体。冷凝器15内设有冷源，从除尘器14的气体出口输出的气体由冷凝器15的气体入口进入，与冷源进行热交换后，其中的有机溶剂气体冷凝为液体，并汇集到冷凝器15的底部，未被冷凝的气体主要为氮气，从冷凝器15的气体出口输出。冷凝器15的底部设有液体出口，液体出口连通冷凝回收机构，冷凝器15中的冷凝液体由液体出口输送到冷凝回收机构中。本实施例中，冷凝器15可采用管壳式冷凝器，其具有冷源入口16和冷源出口17，冷源可采用冷冻水，通过同时从冷源入口16通入和从冷源出口17排出冷冻水，使冷凝器15的温度优选保持在10℃以下，以确保冷凝器15具有足够的冷量使有机溶剂气体冷凝。本实施例中，冷凝器15可以为一个，也可以为多个冷凝器15串联设置。冷凝回收机构包括第三阀门18和用于存放回收的有机溶剂液体的回收罐19，第三阀门18设于冷凝器15和回收罐19之间，回收罐19可采用一个，也可以采用多个并列，回收得到有机溶剂可再次用于制浆罐1中制浆，从而实现循环利用。
增压器20，与所述冷凝器连通，用于将所述除尘器输出的气体加压后输送到冷凝器中冷却，和/或，将所述冷凝器中输出的未被冷凝的气体(即氮气，其纯度应大于安全数值1％)增压，以促进气体循环流通。具体来说，增压器20与冷凝器15连通，用于将冷凝器15中输出的未被冷凝的气体增压，以促进气体循环流通。本实施例中的增压器20可采用任意市售的增压设备，这里不作进一步限定，具体的增压压力的大小，可根据气体流通情况进行选择。需要注意的是，本实施例中的增压器20还可以为多个，如在除尘器14和冷凝器15之间也设置一个增压器20，以适当增强气体流通的速度，提升装置生产效率。
加热器21，与增压器20的连接，用于对未被冷凝的气体氮气加热，加热后的气体输送到喷雾干燥设备中循环使用。具体来说，加热后的气体通入到造粒塔9，用于对造粒塔9中的雾团进行加热蒸发干燥。本实施例中的加热器21可采用任意市售加热设备，这里不作进一步限定，加热温度范围优选为90-300℃。
进一步的，本实施例的SiOX材料表面包覆处理的装置还包括：
浆料缓冲罐22，设于高速分散设备2和雾化机构8之间，用于存储制浆罐1输出的浆料。浆料缓冲罐22设有搅拌装置，以防止浆料沉淀。
输送泵23，设于浆料缓冲罐22和雾化机构8之间，用于将浆料缓冲罐中的浆料输送至雾化机构8中进行雾化。本实施例中，输送泵23优选采用聚四氟乙烯隔膜泵，能够长期稳定工作抵抗腐蚀。
溶剂罐24，连接在浆料缓冲罐22和输送泵23之间的管道上，可在连续操作时用于补充有机溶剂，也可以用于收集回收的有机溶剂。
需要注意的是，本实施例中的装置还包括操控系统，操控系统与上述的制浆罐1、高速分散设备2、第一阀门6等等所有设备(此处未一一例举)进行电连接，对各设备进行集中管理和控制，在设定好各设备的工艺参数(如高速分散时间、系统压力、加热温度等)后，通过操控系统的协同调节，实现统一控制和自动化运行。在本实施例装置运行后，通过不断地投料，即可实现系统自动连续生产，也可以通过设定生产量，进行间歇性生产，以实现对设备(所有管道、核心部件，均可以拆卸)进行清洁、维护后更换原材料实现不同批次、规格产品的生产切换。
当然，本实施例的装置中的各设备也可以采用手动操作，这里不再一一赘述。
本实施例中的SiOx材料表面包覆处理的装置，采用连续作业模式，物料的流转方式为管道输送方式，隔绝外部环境的影响，从根本上杜绝了外部环境异常导致的物料输送污染问题，能够通过对各设备的工艺参数(可通过实际操作经验得到)的进行灵活设置，相应的得到不同性能的SiOx材料，可用于不同配方、组分的材料的表面包覆处理，在不影响批量生产能力的前提下实现不同规格产品的生产切换，可以进行自动化控制和连续性生产。
实施例3
本实施例提供一种采用实施例2中的装置的SiOx材料表面包覆处理的方法，包括：
S1制浆，取SiOx、添加剂A、有机溶剂，混合，再进行高速分散处理，以制得SiOx颗粒表面包覆添加剂A的所需粒径分布的浆料。
其中，SiOx的粒径优选为100nm-100μm，添加剂A为长碳链的高分子有机物，如可以为单糖(如半乳糖、果糖等)、双糖(如麦芽糖、乳糖等)、多糖(如淀粉、纤维素等)中的一种或多种；有机溶剂为醇类，如可以为乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或多种；SiOx、添加剂A、有机溶剂的重量比例为20：1:(50～100)。
本实施例中，步骤S1制浆过程还包括：对浆料进行高速分散循环。
本实施例中，高速分散处理的工艺条件为:压力为1Pa～0.5Mpa；转速为0.5万转/分钟～10万转/分钟；高速分散循环的时间为0.1～10h，优选为2h。
本实施例中，步骤S1中，还包括：加入添加剂B，添加剂B可以为石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米硅中的一种或多种。每种添加剂B的用量可以为等于添加剂A的用量，当然也可以根据需要选择增加或减少，本实施例不作进一步限定。在一些可选的实施方式中，添加剂B采用石墨烯、碳纳米管、纳米硅的组合物，且石墨烯、碳纳米管、纳米硅的用量分别等于添加剂A的用量，即SiOX、石墨烯、碳纳米管、纳米硅、添加剂B、有机溶剂的重量比例为20：1：1：1：1：(50～100)。
具体的，步骤S1制浆过程如下：按20：1：1：1：1：80的重量比分别取SiOx、石墨烯、碳纳米管、纳米硅、果糖、异丙醇，将70％量的异丙醇加入到制浆罐1中，并开启搅拌桨按10-1000r/m的转速对异丙醇溶剂进行搅拌，再将全部的SiOX、石墨烯、碳纳米管、纳米硅、果糖加入到异丙醇溶剂中，混合，然后再加入剩余30％的异丙醇，并维持搅拌10-15min，直至混合物目视下无漂浮物或沉淀物，得到浆料；打开控制器5和启动高速分散设备2，设置压力为1Pa～0.5Mpa、转子转速为0.5万转/分钟～10万转/分钟，将制浆罐1中的浆料通入到高速分散设备2中进行高速分散处理，并打开第一阀门6，关闭第二阀门7，将高速分散处理后的浆料再输送回制浆罐1进行高速分散循环0.1～10h，并每隔一段时间从制浆罐1中取浆料样品，进行粒径检测(在实际操作过程中，浆料中的SiOx形貌主要是通过的检测SiOx粒径来判断)，并记录高速分散时间及对应的浆料粒径数据，得到高速分散工艺参数，直至达到所需粒径分布的浆料。本实施例中，经过高速分散设备高速分散出来后，添加剂A，添加剂B等覆盖在SiOx表面，从而使SiOx的表面形貌得到有效改善，处理后浆料中SiOx的粒径为0.2-15um，即所需浆料的粒径分布是指SiOx粒径分布在0.2-15um。
需要注意的是，在制浆过程中，还需要实时监控浆料的温度，使浆料的温度不超过50℃。在一些可选的实施方式中，采用冷冻水循环方式对制浆罐1外壁进行冷却，以保证浆料温度不超50℃。
S2造粒，将浆料雾化、加热蒸发、分离，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒产品。
具体的，关闭高速分散设备2、第一阀门6，打开第二阀门7将制浆罐1内的浆料通入到浆料缓冲罐22并不断搅拌，并通过氮气管线10通入氮气对装置进行空气置换，并打开循环系统，通过增压器20、加热器21将氮气增压、加热至90-300℃，再通入到造粒塔9中；同时，启动输送泵23(如按进料速度为50kg/h输送浆料)，将浆料缓冲罐22中的浆料输送至雾化机构8(其中，雾化盘的转速设置为＞150m/s)中进行雾化，形成雾团，雾团进入造粒塔9(如直径为≥1.5m)后与被加热的氮气混合并进行热交换，雾团的温度升高，其中的异丙醇蒸发为气体，石墨烯、碳纳米管、纳米硅、果糖等(即添加剂A和添加剂B)包覆在SiOx表面，得到SiOx复合固体颗粒；在循环系统的气流作用下，造粒塔9内的异丙醇气体、氮气及SiOx复合固体颗粒通入到旋风分离器3进行分离，分离得到的固体进入收料容器11，即产品，分离得到的气体通入后续工序。
S3回收：步骤S2中还分离出气体，对气体进行除尘、冷却，使其中的有机溶剂气体冷凝为液体，回收得到有机溶剂液体；未被冷凝的为氮气，经增压、加热后，用于步骤S2中对所述雾团进行加热蒸发。
具体的，旋风分离器3内的气体(包括小部分粉尘)由旋风分离器3的气体出口通入到冷凝器15中，冷凝器15在冷冻水的作用下温度保持在10℃以下，气体中的异丙醇气体在此温度下冷凝为液体后进入回收罐19；未被冷凝的气体(氮气)经过增压器20加压、加热器21加热至90-300℃后再次通入到造粒塔9中用于对雾团加热蒸发，形成闭式循环利用，可进行连续性生产。
实践证明，采用本实施例的方法，冷凝器对于异丙醇(即有机溶剂)的回收效率可达＞90％。
本实施例中的SiOx材料表面包覆处理的方法的有益效果，具体如下：
(1)将高速分散工艺和闭式循环喷雾干燥工艺相结合，通过高度集中的剪切能量将原微观颗粒(SiOX、添加剂)进行打散并重新聚合，对SiOX材料颗粒表面进行微观上的包覆处理，不仅可以使包覆更均匀，得到新的SiOX/C/H复合材料，还可以加入石墨烯、碳管等(即添加剂B)，可以有效提高材料的导电性能，降低材料用于负极材料时在循环过程中的膨胀效应。
(2)避免了传统方法中至能采用可溶解的碳源和对应的有机溶剂的限制，不仅可采用可溶解的碳源、也能采用不溶解的碳源，原料选择更多更广。
(3)避免了传统方法中浆料在流转、暂存等环节中停留过长而出现浆料不均一的现象，有利于实现连续性生产和自动化控制，可以大大提高生产效率，实现大批量生产。
实施例4
本实施例公开一种采用实施2中所述的装置进行SiOx材料表面包覆处理的方法，与实施例3的区别在于：未加入添加剂B。
具体步骤如下：
S1制浆：按20：1：100的重量比分别取SiOx、半乳糖和果糖混合物、乙醇和异丙醇混合物，将50％的乙醇和异丙醇的混合物加入到制浆罐1中作为溶剂，并开启搅拌桨按10-60r/m的转速对乙醇和异丙醇的混合物(以下简称溶剂)进行搅拌，再将全部的SiOX、半乳糖和果糖混合物加入到溶剂中，混合，然后再加入剩余50％的溶剂，并维持搅拌，直至目视下制浆罐1内无漂浮物或沉淀物，得到浆料；打开控制器5和启动高速分散设备2，设置压力为0.1Mpa～0.5Mpa、转子转速为1万转/分钟～5万转/分钟，将制浆罐1中的浆料通入到高速分散设备2中进行高速分散处理，并打开第一阀门6，将高速分散处理后的浆料再输送回制浆罐1进行高速分散循环2h，并每隔一段时间从制浆罐1中取浆料样品，进行粒径检测，并记录高速分散时间及对应的浆料粒径数据，得到高速分散工艺参数，直至达到所需粒径分布的浆料。
S2造粒:关闭高速分散设备2、第一阀门6，打开第二阀门7将分散好的浆料通入到浆料缓冲罐22中暂存并不断搅拌；通过氮气管线10通入氮气对装置进行空气置换，并打开循环系统，通过增压器20、加热器21将氮气增压、加热至90-280℃，再通入到造粒塔9中；同时，启动输送泵23按50kg/h的进料速度将浆料缓冲罐22中的浆料输送至雾化机构8(其中，雾化盘的转速设置为＞150m/s)中进行雾化，形成雾团，雾团进入造粒塔9(如直径为≥1.5m)后与被加热的氮气混合并进行热交换，雾团的温度升高，其中的乙醇、异丙醇蒸发为气体，半乳糖、果糖(即添加剂A)在SiOx表面，得到复合固体颗粒；在循环系统的气流作用下，造粒塔内的乙醇气体、异丙醇气体、氮气及SiOx复合固体颗粒通入到旋风分离器3进行分离，分离得到的固体进入收料容器11，即产品，分离得到的气体通入后续工序。
S3回收：旋风分离器3内的气体(包括小部分粉尘)由旋风分离器3的气体出口通入到冷凝器15中，冷凝器15在冷冻水的作用下温度保持在10℃以下，气体中的乙醇气体、异丙醇气体在此温度下冷凝为液体后进入回收罐10，实现回收；未被冷凝的气体(氮气)经过增压器20加压、加热器21加热至90-280℃后再次通入到造粒塔9中用于对雾团加热蒸发，形成闭式循环利用，可进行连续性生产。
可以理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种SiOx材料表面包覆处理的方法，包括，
S1制浆：取SiOx、添加剂A、有机溶剂，混合，再进行高速分散处理，以制得SiOx颗粒表面包覆添加剂A的所需粒径分布的浆料；
S2造粒：将浆料雾化、加热蒸发、分离，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒产品。
2.根据权利要求1所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，在所述步骤S1制浆过程中，还包括：对浆料进行高速分散循环，其过程包括：将在制浆罐中制得的浆料通入到高速分散设备中进行高速分散处理，之后，再输送回制浆罐进行高速分散形成高速分散循环，以制得所述所需粒径分布的浆料；
所述所需粒径分布的浆料是指SiOx的粒径为0.2～15μm。
3.根据权利要求2所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，所述高速分散处理的工艺条件为:压力为1Pa～0.5Mpa；转速为0.5万转/分钟～10万转/分钟；
所述高速分散循环的时间为0.1～10h。
4.根据权利要求1所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述雾化、加热蒸发是指：将步骤S1制得的浆料雾化得到雾团，采用被加热的氮气对雾团进行加热，使雾团中的有机溶剂气化蒸发后，得到所述表面包覆添加剂A的SiOx颗粒。
5.根据权利要求4所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，所述氮气的温度为90～300℃。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，所述添加剂A为单糖、双糖、多糖中的一种或多种；所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、丁醇。
7.根据权利要求1～5任意一项所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，还包括：加入添加剂B，
所述添加剂B为石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米硅中的一种或多种。
8.根据权利要求1～5任意一项所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，所述SiOx、所述添加剂A、所述有机溶剂的重量比例为20：1:(50～100)。
9.根据权利要求1～5任意一项所述的SiOx材料表面包覆处理的方法，其特征在于，所述方法还包括：
S3回收：步骤S2中还分离出气体，对气体进行除尘、冷却，使其中的有机溶剂气体冷凝为液体，回收得到有机溶剂液体；未被冷凝的为氮气，经增压、加热后，用于步骤S2中对所述雾团进行加热蒸发。
10.一种SiOx材料表面包覆处理的装置，其特征在于，包括，
制浆罐(1)，用于将SiOx、添加剂A、有机溶剂混合，以制得浆料；
高速分散设备(2)，与所述制浆罐连通，用于对制浆罐中输出的浆料进行高速分散处理；
喷雾干燥设备，与所述高速分散设备，用于将高速分散处理后的浆料喷雾、干燥，使浆料中的有机溶剂气化，得到表面包覆添加剂A的SiOx颗粒；
旋风分离器(3)，与所述喷雾干燥设备连通，用于分离有机溶剂气体和表面包覆添加剂A的SiOx颗粒。
11.根据权利要求10所述的SiOx材料表面包覆处理的装置，其特征在于，所述装置还包括循环管路(4)，所述循环管路的两端分别与所述高速分散设备的出口和所述制浆罐连通。
12.根据权利要求10所述的SiOx材料表面包覆处理的装置，其特征在于，所述装置还包括：
除尘器(14)，与所述旋风分离器(3)连通，用于除去所述旋风分离器分离出的气体中的粉尘；
冷凝器(15)，与所述除尘器连通，用于使气体中的有机溶剂气体冷凝为液体；
增压器(20)，与所述冷凝器连通，用于将所述除尘器输出的气体加压后输送到冷凝器中冷却，和/或，将所述冷凝器中输出的未被冷凝的气体增压，以促进气体循环流通；
加热器(21)，与所述增压器连接，用于对所述未被冷凝的气体加热，加热后的气体输送到喷雾干燥设备中循环使用。
13.根据权利要求12所述的SiOx材料表面包覆处理的装置，其特征在于，所述旋风分离器(3)为多个，多个所述旋风分离器串联设置；所述冷凝器为多个，多个所述冷凝器串联设置。
14.根据权利要求10～13任一项所述的SiOx材料表面包覆处理的装置，其特征在于，所述装置还包括：
浆料缓冲罐(22)，设于所述高速分散设备和所述喷雾干燥设备之间。
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