[发明专利]硅基负极材料的制备方法及设备

说明书

本申请提供一种硅基负极材料的制备方法及设备，所述制备方法包括在第一温度、特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽，所述活性物质包括硅元素；在第二温度下、具有特定进气压力的非氧化性气体氛围中，使所述蒸汽冷凝形成粉体材料，所述第二温度低于所述第一温度。本申请技术方案的制备方法及设备制备的硅基负极材料粒径均匀、晶化程度和硅的质量百分比可控，同时还可以实现硅基负极材料粉体的连续化生产，反应能耗较低，有利于硅基负极材料的大规模生产。

技术领域

本申请涉及锂电池制造领域，尤其涉及一种硅基负极材料的制备方法及设备。

背景技术

硅基负极材料相比于石墨负极材料具有更高的比容量，是重要的锂离子电池负极材料。传统硅基负极材料制备大致包括两种：第一种是将硅、二氧化硅等原料在高温、真空条件下的蒸汽置于冷却器内进行冷凝，形最终形成块状硅基负极材料前驱体，然后经过粉碎、包覆等步骤，获得硅基负极材料；另一种是将硅、二氧化硅等原料采用高能球磨长时间研磨，得到粉体硅基负极材料前驱体，然后经过包覆等步骤，得到硅基负极材料。

但在实际生产中，第一种制备方法难以形成连续化生产，同时因为硅基材料硬度较大，加工过程能耗高，容易引入杂质，对设备材质要求也较高；另一种制备方法得到的物料不均匀，产物中硅颗粒尺寸偏大，用于锂电池时，膨胀程度过大，锂电池的循环性能较差。

发明内容

本申请提供一种硅基负极材料的制备方法及设备，其制备的硅基负极材料粒径均匀、晶化程度和硅元素的质量百分比可控，同时还可以实现硅基负极材料粉体的连续化生产，反应能耗较低，有利于硅基负极材料的大规模生产。

本申请的一方面提供一种硅基负极材料的制备方法，包括：在第一温度、特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽，所述活性物质包括硅元素；在第二温度下、具有特定进气压力的非氧化性气体氛围中，使所述蒸汽冷凝形成粉体材料，所述第二温度低于所述第一温度。

在本申请实施例中，所述第一温度为1000℃-2500℃，所述特定压力为0.1Pa-10000Pa，所述第二温度为300℃-1100℃，所述特定进气压力为0.1MPa-5MPa。

在本申请实施例中，在所述活性物质蒸发时，还通入非氧化性气体，且所述非氧化性气体的进气速率与所述活性物质的蒸发速率的比值为1-100。

在本申请实施例中，所述非氧化性气体包括惰性气体、氢气和碳源气体中的至少一种。

在本申请实施例中，所述非氧化性气体包括惰性气体和碳源气体，且所述碳源气体的质量占所述非氧化性气体总质量的0.1％-50％。

在本申请实施例中，所述惰性气体包括氮气、氩气和氦气中的至少一种，所述碳源气体包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷、丁烷、丁烯及戊烷中的至少一种。

在本申请实施例中，硅元素的质量为所述活性物质总质量的39％-100％，所述活性物质包括单质硅和硅的氧化物。

在本申请实施例中，所述活性物质还包括金属及金属氧化物。

在本申请实施例中，所述粉体材料包括：SiOx，0≤x≤1.6；MySiOz，1≤y≤4，2≤z≤6，M为锂和镁中的至少一种；其中，所述SiOx的质量为所述粉体材料总质量的50％～100％，所述MySiOz的质量为所述粉体材料总质量的0％-50％。

在本申请实施例中，所述粉体材料还包括：碳包覆层，所述碳包覆层全部或部分包覆所述SiOx和MySiOz。