类球形多孔炭及其制备方法和制备装置与流程

本发明涉及锂离子电池负极材料，特别涉及一种类球形多孔炭及其制备方法和制备装置。

背景技术：

1、多孔硅碳负极材料是采用多孔炭为载体，将硅源在一定温度压力下沉积到多孔炭的孔道内，形成的电池负极材料。多孔炭的孔主要以微孔为主，沉积的硅被多孔炭的微孔隔开，没有大颗粒硅，膨胀应力小，同时多孔炭的多孔结构为硅的膨胀提供空间，因此多孔硅碳负极材料具有抗膨胀性好、长循环性能的优点，被一致认为是未来最具潜力的电池负极材料之一。多孔炭是多孔硅碳负极材料的核心材料，多孔炭的形貌、组成成分、孔结构对多孔硅碳负极材料产品性能有重大影响。

2、目前多孔炭大多是无规则形，无规则形多孔炭制备的硅碳负极材料存在的弊端如下：1、无规则形硅碳负极材料在嵌锂膨胀时各个方向所受力不均匀，颗粒容易被撑破，影响循环性能；2、无规则形硅碳负极材料在制备极片辊压时，由于颗粒之间相互搭接，受到剪切力，更容易被压碎，导致首效降低；3、无规则形硅碳负极材料颗粒之间空隙大，压实密度低，不利于提高电池的能量密度。即无规则型多孔炭存在：颗粒易压碎、压实密度低，以及负极嵌锂过程各个方向膨胀应力不均匀，容易破裂等问题。

3、将多孔炭制备成球形可以解决上述三个问题。球形多孔炭的关键是原料球形炭的制备，现有技术球形炭的制备大多是在反应釜中合成球形碳前驱体，或在液相中进行球形化，然后进行母液和球形炭前驱体的分离、干燥、碳化。然而，现有的球形多孔碳及其气相沉积的多孔硅碳负极材料，在锂离子电池循环性能差，且由于是点接触，动力性能不佳，不能快速充放电，无法用于动力电池。

4、因此，现有技术需要进行改进。

技术实现思路

1、现有技术中，现有的球形多孔碳及其气相沉积的多孔硅碳负极材料，在锂离子电池循环性能差，且由于是点接触，动力性能不佳，不能快速充放电，无法用于动力电池，因此，本发明提供一种类球形多孔炭及其制备方法和制备装置，以及多孔硅碳负极材料用于解决上述问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种类球形多孔炭的制备装置，其特征在于，包括：

3、第一搅拌反应釜，用于分散、搅拌均匀原料，搅拌混合树脂悬浮液，得到球形粘性树脂；

4、加热套管，与所述第一搅拌反应釜连接，用于加热将剪切的树脂初步固化成型；

5、第二搅拌反应釜，用于搅拌混合经过所述加热套管的树脂悬浮液；

6、输液管道，依次连接所述第一搅拌反应釜、所述加热套管和所述第二搅拌反应釜，用于输送反应物；

7、蠕动泵及配套管道，设置在所述第二搅拌反应釜和所述第一搅拌反应釜之间，用于将第二搅拌反应釜内的初步固化的树脂悬浮液泵回所述第一搅拌反应釜；

8、泵送管道，依次连接所述第二搅拌反应釜、所述蠕动泵及配套管道和所述第一搅拌反应釜；

9、压缩机，与所述第一搅拌反应釜连接，用于对所述第一搅拌反应釜进行加压。

10、在一种实现方式中，所述输液管道为多个间隙为5~10μm隔板组成的管道。

11、在一种实现方式中，所述第一搅拌反应釜的底部设置开关阀门，所述第二搅拌反应釜的顶部和底部均设置开关阀门。

12、在一种实现方式中，所述加热管道上设置高温固化区，用于对输液管道上挤压传输的树脂进行固化定型。

13、第二方面，本发明还提供一种类球形多孔炭的制备方法，其采用上述任意一项所述的类球形多孔炭的制备装置进行，包括以下具体步骤：

14、s1、在所述第一搅拌反应釜中加入树脂粉料、增粘剂和有机硅表面活性剂，进行搅拌，使原料充分混合均匀，配成树脂悬浮液；

15、s2、对所述第一搅拌反应釜内的反应物进行加热固化，得到表面轻微固化的球形粘性树脂；

16、s3、启动所述压缩机进行加压，使得球形粘性树脂依次通过所述输液管道和所述加热套管，将所述加热套管加热至100℃~300℃，得到表面固化而定型成类球形树脂；

17、s4、将所述第二搅拌反应釜内未固化的树脂悬浮液泵回所述第一搅拌反应釜，重复s1~s3的步骤；

18、s5、将固化的类球形树脂进行炭化、活化、钝化，制得所需的类球形多孔炭。

19、在一种实现方式中，在s1中，所述树脂粉料的粒径d50为2~20μm，所述第一搅拌反应釜搅拌的转速为30~100rpm；在s2中，进行加热固化的温度为60~180℃。

20、在一种实现方式中，在s1中，所述树脂包括酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、沥青基树脂和纤维素树脂中的任意一种；所述增粘剂包括羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和羟乙基纤维素中的任意一种。

21、在一种实现方式中，在s3中，所述类球形树脂为椭球形或类血红细胞状树脂。

22、第三方面，本发明还提供一种类球形多孔炭，其采用上述任意一项所述的类球形多孔炭的制备装置进行，或采用上述任意一项所述的类球形多孔炭的制备方法制得。

23、第四方面，本发明还提供一种多孔硅碳负极材料，其通过上述的类球形多孔炭气相沉积而成。

24、有益效果：本发明通过制备简单的装置和制备工艺制备为椭球形或类血红细胞状树脂的类球形树脂，得到后续沉积多孔硅碳的基体，进而制得类球形多孔炭和多孔硅碳负极材料；本发明提供的类球形多孔炭通过弧形面与平面组合，能够提高接触面与结合面，进而提高沉积后多孔硅碳动力学性能；所述类球形多孔炭平面处可以提高与胶水等结合力，避免沉积后球形多孔硅碳循环脱粘问题，提高循环性能，提供一种动力学性能和循环性能的类球形多孔炭，制备装置简单，制备工艺易操作。

技术特征：

1.一种类球形多孔炭的制备装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的类球形多孔炭的制备装置，其特征在于，所述输液管道为多个间隙为5~10μm隔板组成的管道。

3.根据权利要求1所述的类球形多孔炭的制备装置，其特征在于，所述第一搅拌反应釜的底部设置开关阀门，所述第二搅拌反应釜的顶部和底部均设置开关阀门。

4.根据权利要求1所述的类球形多孔炭的制备装置，其特征在于，所述加热管道上设置高温固化区，用于对输液管道上挤压传输的树脂进行固化定型。

5.一种类球形多孔炭的制备方法，其特征在于，其采用权利要求1~4任意一项所述的类球形多孔炭的制备装置进行，包括以下具体步骤：

6.根据权利要求5所述的类球形多孔炭的制备方法，其特征在于，在s1中，所述树脂粉料的粒径d50为2~20μm，所述第一搅拌反应釜搅拌的转速为30~100rpm；在s2中，进行加热固化的温度为60~180℃。

7.根据权利要求5所述的类球形多孔炭的制备方法，其特征在于，在s1中，在s1中，所述树脂包括酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、沥青基树脂和纤维素树脂中的任意一种；所述增粘剂包括羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和羟乙基纤维素中的任意一种。

8.根据权利要求5所述的类球形多孔炭的制备方法，其特征在于，在s1中，在s3中，所述类球形树脂为椭球形或类血红细胞状树脂。

9.一种类球形多孔炭，其特征在于，采用权利要求1~4任意一项所述的类球形多孔炭的制备装置进行，或采用权利要求5~8任意一项所述的类球形多孔炭的制备方法制得。

10.一种多孔硅碳负极材料，其特征在于，其通过权利要求9所述的类球形多孔炭气相沉积而成。

技术总结本发明涉及一种类球形多孔炭及其制备方法和制备装置，以及多孔硅碳负极材料。类球形多孔炭的制备装置包括第一搅拌反应釜、加热套管、第二搅拌反应釜、输液管道、蠕动泵及配套管道、泵送管道和压缩机。其中，第一搅拌反应釜用于粉碎剪切原料，搅拌混合树脂悬浮液，得到球形粘性树脂。加热套管与所述第一搅拌反应釜连接，用于加热将剪切的树脂初步固化成型。蠕动泵及配套管道，设置在所述第二搅拌反应釜和所述第一搅拌反应釜之间，用于将第二搅拌反应釜内的初步固化的树脂悬浮液泵回所述第一搅拌反应釜。本发明通过制备简单的装置和制备工艺制备类球形树脂，通过提供类球形多孔炭提高锂离子电池的负极材料的动力学性能和循环性能。技术研发人员：王预,钟招汉,贾亚龙,慈立杰受保护的技术使用者：深圳索理德新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2