硅碳负极材料作为新一代锂离子电池负极的材料,因其理论比容量高而备受关注。然而,在实际使用过程中面临诸多问题,如硅在充放电过程中会发生剧烈的体积膨胀(约300%),导致电极粉化、固体电解质界面(SEI)膜反复破裂等,严重影响电池的循环寿命。包覆工艺是解决上述问题的关键技术之一,通过在硅颗粒表面包覆一层功能性材料(如碳、金属氧化物等),可有效抑制体积膨胀、提升导电性并稳定SEI膜。
目前业内主流的包覆工艺主要有以下几种:
1.化学气相沉积(CVD)
原理:在高温下通过气相碳源(如甲烷、乙炔)在硅颗粒表面热解沉积碳层。
优点:包覆层均匀、致密,可精准调控厚度。
应用:常用于制备核壳结构硅碳复合材料。
2.物理包覆法
原理:将基材与包覆材料(如沥青、树脂、石墨烯)混合,通过高温碳化形成包覆层。
优点:工艺简单、成本低,适合规模化生产。
挑战:需优化基材与包覆材料的分散均匀性。
3.原子层沉积(ALD)
原理:通过交替通入前驱体气体,在硅表面逐层沉积超薄包覆层(如Al₂O₃、TiO₂)。
优点:包覆层厚度可精确到原子级别,界面结合力强。
缺点:设备成本高,效率低,适合实验室研究。
4.溶胶-凝胶法
原理:将硅分散在含碳前驱体的溶胶中,通过凝胶化、干燥和碳化形成包覆层。
优点:工艺灵活,可引入多孔结构以缓冲体积膨胀。
5.聚合物原位包覆
原理:通过聚合物单体(如聚苯胺、聚吡咯)在硅表面原位聚合,形成导电弹性包覆层。
优势:兼具导电性和缓冲体积膨胀的能力。
目前业界主流采用化学气相沉积(CVD)法进行包覆,但此法存在成本高,易燃易爆等诸多问题。湖南经源经过长时间的研究和探索,提出使用物理包覆法,并且设计生产了针对硅碳负极的包覆机。
湖南经源的包覆机直面物理包覆法面临的挑战“需优化基材与包覆材料的分散均匀性”。创新性的提出了先将物料充分流化、雾化再进行对撞包覆的原理。运用这个原理,我们研发了经源干法包覆机(DCE)和经源流化包覆机(FCE)。其中干法包覆机应用于基材与包覆材料均为干粉的场景,流化包覆机应用于基材为干粉,包覆材料为溶液的包覆场景。
两款设备凭借优异的性能和诸多专利的加持,为客户提供了硅碳负极包覆的新选择。在多次试验中取得了良好的效果,经过反复验证后,进一步扩大了设备容量,实现了产线化。
产品特点
气力流化包覆,形貌完整,包覆均匀;
高效能利用,较传统机械式的节能20%以上
通过惰性气体保护,易于实现对空气敏感的物料的包覆。
多功能集成,一机完成真空上料、气流分散、流化包覆、送料储存、除尘作业,无需辅助设备。
设备提供产线级产品,另外,我们可以提供小型试验机供客户选择,同时可以为客户提供定制化的参数优化服务。
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