[发明专利]球形硅碳负极材料及其制备方法和装置、锂电池负极和锂电池

权利要求书

1.一种球形硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将沥青与球形石墨及纳米硅粉混合均匀，得到硅碳混合浆料；

(2)将所述硅碳混合浆料经喷雾炭化成球，得到含硅炭微球和高温油气的混合物；

(3)将所述混合物进行气固分离，得到球形硅碳负极材料；

其中，所述含硅炭微球的粒径为3-20μm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述硅碳混合浆料的制备条件如下：将沥青以1-10℃/min的升温速率从室温升温至260-350℃，搅拌均匀并加入纳米硅粉和球形石墨，超声处理后，恒温搅拌1-4h。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述原料沥青为煤液化沥青、石油沥青、煤焦化沥青和天然沥青中至少一种；

和/或，所述球形石墨的粒径为5-10μm，所述纳米硅粉的粒径为10-100nm；

和/或，所述沥青、球形石墨及纳米硅粉的质量比为10:(3-5):(4-7)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述喷雾炭化成球的温度为800-1000℃，压力为0.3-3MPa。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，在步骤(4)中，所述气固分离的过程包括：在高温旋风的作用下，将所述含硅炭微球和高温油气的混合物进行旋风分离，得到所述硅碳微球和第一高温油气；

优选地，所述高温旋风的温度为800-1000℃，气体进口速度为10-25m/s；

优选地，所述气固分离的过程还包括：将所述第一高温油气经滤膜进行膜过滤分离，得到所述硅碳微球和高温油气；

优选地，所述膜过滤分离的温度为800-1000℃，滤膜孔径为1-10μm。

6.一种球形硅碳负极材料，其特征在于，通过权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到，其中，所述球形硅碳负极材料的球形度不低于0.9。

7.一种锂电池负极，包含集流体和负载在所述集流体上的负极材料，其特征在于，所述负极材料包含权利要求6所述的负极材料。

8.一种锂电池，其特征在于，所述负极为权利要求7所述的锂电池负极。

9.一种锂离子电池用球形硅碳负极材料的制备装置，其特征在于，包括依次连通的硅碳混合浆料预制单元(10)，喷雾炭化成球单元(20)和气固分离单元(30)；

其中，所述硅碳混合浆料预制单元(10)包括原料预混系统(11)，以及和原料预混系统(11)的出口连通的硅碳混合浆料进料系统(12)；

其中，所述喷雾炭化成球单元(20)包括与硅碳混合浆料进料系统(12)的出口相连通的喷雾塔，加热器(22)、布风盘及热载体高温载气进口(23)、和所述喷雾产物出口(24)；其中，所述喷雾塔的顶端设有喷嘴(21)。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，喷雾塔高度为3-8m，优选为5-7m，喷雾塔直径为1-2m；

优选地，所述喷嘴(21)的喷孔直径为为0.3-1.5mm，喷射角为60-90°。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，所述气固分离单元(30)包括：

通过所述喷雾产物出口(24)和喷雾塔相连通旋风分离设备(31)，所述旋风分离设备(31)设置有所述喷雾产物进口、球形硅碳负极材料出口和旋风出口；以及

膜过滤装置(32)，所述膜过滤装置(32)设置有膜过滤进口、球形硅碳负极材料出口和膜过滤气体产物出口，所述膜过滤进口与所述旋风出口相连；以及

喷淋冷凝装置(33)，所述喷淋冷凝装置(33)设置有喷淋冷凝进口、喷淋塔、储油罐、泵和所述气体产物出口，所述喷淋冷凝进口与所述膜过滤气体产物出口相连。