石墨烯包覆硅碳復合負極材料分散機 返回列表頁

石墨烯包覆硅碳復合負極材料分散機，鋰離子電池制備設備研磨分散機，高剪切研磨分散機，德國進口研磨分散機，管線式研磨分散機，高效率研磨分散機

SGN研磨分散機設計*，能夠延長易損件的使用時間，因此尤其適合高硬度和高純度物料的粉碎?？梢砸粰C多用，也可以單獨使用，且粉碎粒度范圍廣，成品粒徑可以進行調(diào)整。

鋰離子電池以其能量密度大、工作電壓高、自放電率小、體積小、重量輕，循環(huán)壽命長等優(yōu)勢廣泛應用于各種便攜式電子設備和電動汽車中。目前商業(yè)化的鋰離子電池負極材料主要為石墨類負極材料，但因其理論比容量僅為372mAh/g，逐漸不能滿足人們對高能量密度電池的需求。因此開發(fā)高比容量、高充放電效率、高循環(huán)穩(wěn)定性的新型負極材料已成當前研究的熱點。 近年來硅的高理論比容量(4200mAh/g)和低嵌鋰電位引起人們的廣泛關(guān)注，此外硅還具有儲量豐富，成本低，環(huán)境友好等優(yōu)點，有望成為下一代鋰離子電池負極材料。然而，硅負極由于其在鋰的嵌入脫嵌循環(huán)過程中要經(jīng)歷嚴重的體積膨脹和收縮，造成材料結(jié)構(gòu)的破壞和機械粉碎，從而導致電極循環(huán)性能的衰退，限制其商業(yè)化應用。為了解決這些問題，目前主要通過硅顆粒納米化，硅與其它金屬合金化，硅與惰性或活性基質(zhì)復合三種主要途徑來改善硅基負極材料循環(huán)性能。其中硅/碳復合負極材料受到了Z廣泛關(guān)注。因為碳負極材料本身在充放電過程中的體積變化較小(< 10% )，電子導電性好，且由碳基質(zhì)形成的“緩沖骨架”還能補償硅顆粒的體積膨脹，維持納米硅的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而使材料的循環(huán)性能明顯改善。同時，石墨烯作為一種新型碳納米材料，由單層SP2碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)。研究表明，石墨烯具有優(yōu)異的電學、力學性能，高的理論比表面積，這些特性決定了其在鋰離子電池領(lǐng)域的巨大應用潛力，已有不少研究者開展了利用石墨烯復合來改善鋰離子電極材料電化學性能的研究。

石墨烯包覆納米硅/石墨微粉復合負極材料的制備方法，制備過程簡單，材料內(nèi)部納米硅和石墨微粉分布均勻，通過本發(fā)明的方法制得的材料具有可逆容量大、容量可設計、循環(huán)性能和大電流放電能力好、振實密度高的特點。方法包括以下步驟將納米硅和石墨微粉加入到氧化石墨烯分散液中，并加入分散劑，SGN研磨分散機處理以形成懸浮液，氧化石墨烯納米硅和石墨微粉的質(zhì)量比為I 5:20 ;將懸浮液進行噴霧干燥造球后，在惰性保護氣氛下經(jīng)500 80(TC熱處理，得到經(jīng)熱還原的石墨烯包覆的納米硅和石墨微粉復合負極材料。納米硅和石墨微粉中納米硅的質(zhì)量分數(shù)為10% 30%。氧化石墨烯分散液采用Hrnnmer法制備得到。分散劑為聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、丙二醇中的至少一種。
所述納米硅為I 500nm硅粉，所述石墨微粉為O. 5 5 μ m人工石墨、天然石墨或石墨化中間相碳微球中的至少一種。所述的噴霧干燥的溫度為170 200°C。所得復合負極材料，石墨烯包覆在外層，內(nèi)部為納米硅和石墨微粉，顆粒形狀為類球形。平均粒徑大小可以在5 30 (優(yōu)選為I 10 μ m)范圍內(nèi)變化。

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本發(fā)明的優(yōu)點在于(1 )本發(fā)明的復合材料在制備過程中首先噴霧干燥造球?qū)⒀趸┌{米硅和石墨微粉外層，造球過程中不需添加額外粘結(jié)劑，再經(jīng)熱處理過程中將外層氧化石墨烯熱還原為石墨烯，制備過程簡單方便實用。而現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)方法需要先將氧化石墨烯通過化學方法還原成石墨烯，然后與其它材料進行復合，過程復雜，且還原后的石墨烯很容易團聚，在與其它材料復合時很難分散。本發(fā)明中巧妙利用將硅、石墨材料造球后需要進行熱處理，且體系中所含的石墨在熱處理過程中能夠形成還原性氣氛的特點，在熱處理過程中將氧化石墨烯還原，實現(xiàn)氧化石墨烯在硅碳復合材料中原位還原。

(2)采用石墨烯將石墨微粉與納米硅包裹，造球過程中不需添加粘結(jié)劑提高活性物質(zhì)含量，進行提高材料可逆比容量。傳統(tǒng)方法將石墨與納米硅造粒復合時，一般要加入有機粘結(jié)劑如蔗糖、葡萄粘、樹脂等，這些有機物在后續(xù)熱過程中會分解產(chǎn)生氣體并得到熱解碳，使材料密度降低、比表面積增大，增加了材料的不可逆容量、降低*充放電效率。

(3)分散劑的加入，有利于納米硅和石墨微粉在氧化石墨烯分散液中達到良好分散，抑制納米硅的團聚效應，從而使噴霧后復合材料顆粒內(nèi)部納米硅和石墨微粉分布均勻；

(4)噴霧造球后再熱處理形成外層為石墨烯，內(nèi)部為納米硅/石墨微粉的類球形結(jié)構(gòu)。因石墨烯具有巨大的理論比表面積，良好的柔韌性和強度，極優(yōu)的電子導電性，該結(jié)構(gòu)的形成有利于改善硅基負極材料的低電子導電性，緩解硅基負極材料在嵌脫鋰過程中的體積效應。

(5)本發(fā)明采用噴霧干燥制備納/微米級球形核殼結(jié)構(gòu)顆粒時，將不溶解的納米硅和石墨微粉，在分散劑的作用下，均勻分散于氧化石墨烯分散液中，形成的懸浮液通過霧化器霧化成細小的含核液滴，并與噴入的熱空氣充分接觸，使得溶劑迅速汽化，從而收集得到復合材料前驅(qū)體，再經(jīng)熱處理，即得石墨烯包覆的類球形核殼結(jié)構(gòu)固體顆粒(見說明書附圖1)。噴霧干燥還具備可一步成球，時間短、效率高、對原料的適應性強、所得球形顆粒大小可調(diào)、分散性好、操作簡單等優(yōu)點。

(6)由于噴霧干燥制得的鋰離子電池復合負極材料為球形顆粒，所以材料的振實密度得到提高，從而能量密度得到提高。

(7)硅碳復合材料中，硅的比容量很大，約為石墨類負極材料的10倍，是決定復合材料容量的關(guān)鍵活性物質(zhì)。可根據(jù)實際需要，通過設計硅在復合材料中的含量來決定復合材料的容量。因此，本發(fā)明方法簡單易行，實用化程度高，制備的硅碳復合材料具有可逆容量大、容量可設計、循環(huán)性能和大電流放電能力好、振實密度高等優(yōu)點。

上海思峻的研磨分散機特別適合于需要研磨分散均質(zhì)一步到位的物料。研磨分散機為立式分體結(jié)構(gòu)，精密的零部件配合運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，運行噪音在73DB以下。同時采用德國博格曼雙端面機械密封，并通冷媒對密封部分進行冷卻，把泄露概率降到低，保證機器連續(xù)24小時不停機運行。

GMD2000系列研磨分散機的結(jié)構(gòu)：研磨式分散機是由錐體磨,分散機組合而成的高科技產(chǎn)品。

第yi級由具有精細度遞升的三級鋸齒突起和凹槽。定子可以無限制的被調(diào)整到所需要的與轉(zhuǎn)子之間的距離。在增強的流體湍流下，凹槽在每級都可以改變方向。

第二級由轉(zhuǎn)定子組成。分散頭的設計也很好地滿足不同粘度的物質(zhì)以及顆粒粒徑的需要。在線式的定子和轉(zhuǎn)子（乳化頭）和批次式機器的工作頭設計的不同主要是因為 在對輸送性的要求方面，特別要引起注意的是：在粗精度、中等精度、細精度和其他一些工作頭類型之間的區(qū)別不光是轉(zhuǎn)子齒的排列，還有一個很重要的區(qū)別是 不同工作頭的幾何學特征不一樣。狹槽數(shù)、狹槽寬度以及其他幾何學特征都能改變定子和轉(zhuǎn)子工作頭的不同功能。根據(jù)以往的慣例，依據(jù)以前的經(jīng)驗工作頭來滿 足一個具體的應用。在大多數(shù)情況下，機器的構(gòu)造是和具體應用相匹配的，因而它對制造出zui終產(chǎn)品是很重要。當不確定一種工作頭的構(gòu)造是否滿足預期的應用。

從設備角度來分析，影響分散效果因素有以下幾點：

1.研磨頭的形式（批次式和連續(xù)式）（連續(xù)式比批次式要好）

2.研磨頭的剪切速率，（越大效果越好）

3.研磨的齒形結(jié)構(gòu)（分為初齒、中齒、細齒、超細齒、越細齒效果越好）

4.物料在分散墻體的停留時間、研磨分散時間（可以看作同等電機，流量越小效果越好）

5.循環(huán)次數(shù)（越多效果越好，到設備的期限就不能再好了。）

線速度的計算：

剪切速率的定義是兩表面之間液體層的相對速率。

剪切速率 (s-1) =      v  速率 (m/s)   
               g 定-轉(zhuǎn)子 間距 (m)

由上可知，剪切速率取決于以下因素：

轉(zhuǎn)子的線速率

在這種請況下兩表面間的距離為轉(zhuǎn)子-定子 間距。 
SGN 定-轉(zhuǎn)子的間距范圍為 0.2 ~ 0.4 mm  

速率V=  3.14 X  D（轉(zhuǎn)子直徑）X 轉(zhuǎn)速 RPM  /   60

 所以轉(zhuǎn)速和分散頭結(jié)構(gòu)是影響分散的一個zui重要因素，研磨分散機的高轉(zhuǎn)速和剪切率對于獲得超細微懸浮液是zui重要的

研磨分散機的優(yōu)勢：

更穩(wěn)定 采用優(yōu)化設計理念，將先jin的技術(shù)與創(chuàng)xin的思維有效融合，并體現(xiàn)在具體的設備結(jié)構(gòu)設計中，為設備穩(wěn)定運行提供了保證.

新結(jié)構(gòu) 通過梳齒狀定子切割破碎，縫隙疏密決定細度大小，高線速度的吸料式葉輪提供很強的切割力

更可靠 采用整體式機械密封，zui大程度上解決了高速運轉(zhuǎn)下的物料泄漏以及冷卻介質(zhì)污染等問題，安裝與更換方便快捷.

新技術(shù) 采用國ji先jin的受控切割技術(shù)，將纖維類物料粉碎細度控制在設定范圍之內(nèi)，滿足生產(chǎn)中的粗、細及超細濕法粉碎的要求.

GMD2000系列研磨分散機設備選型表
 

流量取決于設置的間隙和被處理物料的特性，可以被調(diào)節(jié)到zui大允許量的10%

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