[发明专利]一种氧化铝包覆纳米硅及其连续化制备方法和系统

说明书

本发明提供一种氧化铝包覆纳米硅及其连续化制备方法和系统，所述方法包括：S1：将纳米硅和分散剂送入分散装置中制成纳米硅分散浆料，并且在缓冲液制备装置中配制缓冲溶液；S2：将所述纳米硅分散浆料和所述缓冲溶液输送到反应釜中，形成混合浆料，调节反应釜中混合浆料的pH在3.5‑5.5并保持pH稳定，然后对混合浆料进行加热，加热至60‑90℃；S3：向反应釜中加入包覆前驱体材料，进行纳米硅的包覆反应；S4：终止包覆反应，将包覆后的纳米硅从反应釜中移出。本发明实现了连续化制备氧化铝包覆纳米硅，并且制得的氧化铝包覆纳米硅具有良好的电化学性能，能够用作锂离子电池中的负电极活性材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种氧化铝包覆纳米硅及其连续化制备方法和系统。

背景技术

在现有的二次电化学储能装置中，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、成本相对较低、无记忆效应等特点，目前已被广泛应用于各种消费力电子设备、储能电池以及电动电池中。当前主流锂离子电池的负极依然为理论比容量为372mAh/g的石墨负极材料，其在实际电池中的容量已经接近极限容量。在碳中和的大背景下，锂离子电池作为公认的最合适大规模应用的新能源储能技术之一，因此面临更大的应用市场和更加苛刻的技术挑战。

为应对锂离子电池能量密度的提升，开发可大规模生产的高容量新型锂离子电池负极材料成为重点任务之一。相比石墨材料，硅的理论容量达到4200mAh/g，是最具发展潜力的下一代高容量锂离子电池负极材料。但硅材料在锂离子电池的实际应用中，其在脱、嵌锂过程中产生巨大的体积膨胀，导致整体材料结构随着充放电不断膨胀收缩而发生坍塌，因此无法形成稳定的固体电解质界面层（SEI），导致其容量随着充放电迅速衰减。目前为解决上述问题，采用表面包覆、结构复合等方法以便改善硅负极材料的循环稳定性。

在实际应用和开发中表面改性包覆可以显著提升纳米材料的界面性能。针对硅负极材料的碳包覆研究已经很多，但无法从根本上很好的解决硅材料的稳定性；而采用氧化铝包覆是一个效果明显的包覆技术手段，该包覆层有助于硅基负极材料表面形成更稳定的SEI层。已提出的通过原子层沉积（ALD）技术包覆氧化铝可以达到原子级别的均匀包覆，但该技术方案需要使用易燃易爆的有机铝化合物和昂贵复杂的ALD系统；同时纳米硅的极易团聚的特性使得ALD技术在纳米硅负极材料在规模生产下很难实现对纳米硅粉体材料的均匀包覆；而ALD技术的特点使得该技术在应用到纳米粉体材料的包覆时很难做到连续批量化，因此利用ALD技术对纳米硅做氧化铝包覆面临成本高、规模化难度大、粉体难以保证包覆均匀性等难题。

对比ALD技术，纳米硅在液相下利用固液界面的表面特性可以实现更加充分的分散，因此能保证更加优异更均匀的包覆效果，尤其是在大规模制备过程中，纳米硅粉体的充分分散是实现对纳米硅表面均匀包覆的重要提前；而包覆层的可控性和均一性则是保证批量化生产中保证材料批次稳定的重要影响因素。因此开发一种简单可控、可实现连续化规模制备氧化铝包覆纳米硅的方法以及系统具有很强的现实技术意义。

现有技术中已知采用液相和ALD技术对纳米硅进行氧化铝包覆。有人公开了一种方法，该方法包括在高温下对纳米硅进行预氧化，再在铝粉和锡粉的进行热处理，最后用酸进行处理得到氧化铝包覆的硅材料，该制备过程使用到了酸，同时需要高温设备增加了材料制备能耗。还有人提出的方法则是原子层沉淀技术（ALD）通过对负载于石墨上的纳米硅材料进行金属氧化包覆，其中包含氧化铝材料，该方法涉及复杂的ALD技术系统，在实现连续化生产方面存在的障碍和难度，而且，氧化铝包覆层最终将通过酸被清洗掉。

故如何提供一种低成本、可连续化生产氧化铝包覆纳米硅的方法，且制备得到的氧化铝包覆纳米硅还要具有优秀的电化学性能，是亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种可以低成本、连续化且可规模化制备氧化硅均匀包覆纳米硅材料的方法和系统，该氧化铝包覆纳米硅材料可用作锂离子电池中的负电极活性材料。

具体通过以下技术方案实现：