石墨烯包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料分散機(jī)

石墨烯包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料分散機(jī)，鋰離子電池制備設(shè)備研磨分散機(jī)，高剪切研磨分散機(jī)，德國進(jìn)口研磨分散機(jī)，管線式研磨分散機(jī)，高效率研磨分散機(jī)

SGN研磨分散機(jī)設(shè)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(jī)多用，也可以單獨(dú)使用，且粉碎粒度范圍廣，成品粒徑可以進(jìn)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(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備和電動汽車中。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨類負(fù)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(fù)極材料已成當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。 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(diǎn)，有望成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料。然而，硅負(fù)極由于其在鋰的嵌入脫嵌循環(huán)過程中要經(jīng)歷嚴(yán)重的體積膨脹和收縮，造成材料結(jié)構(gòu)的破壞和機(jī)械粉碎，從而導(dǎo)致電極循環(huán)性能的衰退，限制其商業(yè)化應(yīng)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(fù)合三種主要途徑來改善硅基負(fù)極材料循環(huán)性能。其中硅/碳復(fù)合負(fù)極材料受到了Z廣泛關(guān)注。因?yàn)樘钾?fù)極材料本身在充放電過程中的體積變化較小(< 10% )，電子導(dǎo)電性好，且由碳基質(zhì)形成的“緩沖骨架”還能補(bǔ)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(xué)、力學(xué)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(yīng)用潛力，已有不少研究者開展了利用石墨烯復(fù)合來改善鋰離子電極材料電化學(xué)性能的研究。

石墨烯包覆納米硅/石墨微粉復(fù)合負(fù)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(shè)計、循環(huán)性能和大電流放電能力好、振實(shí)密度高的特點(diǎn)。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(jī)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(jìn)行噴霧干燥造球后，在惰性保護(hù)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(fù)合負(fù)極材料。納米硅和石墨微粉中納米硅的質(zhì)量分?jǐn)?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(fù)合負(fù)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。

石墨烯包覆硅碳復(fù)合負(fù)極材料設(shè)備，鋰離子電池制備設(shè)備研磨分散機(jī)，高剪切研磨分散機(jī)，德國進(jìn)口研磨分散機(jī)，管線式研磨分散機(jī)，高效率研磨分散機(jī)

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1 )本發(fā)明的復(fù)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(shí)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(xué)方法還原成石墨烯，然后與其它材料進(jìn)行復(fù)合，過程復(fù)雜，且還原后的石墨烯很容易團(tuán)聚，在與其它材料復(fù)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(jìn)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(diǎn)，在熱處理過程中將氧化石墨烯還原，實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯在硅碳復(fù)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(jìn)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(fù)合時，一般要加入有機(jī)粘結(jié)劑如蔗糖、葡萄粘、樹脂等，這些有機(jī)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(dá)到良好分散，抑制納米硅的團(tuán)聚效應(yīng)，從而使噴霧后復(fù)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(qiáng)度，極優(yōu)的電子導(dǎo)電性，該結(jié)構(gòu)的形成有利于改善硅基負(fù)極材料的低電子導(dǎo)電性，緩解硅基負(fù)極材料在嵌脫鋰過程中的體積效應(yīng)。

(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(xì)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(fù)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(yīng)性強(qiáng)、所得球形顆粒大小可調(diào)、分散性好、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。

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

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

上海思峻的研磨分散機(jī)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(jī)為立式分體結(jié)構(gòu)，精密的零部件配合運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，運(yùn)行噪音在73DB以下。同時采用德國博格曼雙端面機(jī)械密封，并通冷媒對密封部分進(jìn)行冷卻，把泄露概率降到低，保證機(jī)器連續(xù)24小時不停機(jī)運(yùn)行。

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

第yi級由具有精細(xì)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(qiáng)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(shè)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(jī)器的工作頭設(shè)計的不同主要是因?yàn)?/span> 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(xì)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(xué)特征不一樣。狹槽數(shù)、狹槽寬度以及其他幾何學(xué)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(yàn)工作頭來滿 足一個具體的應(yīng)用。在大多數(shù)情況下，機(jī)器的構(gòu)造是和具體應(yīng)用相匹配的，因而它對制造出zui終產(chǎn)品是很重要。當(dāng)不確定一種工作頭的構(gòu)造是否滿足預(yù)期的應(yīng)用。

從設(shè)備角度來分析，影響分散效果因素有以下幾點(diǎn)：

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(xì)齒、超細(xì)齒、越細(xì)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(jī)，流量越小效果越好）

5.循環(huán)次數(shù)（越多效果越好，到設(shè)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(jī)的高轉(zhuǎn)速和剪切率對于獲得超細(xì)微懸浮液是zui重要的

研磨分散機(jī)的優(yōu)勢：

更穩(wěn)定 采用優(yōu)化設(shè)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(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)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(xì)度大小，高線速度的吸料式葉輪提供很強(qiáng)的切割力

更可靠 采用整體式機(jī)械密封，zui大程度上解決了高速運(yùn)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(xì)度控制在設(shè)定范圍之內(nèi)，滿足生產(chǎn)中的粗、細(xì)及超細(xì)濕法粉碎的要求.

GMD2000系列研磨分散機(jī)設(shè)備選型表
 

流量取決于設(shè)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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