一种含镁一氧化硅的制备方法
阅读说明：本技术 一种含镁一氧化硅的制备方法 (Preparation method of magnesium-containing silicon monoxide ) 是由 王立卓 王宇飞 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种含镁一氧化硅的制备方法,包括原料：二氧化硅粉、金属硅粉、金属镁粉和粘结剂：制备如下：a.将上述原料按照重量份数称取；b.将二氧化硅粉、金属硅粉和金属镁粉放入到混合器中充分混合,制得混合物A；c.粘结剂加入到混合器中与混合物A进行混合,d.混合料通过压力机成型,成型后干燥至水份≤1％,e.将干燥后料放入到真空烧结炉中,抽真空加热反应,反应结束后充入N-(2)进行冷却到200℃以下得到产品。本发明不仅提高锂电池负极材料能量密度,还能让电池首效达到88—92％,让真空烧结炉冷却时间缩短三分之一,改善操作人员劳动强度,降低含镁一氧化硅生产成本,提高含镁一氧化硅生产过程中效率,本发明也适用于一氧化硅生产。(The invention discloses a preparation method of magnesium-containing silicon monoxide, which comprises the following raw materials: silicon dioxide powder, metal silicon powder, metal magnesium powder and a binder: the preparation method comprises the following steps: a. weighing the raw materials in parts by weight; b. putting silicon dioxide powder, metal silicon powder and metal magnesium powder into a mixer for fully mixing to prepare a mixture A; c. adding a binder into a mixer to mix with the mixture A, d, forming the mixture by a press, drying the formed mixture until the moisture content is less than or equal to 1%, e, putting the dried material into a vacuum sintering furnace, vacuumizing, heating and reacting, and filling N after the reaction is finished 2 Cooling to below 200 ℃ to obtain the product. The invention not only improves the energy density of the lithium battery cathode material, but also enables the first effect of the battery to reach 88-92 percent, shortens the cooling time of the vacuum sintering furnace by one third, improves the labor intensity of operators, reduces the production cost of the magnesium-containing SiO, improves the efficiency in the production process of the magnesium-containing SiO, and is also suitable for the production of the SiO.)
技术领域
本发明涉及电池负极材料技术领域，具体为一种含镁一氧化硅的制备方法。
背景技术
一氧化硅具有高的能量密度，使用在锂电池负极材料时，可能极大地提高电池的能量密度，而且供膨胀体积定比添加全度硅粉小得多，因此经国内的北京和企业的研究，一致认为是一个具有广泛应用前景的锂电池负极材料，应在石墨负极材料中添加8—30％，但是在应用中发现添加一氧化硅后的负极材料的电池首效库伦电流率较低，为了克服这一缺点，我们试验成功了含镁一氧化硅负极材料，可使电池的首效库伦电流效率提高到88％以上。
锂离子电池由于具有电压高、比能量高、循环寿命长的优点而受到广泛应用；但同时，以石墨等材料为负极的锂离子电池，理论容量仅有375mAhg-1。随着便携电子设备性能越来越强大，提高锂离子电池的能量密度与循环寿命成为了越来越紧迫的需求。
根据专利202010696593.5，可知含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料的制备方法：将一氧化硅颗粒和硅颗粒加入到无水乙醇中混合，超声分散；加入树脂，加热使树脂溶解，搅拌研磨，喷雾干燥；热处理，使树脂先发泡再碳化；在表面放置镁片，真空条件下热处理；放入化学气相沉积炉中，进行表面碳沉积，即成。本发明所得含镁一氧化硅/硅@树脂碳/CVD碳材料具有独特的双层包覆结构，小粒径一氧化硅和硅化镁均匀分散在碳材料中，用于制作锂离子电池负极，锂化速率提高3—4.5倍；本发明制备方法，操作简单，成本低，易于工业化生产；所得电池负极材料能大幅度提高锂离子电池的首次库伦效率，延长其使用寿命。
目前，现有的一氧化硅负极材料还存在着一些不足的地方，例如；现有的一氧化硅作为锂电池负极材料时虽然能量密度大大提高，但电池的首效不能达到88—92％，因此大大降低了一氧化硅在负极材料中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含镁一氧化硅的制备方法，解决了背景技术中所提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含镁一氧化硅的制备方法，包括以下原料：二氧化硅粉、金属硅粉、金属镁粉和粘结剂：
制备步骤如下：
a.将上述原料按照重量份数称取，二氧化硅粉：金属硅粉：金属镁粉的配比为56.5—61：28.5—31：8—15(重量百分比)；
b.待步骤a完成后，再将二氧化硅粉、金属硅粉和金属镁粉放入到混合器中充分混合，混合时的转速为1200—1500r/min，混合时间为10—20min，制得混合物A；
c.待步骤b完成后，再将粘结剂加入到混合器中与混合物A进行充分混合，混合时的转速为800—900r/min，混合时间为15—25min，混合时的温度为10—40℃，制得混合物B；
d.待步骤c完成后，再将制备好的混合物B放置在压力机上压制成球状或块状，接着对制备好的原料球或块进行干燥至含水份≤1％；
e.待步骤d完成后，再将干燥后的原料球或块放入到真空烧结炉中，并且进行负压高温反应，真空度在0—20Pa，温度在1200℃—1400℃，进行反应8—20h，而后停止加热，逐渐冷却炉温，并向真空烧结炉中充入N2进行冷却到200℃以下，即得含镁一氧化硅产品。
作为本发明的一种优选实施方式，所述二氧化硅粉、金属硅粉和金属镁粉的原料粒度均为负200目≥95％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述粘结剂为不含任何金属离子的羧甲醛纤维素的碳水混合物，加入量为二氧化硅粉、金属硅粉和金属镁粉总重量的0.1—2％，再加水制成羧甲醛纤维素溶液，溶液浓度为2—5％(重量百分浓度)。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤e中真空烧结炉为双层夹套密封，内炉管为锆钢玉材料的圆管，内炉管的尺寸为DN350—450*1200—1400mm，可装入物料65—75kg，反应后制得成品50kg左右。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤e中真空烧结炉采用二级真空泵实现负压操作，真空度为0—20Pa，采用钼丝加热，真空烧结炉反应温度为1200—1400℃，真空烧结炉反应的时间为8—20h。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤e中的真空烧结炉反应后冷却时充入N2进行冷却，降温到200℃时出炉，N2的纯度为99.9％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述步骤e中制得的含镁一氧化硅产品中镁含量为4.5—15％，本发明也适用于一氧化硅的生产。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明制得的含镁一氧化硅产品为Mg—Si—O其中Mg的含量为4.5—15％，最佳值为8—12％，该产品不仅大大地提高了锂电池负极材料的能量密度，而还能让电池的首效达到88—92％。
2、本发明通过向真空烧结炉中通入N2，能有效的让真空烧结炉的冷却时间缩短三分之一，改善了操作人员的劳动强度，降低了含镁一氧化硅的生产成本，提高了含镁一氧化硅生产过程中的效率，节能降耗显著。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种含镁一氧化硅的制备方法的流程图。
具体实施方式
本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供一种技术方案：一种含镁一氧化硅的制备方法，包括以下原料：二氧化硅粉、金属硅粉、金属镁粉和粘结剂：
制备步骤如下：
a.将上述原料按照重量份数称取，二氧化硅粉：金属硅粉：金属镁粉的配比为56.5—61：28.5—31：8—15(重量百分比)；
b.待步骤a完成后，再将二氧化硅粉、金属硅粉和金属镁粉放入到混合器中充分混合，混合时的转速为1200—1500r/min，混合时间为10—20min，制得混合物A；
c.待步骤b完成后，再将粘结剂加入到混合器中与混合物A进行充分混合，混合时的转速为800—900r/min，混合时间为15—25min，混合时的温度为10—40℃，制得混合物B；
d.待步骤c完成后，再将制备好的混合物B放置在压力机上压制成球状或块状，接着对制备好的原料球或块进行干燥至含水份≤1％；
e.待步骤d完成后，再将干燥后的原料球或块放入到真空烧结炉中，并且进行负压高温反应，真空度在0—20Pa，温度在1200℃—1400℃，进行反应8—20h，而后停止加热，逐渐冷却炉温，并向真空烧结炉中充入N2进行冷却到200℃以下，即得含镁一氧化硅产品。
进一步，二氧化硅粉、金属硅粉和金属镁粉的原料粒度均为负200目≥95％。
进一步，粘结剂为不含任何金属离子的羧甲醛纤维素的碳水混合物，加入量为二氧化硅粉、金属硅粉和金属镁粉总重量的0.1—2％，再加水制成羧甲醛纤维素溶液，溶液浓度为2—5％(重量百分浓度)。
进一步，步骤e中真空烧结炉为双层夹套密封，内炉管为锆钢玉材料的圆管，内炉管的尺寸为DN350—450*1200—1400mm，可装入物料65—75kg，反应后制得成品50kg左右。
进一步，步骤e中真空烧结炉采用二级真空泵实现负压操作，真空度为0—20Pa，采用钼丝加热，真空烧结炉反应温度为1200—1400℃，真空烧结炉反应的时间为8—20h。
进一步，步骤e中的真空烧结炉反应后冷却时充入N2进行冷却，降温到200℃时出炉，N2的纯度为99.9％。
进一步，步骤e中制得的含镁一氧化硅产品中镁含量为4.5—15％，本发明也适用于一氧化硅的生产。
实施例一
称取68kg纯度为99％的二氧化硅粉(<200目)放入混合器中，再加入33kg金属硅粉(<200目，纯度为99％)，再加入12kg金属金属镁粉(<200目，纯度为99％)充分混合后，放入压碾机中喷入6kg、2％的羧甲醛纤维素溶液，然后将物料分次加入成型机漏斗中，压制成料球或料块，再进行干燥到1％水分以下后装入真空烧结炉炉管内，约65kg左右再关闭法兰密封，开启真空泵抽真空到≤10Pa下，温度为1250—1350℃下反应8—12h(可在真空烧结炉观察孔观察)，再将真空烧结炉停止加热，冷却降温，若自然抽真空需30h以上才能达到200℃出料浓度，用N2冷却降温达到200℃仅需8—10h，制得产品51kg。
产品含镁量及杂质成分表1如下：
实施例一含镁一氧化硅数据参数表2如下：
实施例二含镁一氧化硅数据参数表3如下：
综上述，参照表1、表2和表3的数据对比得到，本发明制得的含镁一氧化硅产品为Mg—Si—O其中Mg的含量为4.5—15％，最佳值为8—12％，该产品不仅大大地提高了锂电池负极材料的能量密度，而还能让电池的首效达到88—92％。本发明通过向真空烧结炉中通入N2，能有效的让真空烧结炉的冷却时间缩短三分之一，改善了操作人员的劳动强度，降低了含镁一氧化硅的生产成本，提高了含镁一氧化硅生产过程中的效率，节能降耗显著。
从上可见，本发明是一个环境十分友好的生产方法，全过程中无废气排出，无废渣生成，冷却用水循环使用，即无三废。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明的制备方法也适用于一氧化硅产品的制备。