锂电池广泛使用的石墨负极材料，其容量发挥已接近其理论比容量（372 mAh/g），需要开发出具有更高比容量的硅碳负极材料。在硅负极材料在充电过程中面临与锂反应时的膨胀和收缩的问题，研磨法纳米硅碳路线，工艺上尚未能达到理论要求解决问题膨胀问题，硅氧路线，消耗一分锂降低首效。CVD硅碳负极路线，通过化学气相沉积，在接孔碳里面用硅烷做化学气象沉积，即将硅材料嵌入碳材料中，形成硅碳复材料，可以有效减少体积膨胀。欢迎大家申请加入硅碳负极微信群。

关于回转炉

CVD硅碳负极制备路线中，常用的设备有回转炉、流化床。CVD设备的基本工作原理是在高温下，气体反应物之间进行化学反应，以此在基片表面形成固态的薄膜层。这些气体反应物被载气带入反应室，在加热的基片上发生反应，逐步沉积下来，最终形成膜层。

▲ 图片来源：咸阳科源新材装备

回转炉是一种用于煅烧的设备，主要用于粉末状物料或矿物的初步加工。该设备设计为可以倾斜和旋转，确保物料均匀加热。回转炉的温控过程可以通过程序进行管理，且能与计算机系统链接，实现远程控制。

▲ 图片来源：临沂东木窑炉设备有限公司

回转炉制备硅碳负极工艺流程

 

▲ 图为 合肥恒力装备有限公司 回转炉

回转炉制备硅碳负极工艺流程的主要由五部分进行

第一部分是预处理。在炉管内通入一定的多孔碳，然后再通入氮气进行气体置换。

第二部分是加热。当氧体小于5 ppm 的时候，按照预定的程序进行升温，升温到一定温度的时候，到了第三部分。

第三部分是硅包覆。开始通入硅烷和氮气的混合气体，硅烷在炉管里面的沉积区域可以受高温分解成单质硅以及氢气，在多孔碳内部进行一些嵌入以及包覆。

第四部分是碳包覆。碳包覆，它的前驱体是用于乙炔和氮气的混合气体。在沉积区之内，那个乙炔受到高温的分解，然后分解成单质碳以及氢气，然后在整个物料的表面再覆盖一层碳。

第五部分是冷却。整个设备整个过程结束就进入最后一步，先采用的就是自然降温，然后降温到一定程度的时候，然后再启动风冷降温，开启它的降温的速率。

▲ 图为 合肥恒力装备 负极材料专用烧结炉及应用现场

值得注意的是，回转炉的核心技术分别是在物料的均匀性和气温的控制技术。

物料的均匀性是由于整个物料在炉管在炉管内，物料要实现它的均匀包覆的话，对炉管的内部结构要求较高，因此对于炉管的优化升级有利于提升效率。

另一方面气温的控制技术，由于在制备过程中会通入硅烷气体，暴露在空气中，硅烷浓度在小于1%时不燃，大于3%时自燃,1%-3%时可能燃烧，比如1.7%时遇到明火会发生爆炸。因此安全性是重要的考虑因素，针对此类高特殊工艺气体输送，而研发的气氛系统能够对硅烷一定程度上的控制。

 

设备企业（排名不分先后）

 

▲ 图源：合肥恒力装备

● 咸阳科源新材装备有限公司：成功研发锂电池正负级材料煅烧窑炉、5G陶瓷滤波器烧结设备、大型喷雾干燥器、大型球磨机、连续球磨机、全自动压砖机、高压陶瓷柱塞泵等。

▲ 图源：咸阳科源新材装备

● 咸阳鸿峰窑炉设备有限公司：公司针对稀土功能材料，高性能靶材，先进储能材料，电子陶瓷材料，先进碳材料，以及高端金属结构材料等新兴材料的专用炉开发和设计，其中有硅碳负极专用气相沉积中试炉、硅碳负极连续式烧结炉等。

● 临沂博鼎智能装备有限公司：专业从事于锂电池正负极材料磷酸铁锂、硅负极（氧化亚硅、纳米硅、多孔硅）、新型硅碳、石墨、分子筛、碳纳米管等材料的高温烧结、化学气相沉积（碳包覆，硅沉积）、气相沉积碳调孔等工艺所需高温烧结设备、硬碳材料干燥，高温烧结碳化，气相沉积设备系统的研发、生产与销售，各类材料高温烧结设备的技术改造升级，合作开发，物料实验等服务。

▲ 图源：临沂博鼎智能装备

● 临沂东木窑炉设备有限公司：致力于锂电池正负极材料磷酸铁锂、硅负极（氧化亚硅、纳米硅、多孔硅）、石墨、磷酸钛钠，分子筛（psa分子筛）、碳纳米管等材料的高温烧结、化学气相沉积（CVD碳包覆）、CVD碳调孔等工艺所需烧结设备、CVD设备系统的研发与销售。

▲图源：临沂东木窑炉设备有限公司

文章部分内容来源：合肥恒力装备、咸阳科源新材装备

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原文始发于微信公众号（锂电产业通）：回转炉及CVD制备硅碳负极材料工艺路线介绍