1. 項目背景
一(yi)家新能源材(cai)料公司致力于(yu)開發新一(yi)代高(gao)容量鋰電(dian)池負極材(cai)料。純硅的理(li)論容量遠高(gao)于(yu)傳統石墨(mo)，但在充放電(dian)過程(cheng)中體積(ji)膨(peng)脹巨大（約300%），導致材(cai)料粉化，電(dian)池循環壽(shou)命急劇下降。為解決這(zhe)一(yi)問題，該公司計劃開發一(yi)種納(na)米(mi)硅/碳復合微(wei)球(qiu)：

核心：納(na)米(mi)硅顆粒（提供高容量）

基(ji)質：無定(ding)形碳（緩沖體積膨脹，提供導電網絡）

結構：微球(qiu)形態（提高振實密度，改善加工流動性(xing)）

噴霧干燥機是(shi)實現這一結構的理想(xiang)設備。

2. 工藝挑戰與需求
漿(jiang)料(liao)制備：需要將納(na)米硅粉、石墨烯/碳(tan)納(na)米管（CNTs）、導電碳(tan)黑、瀝(li)青（碳(tan)源）等(deng)均勻分(fen)散在溶(rong)劑（如水或(huo)乙醇(chun)）中，形成穩定、可泵送的(de)懸(xuan)浮液。

防止團(tuan)(tuan)聚：納米(mi)顆粒極(ji)易團(tuan)(tuan)聚，需要在干燥(zao)過程中(zhong)保持其納米(mi)特(te)性(xing)均勻(yun)分布(bu)在微球內。

結構控制：需要**控制干(gan)燥工(gong)藝參數，以獲得實心或中空的微(wei)球(qiu)形貌(mao)，并保證粒徑分布(bu)集中。

溶(rong)劑回(hui)收(shou)：如果使用(yong)有機溶(rong)劑（如NMP），需(xu)要配備閉路循環和溶(rong)劑回(hui)收(shou)系統，保證(zheng)安(an)全與成本(ben)。

后續處(chu)理：噴霧干燥后的(de)(de)產(chan)物(wu)通常需要經過一步碳(tan)化熱處(chu)理，使瀝青(qing)碳(tan)化形成(cheng)堅固的(de)(de)碳(tan)框(kuang)架(jia)。

3. 設備選型與配置
該公司選用了一臺實驗室閉路循環噴霧干燥機，其主要配置包括：

干燥塔：材質為316不銹(xiu)鋼，帶冷壁夾層（防止熱敏(min)材料(liao)粘壁），配有(you)觀察鏡和清洗口。

霧化器：二流體霧化器。這是關鍵選擇，因為二流體(ti)霧化器(qi)能更(geng)好(hao)地處理含固(gu)體顆粒的(de)漿料，并能產生(sheng)粒度(du)分(fen)布更(geng)均勻的(de)液滴，*終得到粒徑一(yi)致性(xing)更(geng)好(hao)的(de)微球(qiu)。

加(jia)(jia)熱系統(tong)：電加(jia)(jia)熱，PID**控溫，**溫度范圍：室溫 ~ 300°C（根據溶劑和(he)材(cai)料(liao)耐(nai)受性調節）。

氣固分離(li)系統：兩級旋風(feng)分離(li)器 + 袋式過(guo)濾器，確(que)保高收(shou)率收(shou)集(ji)細微(wei)產(chan)品。

閉路循(xun)環系統：配(pei)備冷(leng)凝器，用(yong)于冷(leng)凝和回收有機溶劑（本(ben)例假設使用(yong)乙醇(chun)），并用(yong)惰性(xing)氣(qi)體（如氮氣(qi)）作為(wei)干燥介質(zhi)，防(fang)止材料在高溫下氧(yang)化。

進(jin)料系(xi)統：蠕(ru)動泵或螺桿(gan)泵，可**控制漿(jiang)料進(jin)料速率，保(bao)持過程穩(wen)定。

控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)：PLC觸摸屏控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)，可實時記錄(lu)和調節**溫度、出(chu)口溫度、進料速(su)度、霧化(hua)器轉速(su)、系統(tong)風壓等關鍵參數。

4. 工藝流程簡述
漿料制(zhi)備：將納(na)米硅粉、碳納(na)米材(cai)料、瀝青粉末按一(yi)定(ding)質量比加入到乙醇溶劑(ji)中，加入分散(san)劑(ji)，通過高速剪切和球磨，制(zhi)備出固含量約為20%-30%的穩定(ding)、均(jun)質漿料。

噴霧干燥：

開啟設備，用氮氣系(xi)統。

設定(ding)**溫度：200°C，出(chu)口溫度：80-90°C。

啟動霧(wu)化(hua)器，設定轉速：20000 rpm（根據目標微球(qiu)(qiu)粒徑調整，轉速越(yue)高，液滴越(yue)小，微球(qiu)(qiu)越(yue)細）。

啟動(dong)進(jin)料(liao)泵(beng)，以 500 mL/h 的速率將(jiang)漿料(liao)送入霧(wu)化器。

漿料被離心力(li)霧化成(cheng)無數細小(xiao)液滴(di)，在熱(re)氮氣環境(jing)中(zhong)瞬間干燥(zao)。乙醇(chun)溶劑迅(xun)速(su)蒸發，留下(xia)由納米硅和碳前(qian)驅體組成(cheng)的(de)球(qiu)形顆粒。

干燥后的粉(fen)末通過旋風分離器和布袋(dai)收(shou)集(ji)到收(shou)集(ji)瓶中。

揮發的(de)乙醇蒸汽被冷凝(ning)回收，純化(hua)后(hou)可重復使用。

后處(chu)理(li)：將收集到的(de)復(fu)合(he)(he)粉(fen)末在管(guan)式爐中(zhong)，在氬氣保護下進行碳(tan)(tan)化處(chu)理(li)（例(li)如：800°C，2小(xiao)時）。瀝青在高溫下碳(tan)(tan)化，形(xing)成包裹納米(mi)硅(gui)顆粒(li)的(de)無(wu)定形(xing)碳(tan)(tan)基質，*終得到堅硬(ying)的(de)納米(mi)硅(gui)/碳(tan)(tan)復(fu)合(he)(he)微球。

5. 成果與優勢
產品(pin)形(xing)態：成功獲得粒徑分布在(zai) 10-50 μm 之(zhi)間的(de)球形(xing)粉末，流動性極佳，振實密度高。

微(wei)觀結(jie)構：電鏡(jing)（SEM/TEM）顯示，微(wei)球(qiu)由無數(shu)原始(shi)納米硅顆粒均勻嵌(qian)入在碳基質中構成(cheng)，有效避免了納米硅的宏觀團聚。

電化學性能：作為鋰電池負(fu)極材料(liao)測試(shi)，表現出：

高(gao)比容(rong)量：遠高(gao)于商用石墨材料。

優異的(de)循(xun)環(huan)穩(wen)定性：碳(tan)框(kuang)架有效緩沖了硅(gui)的(de)體積膨脹，經(jing)過100次循(xun)環(huan)后，容量保持率顯著高于(yu)簡單混合(he)的(de)硅(gui)碳(tan)材料。

工藝優勢：

一步(bu)成球(qiu)：將(jiang)混合(he)和(he)造粒過程(cheng)合(he)二為一，流(liu)程(cheng)短，效率(lv)高。

可擴展(zhan)性強：工藝參數穩定(ding)后(hou)，可輕(qing)松放大到工業化生產(chan)型設備。

高收(shou)率：閉路循環系統使產品收(shou)率超過95%。

6. 總結
這個(ge)案(an)例展(zhan)示了噴霧(wu)(wu)干(gan)燥(zao)機在制(zhi)(zhi)備高性能(neng)(neng)納米復(fu)合材料(liao)中的關鍵作用。通過(guo)**控制(zhi)(zhi)漿料(liao)配方和設備參數（如**溫(wen)度、霧(wu)(wu)化器(qi)轉速(su)、進(jin)料(liao)速(su)度），噴霧(wu)(wu)干(gan)燥(zao)技(ji)術能(neng)(neng)夠高效、可(ke)重(zhong)復(fu)地制(zhi)(zhi)備出結構規整、性能(neng)(neng)優異的納米硅微球，滿足(zu)了高端領域（如鋰電池）對(dui)材料(liao)結構的嚴苛要求。

對于不(bu)同的(de)(de)應用（如催化(hua)劑、醫(yi)藥(yao)），漿料配方和工藝參數（如溫度、氣(qi)氛）會相(xiang)應調(diao)整，但核心原理和設備構成是相(xiang)通的(de)(de)。