[發明專利]連續量產超細納米級金屬粒子的納米粒子生長器

有效

• 申請號: 201611085295.2
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106623957B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 江永斌;江科言;江曼
• 申請（專利權）人: 江永斌
• 主分類號: B22F9/12
• 分類號: B22F9/12;C01B33/021;B82Y40/00
• 代理公司: 33229 藍天知識產權代理(浙江)有限公司
• 代理人: 苑新民

本發明屬于納米級金屬粒子生產技術領域，涉及連續量產超細納米級金屬粒子的納米粒子生長器，包括與納米粒子生長器的內腔連通的進料管、出料管及冷卻循環管，進料管的內徑與納米粒子生長器的內徑之比為1:2～60；納米粒子生長器的內徑與進料管的長度之比為1:0.05～5，伸入納米粒子生長器內腔內的冷卻循環管連通有一根以上的冷卻管，冷卻管上間隔開設有冷卻氣體噴口，以便使金屬高溫蒸發器或坩堝內產生的高溫金屬蒸汽進入納米粒子生長器后經過冷卻氣體噴口噴出的冷卻氣體快速冷卻至200℃～60℃以下，金屬粒子無法繼續碰撞粘連生成更大的金屬粒子，生成的金屬粒子直徑小于或等于250nm。

技術領域

本發明屬于納米級金屬粒子生產技術領域，特指一種連續量產超細納米級金屬粒子的納米粒子生長器。

背景技術

鋰離子電池因其能量密度高、功率密度高、循環性能好、環境友好，以及結構多樣化等優異性能，已得到廣泛應用沒在鋰離子動力電池的發展需求方面，要求負極材料具有高容量、快速充放電等特點，現有市場商業化的石墨負極材料的理論容量為372mah/g，目前，商業化的石墨負極產品已達350mah/g左右，基本無法提升空間，硅作為鋰離子電池的負極材料，理論容量可達4200mah/g，是石墨負極材料理論容量的10倍多，且硅的資源及其豐富，近年來成為鋰離子電池負極材料的研究發展豐富，但是普通亞微米級硅顆粒在實際應用中會產生巨大的體積膨脹和收縮(300％～400％)，在負極材料內部產生較大的內應力，造成電機材料粉碎，從而導致循環性能嚴重衰退，嚴重影響其發展，科學實驗表明，要大幅減少硅在鋰離子電池負極材料里的使用時間及膨脹和收縮，必須走硅材料的納米化之路，從而大幅降低緩解硅的體積膨脹劑收縮；目前，全球100nm以下的納米硅制取方法無法大幅提高，100nm以下的納米硅的制造成本昂貴，嚴重制約了硅材料應用于商業化鋰離子電池負極材料中。

制取單質金屬或多質金屬納米材料的方法很多，例如美國專利US4661335A、中國專利CN100431954C、陽極氧化法CN1333108C、CN105836748A、中國兵器科學院寧波分院CN105271237A以及CN102910630B、浙江大學CN101559946B以及CN102951643B等等，很多方面都收到了一定的量產限制或安全生產方面的制約，特別是專利CN102951643B在實際生產過程中根本無法達到真正意義上的100nm以下的納米硅材料，國際上通常以100nm以下的粒子材料簡稱納米材料，例如該專利權利要求4中所表述：“粒子控制器為聚冷管，所述聚冷管的管結構包括五層，由內向外依次為石墨管、碳氈管、碳氈管、不銹鋼管、不銹鋼管，其中兩層不銹鋼管之間設置有冷水循環系統”，內三層為石墨管、碳氈管、碳氈管構成，常識都知道這三層材料是一種超耐高溫材料，耐高溫最高可達1800℃：一是證明該氣體硅在粒子控制器內的溫度極高，才需要這樣的耐高溫材料；二是CN102951643B在實際生產過程中，聚冷管(粒子控制器)一端連通高溫蒸發器、另一端連通收集器，由于硅的沸點是2900℃，硅汽化后的出口溫度必然為2900℃左右，這樣高的溫度在所謂的聚冷管內通過，循環水冷卻后的溫度不會降低太多，導致硅粒子在聚冷管內極易快速碰撞生長成大顆粒硅粒子，根本無法生產出150nm～10nm以下的硅納米材料，據CN 102951643B專利的實施例的表1～表3顯現，其硅顆粒粒徑分布D50均在500～2700nm以上，其D50實際根本無法達到150nm～10nm以下的硅顆粒尺寸；三是若通過控制流量來控制硅粒子在聚冷管內流過時的溫度降低而控制硅粒子在聚冷管內的生長速度，則其生產效率非常低，進一步導致納米級硅粒子的生產成本高。

發明內容

本發明的目的是提供一種連續量產超細納米級金屬粒子的納米粒子生長器。

本發明的目的是這樣實現的：