[發明專利]一種連續量產硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團的裝置

在審

• 申請號: 201710384829.X
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107055543A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 江永斌
• 申請（專利權）人: 江永斌
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 臺州藍天知識產權代理有限公司33229
• 代理人: 苑新民

技術領域

本發明屬于硅納米材料生產技術領域，特指一種連續量產硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團的裝置，該裝置生產出的硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團可用于生產鋰離子電池材料及航空、航天發動機、碳化硅陶瓷纖維材料等。

背景技術

隨著人口的急速膨脹和經濟的發展，以鋰離子電池為主要表現形式的電化學儲能，主要以其環境友好、循環壽命長、自放電小、能量密度相對其它電池類高等特點，受到極大的青睞和關注，已在各類便攜式電子產品中得到廣泛應用，然而近幾年隨著全球對新能源汽車產業的大力發展，其原有采用石墨材料作為負極材料，已經很難滿足動力電池的高容量密度的要求，全球各國科技人員均在研究高比容量的已知理論容量密度為4200mAh/g的負極材料，來取代現有的石墨材料為主的負極材料，遠遠高于石墨負極已知理論容量(372mAh/g)，但硅材料在鋰離子電池合金化反應導致充放電過程中硅材料的體積膨脹，其膨脹達0-300％，極易導致電極結構的破壞，電池容量衰減劇烈，近幾年全球科學界人士硅納米化和空心化來解決硅材料在鋰離子電池應用中產生的體積膨脹變化，造成粉碎、電池容量衰減劇烈問題，相關文獻可參考CN105271237A(中國兵器科學研究院寧波分院)、CN1382626A(清華大學)、CN106252622A(深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司)。

發明內容

本發明的目的是提供一種連續量產高容量密度的硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團的裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

一種連續量產硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團的裝置，包括爐體、爐體內的坩堝、加熱蒸發坩堝內的硅材料的等離子體噴槍、收集硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團的收集器，坩堝與收集器之間通過生長成型控制器連通，生長成型控制器的內徑與長度之比為1:1～100，生長成型控制器的內徑與其擴徑部的內徑之比為0.03～1:1，等離子體噴槍的噴頭穿過爐體伸入到坩堝內腔，等離子體噴槍外表面包覆有耐高溫材料制成的護套，等離子體噴槍內有冷卻循環水和產生等離子體弧所需要的氣體進入，等離子體噴槍電極連接引弧器，引弧器連接直流電源柜，爐體內壁與坩堝之間設置有保溫隔熱材料，收集器出氣口通過管道連通真空泵或減壓閥、抽風機、用于冷卻氣體用的熱交換器后與坩堝內腔連通，或熱交換器與坩堝內腔之間連通的管道上連通有儲氣容器，通入坩堝內腔的氣體質量與通入生長成型控制器內腔的氣體質量之比為 1:1～100，為坩堝內腔加料的儲料器的進料管或/和加料管上設置有一個以上的控制閥，用于不停機加料。

上述的冷卻氣體為氮氣、氬氣、氦氣、氙氣、氖氣、氫氣中的一種氣體或兩種以上的混合氣體。

上述的收集器的內腔內間隔設置有10～300根氣固分離管，氣固分離管的外徑與長度之比為1:3～100，相鄰氣固分離管之間的距離與氣固分離管外徑之比為0.01～10:1，每個氣固分離管的下端封閉、管壁上設置透氣微孔、上端與收集器的出氣口連通；或所述的收集器的內腔內設置有一個以上的桶體，桶底封閉，桶壁上間隔設置有透氣微孔，桶體開口與收集器的出氣口連通，桶體內徑與桶體高度之比為1:0.2～20。

上述收集器的進料口處的氣體溫度為50～350℃，收集器的下側設置有排料管，排料管上設置有一個以上的控制閥，用于不停機排料。

上述保溫隔熱材料為下列一種或兩種以上保溫隔熱材料的組合：碳氈、石墨、氧化鋯、氧化鋁。

上述直流電源柜的供電電流為180～2600A,供電電壓為100～220V。

上述的等離子體噴槍內的冷卻循環水的壓力為120～1200KPa，等離子體噴槍內產生等離子體弧所需要的氣體壓力為150～1000KPa，所述的等離子體噴槍內產生等離子體弧所需要的氣體為氮氣、氬氣、氦氣、氙氣、氖氣、氫氣中的一種或兩種以上的氣體組合。

上述的儲料器向坩堝內腔不停機加入的原料為硅，所述硅的含量≧98％，或≧99.95％，所述硅的最大長度為0.01～50mm。

上述裝置利用硅材料可生產出硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團，所述的硅納米線團中線徑在15～300nm之間的硅納米線的重量占硅納米線團總重量的60％以上，硅納米線團中硅粒徑在0.5～100um之間的硅納米顆粒占硅納米線團總重量的60％以上；所述裝置生產出的硅棉絮狀顆粒團中硅粒徑在0.5～100um 之間的硅顆粒占硅棉絮狀顆粒團總重量的60％以上。

上述裝置生產出的硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團用于生產碳化硅陶瓷纖維的原料；或所述裝置生產出的硅納米線團或硅棉絮狀顆粒團的外表面包覆一層導體材料后，用于鋰離子電池的負極材料。