[实用新型]一种连续量产硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团的装置

说明书

技术领域

本实用属于硅纳米材料生产技术领域，特指一种连续量产硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团的装置，该装置生产出的硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团可用于生产锂离子电池材料及航空、航天发动机、碳化硅陶瓷纤维材料等。

背景技术

随着人口的急速膨胀和经济的发展，以锂离子电池为主要表现形式的电化学储能，主要以其环境友好、循环寿命长、自放电小、能量密度相对其它电池类高等特点，受到极大的青睐和关注，已在各类便携式电子产品中得到广泛应用，然而近几年随着全球对新能源汽车产业的大力发展，其原有采用石墨材料作为负极材料，已经很难满足动力电池的高容量密度的要求，全球各国科技人员均在研究高比容量的已知理论容量密度为4200mAh/g的负极材料，来取代现有的石墨材料为主的负极材料，远远高于石墨负极已知理论容量(372mAh/g)，但硅材料在锂离子电池合金化反应导致充放电过程中硅材料的体积膨胀，其膨胀达0-300％，极易导致电极结构的破坏，电池容量衰减剧烈，近几年全球科学界人士硅纳米化和空心化来解决硅材料在锂离子电池应用中产生的体积膨胀变化，造成粉碎、电池容量衰减剧烈问题，相关文献可参考CN105271237A(中国兵器科学研究院宁波分院)、CN1382626A(清华大学)、CN106252622A(深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司)。

实用新型内容

本实用的目的是提供一种连续量产高容量密度的硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团的装置。

本实用的目的是这样实现的：

一种连续量产硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团的装置，包括炉体、炉体内的坩埚、加热蒸发坩埚内的硅材料的等离子体喷枪、收集硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团的收集器，坩埚与收集器之间通过生长成型控制器连通，生长成型控制器的内径与长度之比为1:1～100，生长成型控制器的内径与其扩径部的内径之比为0.03～1:1，等离子体喷枪的喷头穿过炉体伸入到坩埚内腔，等离子体喷枪外表面包覆有耐高温材料制成的护套，等离子体喷枪内有冷却循环水和产生等离子体弧所需要的气体进入，等离子体喷枪电极连接引弧器，引弧器连接直流电源柜，炉体内壁与坩埚之间设置有保温隔热材料，收集器出气口通过管道连通真空泵或减压阀、抽风机、用于冷却气体用的热交换器后与坩埚内腔连通，或热交换器与坩埚内腔之间连通的管道上连通有储气容器，通入坩埚内腔的气体质量与通入生长成型控制器内腔的气体质量之比为 1:1～100，为坩埚内腔加料的储料器的进料管或/和加料管上设置有一个以上的控制阀，用于不停机加料。

上述的冷却气体为氮气、氩气、氦气、氙气、氖气、氢气中的一种气体或两种以上的混合气体。

上述的收集器的内腔内间隔设置有10～300根气固分离管，气固分离管的外径与长度之比为1:3～100，相邻气固分离管之间的距离与气固分离管外径之比为0.01～10:1，每个气固分离管的下端封闭、管壁上设置透气微孔、上端与收集器的出气口连通；或所述的收集器的内腔内设置有一个以上的桶体，桶底封闭，桶壁上间隔设置有透气微孔，桶体开口与收集器的出气口连通，桶体内径与桶体高度之比为1:0.2～20。

上述收集器的进料口处的气体温度为50～350℃，收集器的下侧设置有排料管，排料管上设置有一个以上的控制阀，用于不停机排料。

上述保温隔热材料为下列一种或两种以上保温隔热材料的组合：碳毡、石墨、氧化锆、氧化铝。

上述直流电源柜的供电电流为180～2600A,供电电压为100～220V。

上述的等离子体喷枪内的冷却循环水的压力为120～1200KPa，等离子体喷枪内产生等离子体弧所需要的气体压力为150～1000KPa。

上述的储料器向坩埚内腔不停机加入的原料为硅，所述硅的含量≧98％，或≧99.95％，所述硅的最大长度为0.01～50mm。

上述装置利用硅材料可生产出硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团，所述的硅纳米线团中线径在15～300nm之间的硅纳米线的重量占硅纳米线团总重量的60％以上，硅纳米线团中硅粒径在0.5～100um之间的硅纳米颗粒占硅纳米线团总重量的60％以上；所述装置生产出的硅棉絮状颗粒团中硅粒径在0.5～100um 之间的硅颗粒占硅棉絮状颗粒团总重量的60％以上。

上述装置生产出的硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团用于生产碳化硅陶瓷纤维的原料；或所述装置生产出的硅纳米线团或硅棉絮状颗粒团的外表面包覆一层导体材料后，用于锂离子电池的负极材料。

本实用相比现有技术突出且有益的技术效果是：