[发明专利]包含被钝化层覆盖的核的纳米粒子、其制造方法及其用途

说明书

提供了一种制造纳米粒子的方法，其包括步骤：将核前体供入等离子体反应器中的等离子炬中，由此产生硅或其合金的蒸气；和使所述蒸气迁移到等离子体反应器的骤冷区，由此冷却所述蒸气和使所述蒸气凝结成由硅或其合金制成的纳米粒子核，其中所述骤冷气体包含钝化气体前体，其在骤冷区中与核的表面反应以产生覆盖核的钝化层，由此制备所述纳米粒子。本发明还涉及包含被钝化层覆盖的核的纳米粒子，所述核由硅或其合金制成，及其用途，特别是在阳极制造中。

对相关申请的交叉引用

本申请依据35 U.S.C.§119(e)要求2017年3月3日提交的美国临时申请序号No.62/466,769和2017年3月3日提交的美国临时申请序号No.62/466,794的权益。上述所有文献全文经此引用并入本文。

发明领域

本发明涉及制造包含核和覆盖核的钝化层的纳米粒子的方法，所述核由硅或其合金制成。本发明还涉及纳米粒子及其在阳极制造中的用途。

发明背景

使用感应等离子炬合成纳米粒子的方法是已知的。具体而言，已知使用感应等离子炬将材料汽化，然后凝结所得蒸气以形成纳米粒子。这种一般方法描述在各种美国专利和申请中，包括US 8,013,269、US 2012/201266A1、US 6,994,837、US 7,501,599、US 8,859,931和US 2002/155059A1，它们经此引用并入本文。

各种感应等离子炬也是已知的，如经此引用并入本文的US 5,200,595、US 9,380,693或US 6,693,253中描述的那些。

也已知使用骤冷气体辅助蒸气凝结成纳米粒子。

用于防止化合物与其环境的不合意反应的钝化层也是已知的。具体而言，已知使用钝化层防止表面的氧化。

硅纳米粉末以及其作为用于锂离子阳极的阳极材料的用途也是已知的。可以例如在水溶液中使用炭黑和羧甲基纤维素钠(Na-CMC)或藻酸钠作为粘合剂实现此类阳极的制造。

也已知通过使用三甲基铝作为前体经由原子层沉积法(ALD)沉积氧化铝涂层(Al₂O₃)而防止硅纳米粉末表面形成SiO_x。

此外，合成硅基纳米粒子的各种方法是已知的，如使用对冶金级硅(MG-Si)的机械研磨(干和湿)或使用电感耦合等离子体。

发明概述

根据本发明，提供了：

1.一种制造纳米粒子的方法，各纳米粒子包含核和覆盖核的钝化层，所述核由硅或其合金制成，

所述方法包括步骤：

a.提供包含硅或其合金的核前体，

b.提供包含感应等离子炬的等离子体反应器，所述感应等离子炬在能由核前体产生硅或其合金的蒸气的温度下生成等离子体，所述等离子炬与位于等离子炬下游的骤冷区流体连通，所述骤冷区通过骤冷气体冷却到使蒸气凝结的温度，

c.将核前体供入等离子炬，由此产生硅或其合金的蒸气；和

d.使所述蒸气迁移到骤冷区，由此冷却所述蒸气和使所述蒸气凝结成由硅或其合金制成的核，

其中所述骤冷气体包含钝化气体前体，其在骤冷区中与核的表面反应以产生覆盖核的钝化层，由此制备所述纳米粒子。

2.项目1的方法，其中所述钝化气体前体是氨、氮气、甲烷或乙炔。

3.项目1或2的方法，其中所述钝化气体前体是氨或氮气。

4.项目1至3任一项的方法，其中所述核前体是：

金属形式的硅或其合金或