[发明专利]用于制备一氧化硅的竖式反应炉及制备装置和制备工艺

说明书

本发明公开了一种用于制备一氧化硅的竖式反应炉及制备装置和制备工艺，本发明通过在竖式反应炉的中心管中通入氩气，从中心管下部穿过反应器内的原料层，一方面有利于原料内部均匀分散，减少物料烧结团聚，另一方面及时将一氧化硅气体产物带出，提高产物逸出率，从而提高生产效率；一氧化硅制备装置冷却收集器分别设置了多孔陶瓷挡板、微孔金属挡板和无孔金属侧壁来分别拦截未反应的原料粉末和凝结一氧化硅产物，形成原料粉尘收集室、第一产物收集室和第二产物收集室，提高产物纯度，实现了一氧化硅粉体的连续制备。

技术领域

本发明属于一氧化硅制备技术，具体涉及一种用于制备一氧化硅的竖式反应炉及制备装置和制备工艺。

背景技术

目前锂离子电池商用负极材料一般为石墨材料，其理论比容量为372mAh/g，已无法满足快速发展的消费电子产品、新能源汽车等领域对电池高能量密度的需求。硅基材料理论比容量达到4200mAh/g，是发展下一代高比能锂离子电池的关键材料。然而硅在循环过程中存在体积效应巨大，循环性能差的问题。一氧化硅综合了比容量大、循环较稳定的特点，是作为锂离子电池负极的理想材料之一。

传统的一氧化硅生产设备大多为单体式真空炉，原料被堆积在炉体内，物料中心区域离炉壁加热源距离远，传热和反应效率与原料外围区域不一致，导致产量低、能耗高、批次稳定性差，且产物通常为一氧化硅块体，需要进一步破碎至适用于电池制造的粉体材料，增加了工艺流程，提高了制造成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有一氧化硅生产设备中存在的生产效率低、产品一致性差等问题，提供一种用于制备一氧化硅的竖式反应炉及制备装置和制备工艺。

本发明采用如下技术方案实现：

用于制备一氧化硅的竖式反应炉，包括炉体、中心管和反应加热器；

所述炉体竖直设置，所述中心管竖直固定在炉体内，所述炉体内壁和中心管外壁之间形成的环状空间为反应制备一氧化硅的反应仓，所述反应仓与第一真空泵连通，所述反应加热器环绕设置在反应仓外壁的炉体上；

所述炉体顶部设有与反应仓对接的连续下料装置，所述中心管的内部管腔与惰性气体输入管连通，所述中心管上设有若干与反应仓连通的气孔，所述反应仓向炉体外引出设置有惰性气体输出管。

上述方案中用于制备一氧化硅的竖式反应炉，进一步的，所述炉体内壁底部设置漏斗斜面，所述漏斗斜面的底端形成向下的沉孔，所述中心管底部插嵌于该沉孔中，所述中心管上部向外设有定位杆，所述中心管通过定位杆与炉体内壁之间支撑定位。

上述方案中用于制备一氧化硅的竖式反应炉，进一步的，所述中心管顶部上设有吊装孔。

在本发明的用于制备一氧化硅的竖式反应炉中，所述炉体包括外罐和分别密封装配在外罐底部和顶部的罐底盖和上盖板，所述外罐的内壁与中心管之间形成反应仓，所述上盖板对应反应仓环形横截面设有若干加料口，对应中心管设有引入惰性气体输入管的进气口，所述反应加热器围绕外罐外壁布置，并在外层包裹设置保温层。

上述方案中用于制备一氧化硅的竖式反应炉，进一步的，所述连续下料装置包括储料仓和若干下料管，所述下料管与上盖板的加料口一一对接连通，所有下料管与储料仓汇接，所述储料仓与第二真空泵连接，并且所述储料仓与下料管之间设有进料阀。

本发明还公开了一种用于制备一氧化硅的制备装置，包括冷却收集器和上述竖式反应炉；

所述冷却收集器包括依次串联设置的原料粉尘收集室、第一产物收集室和第二产物收集室，所述原料粉尘收集室设有冷凝进气口，并通过多孔挡板与第一产物收集室隔开，所述第一产物收集室通过微孔挡板与第二产物收集室隔开，所述微孔挡板上的孔径小于多孔挡板上的孔径，所述第二产物收集室内部设置无孔金属侧壁，并设置冷凝出气口，所述原料粉尘收集室、第一产物收集室和第二产物收集室与第三真空泵连接；