[发明专利]用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法

权利要求书

1.用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，采用以下装置，包括顶部设有等离子体非转移弧矩组和硅粉原料进料器的反应釜，经成品输送管与反应釜连接的收集器，连接反应釜和收集器的工作气体循环装置；其特征在于：所述的装置还包括设置于反应釜内的环形的碳源气体或碳源液体分布器，碳源气体或碳源液体分布器经碳源输送管道与碳源输送装置连通，碳源气体或碳源液体分布器沿圆周设有多个向反应釜内输送碳源的口；

纳米硅粉的制备和碳包覆纳米硅粉均在同一反应釜内进行，该生产方法包括以下步骤：

开启等离子体非转移弧矩组的水电气系统，将硅粉原料经硅粉原料进料器送入等离子体弧矩组中心区进行蒸发，形成的硅蒸汽在等离子弧的吹送下进入反应釜；

打开设置于反应釜上部的工作气体进气管的工作气体控制阀，反应釜内的硅蒸汽遇到工作气体迅速冷凝到1400℃以下、1000℃以上形成纳米硅粉；

在气流携带下纳米硅粉向反应釜下部方向流动，打开碳源输送装置的控制阀，向位于反应釜内的温度700-1100℃的位置的碳源气体或碳源液体分布器输送碳源，经多个输送碳源的口向反应釜内输入碳源气体或碳源液体，碳源气体或碳源液体裂解后生成碳原子，碳原子遇到凝固的纳米硅粉并附着在硅颗粒上，在硅颗粒的表面形成一层碳膜从而完成碳包覆纳米硅粉的制备；

经收集器收集成品碳包覆纳米硅粉。

2.根据权利要求1所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：位于反应釜内的碳源输送管道与碳源气体或碳源液体分布器上有冷却水夹层，冷却水夹层经进水管和进水阀与冷却水源连通，冷却水夹层还连接有出水阀和出水管；所述步骤还包括打开碳源输送装置的控制阀同时打开进水阀和出水阀。

3.根据权利要求1所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：碳源气体或碳源液体分布器为圆环管体，圆环管体的截面为圆形，沿圆环管体的周向均匀分布有多条向反应釜内输送碳源的狭缝式口，每条水平向的狭缝式口均沿碳源气体或碳源液体分布器的圆周方向延伸，并设有隔断，沿圆周分布的所有隔断的距离均相等，每条水平向并沿碳源气体或碳源液体分布器的圆周方向延伸的狭缝式口被多个隔断隔成多段弧形狭缝式口。

4.根据权利要求1或3所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：碳源输送装置包括由第一连接管并联碳源气体储气罐、第一控制阀、第一流量计和工作气体储气罐、第二控制阀、第二流量计，再串联混合储气罐、第三控制阀门和第三流量计后，连通碳源气体或碳源液体分布器；碳源气体储气罐设有第一压力表，工作气体储气罐设有第二压力表，混合储气罐设有第三压力表。

5.根据权利要求4所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：碳源气体为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙炔或乙烯。

6.根据权利要求1或3所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：碳源输送装置包括由第二连接管串连碳源液体储液罐、第四控制阀、液泵、第四流量计后，连通碳源气体或碳源液体分布器；碳源液体储液罐上设有第四压力表。

7.根据权利要求6所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：碳源液体为含有5-16个碳原子的液态烃。

8.根据权利要求1所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：反应釜上部的工作气体进气管为上下两根。

9.根据权利要求1所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：未能包覆在硅粉表面的碳原子形成作为导电剂的纳米碳颗粒；作为导电剂的纳米碳颗粒占从收集器中收集物总质量的1-30％。

10.根据权利要求1所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：制备纳米硅粉的过程中，反应釜内的硅粉表面因氧化形成一层氧化硅；碳包覆纳米硅粉的过程中硅粉表面形成一层碳化硅。

11.根据权利要求1所述的用作锂离子电池负极材料的碳包覆纳米硅粉的生产方法，其特征在于：用来加热蒸发硅原料的非转移弧等离子枪的功率为50-200KW；等离子弧炬的进气量为6-15m³/h；纳米硅粉的原料平均粒径为1-20um的颗粒硅；反应釜和收集器内的系统压力为50-200KPa；原料硅粉的进料速度为1.5-5kg/h；碳包覆纳米硅粉平均粒径为10-100nm；收集到的碳包覆硅粉的碳含量为5％-10％；收集到的碳包覆硅粉的氧含量为1.0％-3.5％。