CN113321215A - 碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置 - Google Patents

碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113321215A
CN113321215A CN202110775055.XA CN202110775055A CN113321215A CN 113321215 A CN113321215 A CN 113321215A CN 202110775055 A CN202110775055 A CN 202110775055A CN 113321215 A CN113321215 A CN 113321215A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
graphite
carbon
based powder
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110775055.XA
Other languages
English (en)
Inventor
栗广奉
郑安雄
张鹏飞
陈超
徐娟娟
王矿宾
柴岗元
吴前程
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Zhongning Silicon Industry Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Zhongning Silicon Industry Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Zhongning Silicon Industry Co ltd filed Critical Zhejiang Zhongning Silicon Industry Co ltd
Priority to CN202110775055.XA priority Critical patent/CN113321215A/zh
Publication of CN113321215A publication Critical patent/CN113321215A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/03—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of silicon halides or halosilanes or reduction thereof with hydrogen as the only reducing agent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20—Graphite
    • C01B32/21—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/029—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of monosilane

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及碳硅复合颗粒领域，公开了碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置。该方法包括：在载气存在下，将石墨基粉末和含硅气体在流化状态下进行对流接触，其中，所述含硅气体进行分解，产生的硅粉实现在所述石墨基粉末中嵌入，或在所述石墨基粉末外进行包覆，形成碳硅复合颗粒。使碳硅复合颗粒的工业化生产成为可能。同时，本发明的方法所制得的碳硅复合颗粒均匀，颗粒呈规则的球形结构，且含硅的克容量为1000mAh/g以上。

Description

碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置
技术领域
本发明涉及碳硅复合颗粒的制备领域，具体涉及碳硅复合颗粒的制备方法和制备装置。
背景技术
碳硅复合颗粒材料主要用于锂离子电池负极，能有效的提升锂离子电池的容量和循环性能。
目前，碳硅复合颗粒的主要制备技术是高能球磨法，但制备工艺流程长，所需要的设备多、能耗高，而且产品品质一般。其他的还有溅射沉积法、蒸镀法、高温分解法等技术，都还处于试验阶段，无法用于工业生产。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的碳硅复合颗粒材料中，硅、碳不均匀及硅容量低的问题，提供一种碳硅复合颗粒的制备方法和制备装置。该方法能够一步制得碳硅复合颗粒，且具有混合均匀及硅容量高的特点。从SEM电镜图片可以看出来均匀性的好坏，容量比现有技术能高5％。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种碳硅复合颗粒的制备方法，其中，该方法包括：在载气存在下，将石墨基粉末和含硅气体在流化状态下进行对流接触，其中，所述含硅气体进行分解，产生的硅粉实现在所述石墨基粉末中嵌入，或在所述石墨基粉末外进行包覆，形成碳硅复合颗粒。
本发明第二方面提供一种本发明的制备方法制得的碳硅复合颗粒，其中，所述碳硅复合颗粒的球形度为0.80以上，所述碳硅复合颗粒中含硅的克容量为1000mAh/g以上。
本发明第三方面提供一种碳硅复合颗粒的制备装置，其中，该装置包括：依次连通的进料单元、流化床单元、产物筛选单元、尾气过滤单元和粉料收集单元；
其中，所述进料单元用于控制硅烷化合物、载气、石墨基粉末的投料量；
所述流化床单元包括流化床反应器、加热器和气体分配器，用于将气化的所述硅烷化合物、载气与所述石墨基粉末在所述流化床内形成流动流体进行接触，制备碳硅复合颗粒；
所述产物筛选单元包括旋风分离器，用于对所述流化床单元制得的碳硅复合颗粒进行筛选，获得颗粒直径合格的碳硅复合颗粒；
所述尾气过滤单元包括换热器和过滤器，用于对经所述产物筛选单元排出的尾气进行降温和回收从尾气中除去的微小颗粒粉末；
所述粉料收集单元包括粉料冷却仓和粉料收集仓，用于将经所述产物筛选单元筛选而得的碳硅复合颗粒进行冷却和收集包装。
通过上述技术方案，本发明提供的方法通过在载气存在下，将硅烷化合物气化并分解，然后与石墨基粉末在流化状态下进行接触，从而实现高纯度的硅在石墨基粉末的内部或外部的沉积、分布。实施该制备方法，使石墨基粉末能够以流化态的形式，连续地与硅烷化合物气化并分解而产生的硅实现以固-气形式进行接触，使碳硅复合颗粒的工业化生产成为可能。同时，本发明的方法所制得的碳硅复合颗粒均匀，颗粒呈规则的球形结构，球形度高，并且颗粒的碳硅纯度高。
该方法还能够获得高硅含量的碳硅复合颗粒，能够有效控制制得的不同硅含量的碳硅复合材料里，满足不同的应用要求，且制备成本更低。
附图说明
图1是本发明提供的制备碳硅复合颗粒的流程示意图；
图2是图1流程中示意的流化床反应器的示意图。
附图标记说明
1、石墨料仓 2、流化床反应器 3、换热器
4、过滤器 5、粉料冷却仓 6、粉料收集仓
7、尾气出口 8、流化床侧出口 9、石墨基粉末入口
10、旋风分离器 11、单向阀 12、碳硅复合材料出口
13、反应器主体 14、加热器 15、流化复合区
16、硅烷化合物入口 17、气体分布器 18、进气段
19、载气入口 20、压力检测口
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种碳硅复合颗粒的制备方法，其中，该方法包括：在载气存在下，将石墨基粉末和含硅气体在流化状态下进行对流接触，其中，所述含硅气体受热进行分解，产生的硅现在所述石墨基粉末中嵌入，或在所述石墨基粉末外进行包覆，形成碳硅复合颗粒。
本发明中，改变现有技术的物理混合的方法制备碳硅复合颗粒。让石墨基粉末呈现流化状态，然后在载气存在下，硅烷化合物气化以含硅气体的形式与石墨基粉末接触，含硅气体化学分解产生的硅沉积在石墨基粉末的内部或外部，实现硅在石墨基粉末上的更均匀分布且承载量更高。另外该方法还能够实现连续化操作。
本发明的一些实施方式中，石墨基粉末为固体粉末，含硅气体为气态硅烷化合物，两者在载气的作用下，形成的流体以流化的状态进行对流接触。优选地，所述石墨基粉末的平均颗粒直径为10-80μm，优选为30-35μm。此限定下，使所述石墨基粉末能够呈现更好的流化状态，与硅的接触效果更好。优选地，所述石墨基粉末中石墨含量为99重量％以上。
本发明的一些实施方式中，优选地，所述石墨基粉末选自粒状石墨粉和/或片状石墨粉。所述石墨基粉末可以商购获得。
本发明的一些实施方式中，所述含硅气体是指呈现为气态的硅烷化合物，选择能够分解释放高纯度的硅的硅烷化合物。优选地，所述含硅气体选自沸点为20-800℃的硅烷化合物；所述硅烷化合物选自甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和三甲基甲硅烷中的至少一种，优选为甲硅烷。
本发明中，所述石墨基粉末和含硅气体在流化状态下进行接触，具体地，可以所述石墨基粉末自上而下进料到反应器中，载气和所述含硅气体自下而上流动，相对流接触，载气、所述含硅气体与石墨基粉末形成流动的流体，使石墨基粉末形成流态化，实现气-固接触。优选地，所述含硅气体和石墨基粉末的重量比为0.05-0.5:1，优选为0.1-0.3:1。该重量比能够保证获得的碳硅复合颗粒具有期望的硅含量和均匀的分布。
本发明中，所述含硅气体和载气的流量能够“吹动”所述石墨基粉末形成流化的状态，有利于硅对石墨基粉末的均匀嵌入和/或包覆，且含量可控。优选地，本发明的一些实施方式中，在所述流化状态下，所述石墨基粉末、载气和含硅气体形成的流体的流速为0.1-0.5m/s，优选为0.18-0.22m/s。
本发明的一些实施方式中，载气的存在能够起到流化所述石墨基粉末的效果，还可以起到稀释所述含硅气体的作用，更有可能实现在流化状态下制得高硅容量的碳硅复合颗粒。载气与所述含含硅气体的用量关系上，优选地，载气与含硅气体的体积流量比为18-24:1，优选为20-23:1。
本发明的一些实施方式中，实现所述石墨基粉末、载气和含硅气体形成的流体流速达到上述范围，可以例如，所述含硅气体的流量为6-m3/h，优选为7-8m3/h；载气的流量为14-17m3/h，优选为15-16m3/h。
本发明的一些实施方式中，优选地，载气的压力为0.15-0.85MPa，优选为0.3-0.6MPa。所述载体为氢气。
本发明的一些实施方式中，优选地，所述接触的条件包括：温度为500-1000℃，优选为600-800℃；压力为0.2-1MPa，优选0.3-0.6MPa。以实现所述含硅气体分解产生硅，并很好地分布在所述石墨基粉末的内部和外部。
本发明第二方面提供一种本发明的制备方法制得的碳硅复合颗粒，其中，所述碳硅复合颗粒的球形度为0.8以上，所述碳硅复合颗粒中含硅的克容量为1000mAh/g以上。
本发明第三方面提供一种碳硅复合颗粒的制备装置，其中，该装置包括：依次连通的进料单元、流化床单元、产物筛选单元、尾气过滤单元和粉料收集单元；
其中，所述进料单元用于控制硅烷化合物、载气、石墨基粉末的投料量；
所述流化床单元包括流化床反应器、加热器和气体分配器，用于将气化的所述硅烷化合物、载气与所述石墨基粉末在所述流化床内形成流动流体进行接触，制备碳硅复合颗粒；
所述产物筛选单元包括旋风分离器，用于对所述流化床单元制得的碳硅复合颗粒进行筛选，获得颗粒直径合格的碳硅复合颗粒；
所述尾气过滤单元包括换热器和过滤器，用于对经所述产物筛选单元排出的尾气进行降温和回收从尾气中除去的微小颗粒粉末；
所述粉料收集单元包括粉料冷却仓和粉料收集仓，用于将经所述产物筛选单元筛选而得的碳硅复合颗粒进行冷却和收集包装。
具体地，本发明提供的所述制备装置可以为如图1所示的一种实施方式，可以包括硅烷化合物的精准流量计、载气的精准流量计、石墨料仓1、流化床反应器2、换热器3、过滤器4、粉料冷却仓5和粉料收集仓6等。
其中，通过硅烷化合物的精准流量计、载气的精准流量计，实现硅烷化合物和载气的流量精准控制，能够提供足以使石墨基粉末呈现流化态，达到本发明需要的石墨基粉末形成的流体流速，以实现获得的碳硅复合颗粒达到球形度为0.8以上，含硅的克容量为1000mAh/g以上。硅烷化合物与载气的混合可以在流化床反应器2中实现。
所述石墨料仓1带有失重计量系统，准确控制石墨基粉末的投料量。
本发明中的一些实施方式中，所述流化床反应器2垂直竖立设置。所述流化床反应器2包括：反应器主体13，设置在所述反应器主体13底部的气体分布器17，设置在所述气体分布器17底部的进气段18，设置在所述进气段18上的硅烷化合物入口16、载气进口19以及压力检测口20，设置在所述反应器主体顶部的石墨基粉末入口9，在所述石墨基粉末入口9上设有单向阀11，以及设置在所述流化床反应器主体13的外壁上的加热器14；其中，在所述反应器主体13的内部设置流化复合区15。
本发明中的一些实施方式中，所述反应器主体13可以是管式结构。内部空间形成的流化复合区15用于实现在所述反应器主体13内硅烷化合物分解形成含硅气体，载气和含硅气体使石墨基粉末形成流化状态进行接触。
本发明中的一些实施方式中，单向阀11可以使石墨基粉末向下流动进入流化复合区15，与来自气体分布器17向上流动的载气和含硅气体进行接触，而载气和含硅气体不能通过单向阀11从下进入石墨基粉末入口9。
本发明中的一些实施方式中，优选地，所述气体分布器17为多孔锥式结构，且与所述反应器主体13为可拆卸连接。用于将硅烷化合物和载气在反应器主体13的下方进行均匀分布。
本发明中的一些实施方式中，优选地，所述进气段18可以为锥式结构，内有空腔，用于硅烷化合物和载气混合。所述压力检测口用于检测反应器主体13的底部与顶部之间的压力差。
本发明中的一些实施方式中，优选地，旋风分离器10设置在所述反应器主体13顶部，所述旋风分离器10上设有尾气出口7和碳硅复合颗粒出口12。优选地，所述反应器主体13的顶部还设置与尾气出口7及反应器主体13连通的流化床侧出口8，用于旋风分离器10出现故障时卸压使用。
本发明中的一些实施方式中，优选地，所述旋风分离器10和所述尾气过滤单元相连，并通过所述换热器3冷却从所述尾气出口7排出的尾气；
本发明中的一些实施方式中，优选地，所述旋风分离器10和所述粉料收集单元相连，从碳硅复合颗粒出口12排出的颗粒经过粉料冷却仓5冷却，在粉料收集仓6内收集。
本发明中的一些实施方式中，所述加热器14设置在所述流化床反应器2的外部，可实施加热实现硅烷化合物进入流化床反应器2内时完全分解，达到在石墨基粉末中嵌入和表面包覆的效果。
本发明中的一些实施方式中，所述换热器3为列管式换热器，可以用于将旋风分离器10出口的尾气进行冷却。
本发明中的一些实施方式中，所述过滤器4可以是采用不锈钢烧结滤芯的过滤反吹器，具备自动反吹功能，实现尾气和微小颗粒的分离。粉料冷却仓5可以用于冷却碳硅复合颗粒。粉料收集仓6可以用于收集碳硅复合颗粒产品。
本发明更优选的一种实施方式如图2所示，所述反应器主体13上部设置有所述旋风分离器10和石墨基粉末入口9。所述反应器主体13下部有进气段18，反应器主体13和进气段18中间设置有气体分布器17。所述进气段18上设置了硅烷化合物入口16、载气入口19和压力检测口20，所述进气段18为锥形腔体结构，硅烷化合物(可为气化为气态)和载气在腔体内进行混合。所述气体分布器17为多孔锥式结构，所述进气段18内的混合物，通过气体分布器17分散均匀地进入流化复合区15，其中硅烷化合物被加热分解为含硅气体，同时载气和含硅气体的流动，使来自石墨基粉末入口9下落的石墨基粉末形成流化状态。
在流化复合区15中形成的石墨基粉末、载气和含硅气体的流体相互接触，实现含硅气体在石墨基粉末上进行嵌入和包覆，形成碳硅复合颗粒，并自下向上流动到旋风分离器10被捕捉，经过筛选后，颗粒均匀的碳硅复合颗粒经碳硅复合材料出口12流出，含微小颗粒粉尘的尾气经尾气出口7流出。
在流化复合区15内，石墨基粉末、载气和含硅气体形成的流体可以以对流或并流的形式充分接触，保证获得本发明的碳硅复合颗粒的球形度为0.8以上，含硅的克容量为1000mAh/g以上。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例在图1和2中所示的流程和流化床反应器中进行。以下实施例中，各种硅烷化合物(纯度为99重量％)、高纯载气为中宁硅业有限公司生产，石墨基粉末市售获得(平均粒径为10-50μm，石墨含量为99重量％以上，分别为粒状石墨粉或片状石墨粉)。以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
从流化床反应器的载气入口通入高纯氢气，氢气流量设置为140SLPM，氢气压力为0.45MPa，使流化床反应器内部的压力增值至0.15MPa。同时开启流化床反应器的外电加热器，使流化床反应器内的温度升至780℃。
取20kg平均粒度为15μm的石墨基粉末加入石墨料仓，使用氮气充分置换后从流化床反应器的顶部石墨基粉末入口加入流化床反应器。
从流化床反应器的硅烷化合物入口通入甲硅烷，甲硅烷气化，进气压力调整为0.4MPa，流量设置为6SLPM。甲硅烷进料控制在2.2h。甲硅烷的加入量与石墨基粉末的重量比为0.15:1。氢气与气化甲硅烷的体积流量比为24:1。
在流化床反应器内，气化甲硅烷和氢气自下向上与石墨基粉末在流化复合区接触形成流体，流速为0.15m/s。甲硅烷在流化床反应器内分解产生硅，在接触温度为780℃，压力为0.40MPa下沉积到石墨基粉末上，包覆和嵌入石墨基粉末，从碳硅复合材料出料口得到的颗粒进入换热器中冷却，得到最终的碳硅复合颗粒产品。
制备出的碳硅复合颗粒中硅的克容量为1000mAh/g，粉末颗粒呈球状，包覆比较均匀。球形度为0.8，均匀性较好。
实施例2
从流化床反应器的载气入口通入高纯氢气，氢气流量设置为160SLPM，氢气压力为0.4MPa，使流化床反应器内部的压力增值至0.20MPa。同时开启流化床反应器的外电加热器，使流化床反应器内的温度升至700℃。
取20kg平均粒度为40μm的石墨基粉末加入石墨料仓，使用氮气充分置换后从流化床反应器的顶部石墨基粉末入口加入流化床反应器。
从流化床反应器的硅烷化合物入口通入乙硅烷，乙硅烷气化，进气压力调整为0.5MPa，流量设置为8SLPM。乙硅烷进料控制在3h。乙硅烷的加入量与石墨基粉末的重量比为0.1:1。氢气与气化乙硅烷的体积流量比为20:1。
在流化床反应器内，气化乙硅烷和氢气自下向上与石墨基粉末在流化复合区接触形成流体，流速为0.19m/s。乙硅烷在流化床反应器内分解产生硅，在接触温度为750℃，压力为0.2MPa下沉积到石墨基粉末上，包覆和嵌入石墨基粉末，从碳硅复合材料出料口得到的颗粒进入换热器中冷却，得到最终的碳硅复合颗粒产品。
制备出的碳硅复合颗粒中硅的克容量为1150mAh/g，粉末颗粒呈球状，包覆比较均匀。球形度为0.90，均匀性较好。
实施例3
从流化床反应器的载气入口通入高纯氢气，氢气流量设置为155SLPM，氢气压力为0.45MPa，使流化床反应器内的压力增值至0.30MPa。同时开启流化床反应器的外电加热器，使流化床反应器内的温度升至650℃。
取20kg平均粒度为32μm的石墨基粉末加入石墨料仓，使用氮气充分置换后从流化床反应器的顶部石墨基粉末入口加入流化床反应器。
从流化床反应器的硅烷化合物入口通入三甲基甲硅烷，三甲基甲硅烷气化，进气压力调整为0.4MPa，流量设置为7.3SLPM，三甲基甲硅烷进料控制在4h。三甲基甲硅烷的加入量与石墨基粉末的重量比为0.12:1。氢气与气化三甲基甲硅烷的体积流量比为21.2:1。
在流化床反应器内，气化三甲基甲硅烷和氢气自下向上与石墨基粉末在流化复合区接触形成流体，流速为0.20m/s。三甲基甲硅烷在流化床反应器内分解产生硅，在接触温度为650℃，压力为0.30MPa下沉积到石墨基粉末上，包覆和嵌入石墨基粉末，从碳硅复合材料出料口得到的颗粒进入换热器中冷却，得到最终的碳硅复合颗粒产品。
制备出的碳硅复合颗粒中硅的克容量为1550mAh/g，粉末颗粒呈球状，包覆比较均匀。球形度为0.95，均匀性较好。
实施例4
从流化床反应器的载气入口通入高纯氢气，氢气流量设置为150SLPM，氢气压力为0.5MPa，使流化床反应器内部的压力增值至0.35MPa。同时开启流化床反应器的外电加热器，使流化床反应器内的温度升至500℃。
取20kg平均粒度为32μm的石墨基粉末加入石墨料仓，使用氮气充分置换后从流化床反应器的顶部石墨基粉末入口加入流化床反应器。
从流化床反应器的硅烷化合物入口通入甲硅烷，甲硅烷气化，进气压力调整为0.3MPa，流量设置为7SLPM。甲硅烷进料控制在3h。甲硅烷的加入量与石墨基粉末的重量比为0.15:1。氢气与气化甲硅烷的体积流量比为21.4:1。
在流化床反应器内，气化乙硅烷和氢气自下向上与石墨基粉末在流化复合区接触形成流体，流速为0.22m/s。乙硅烷在流化床反应器内分解产生硅，在接触温度为500℃，压力为0.3MPa下沉积到石墨基粉末上，包覆和嵌入石墨基粉末，从碳硅复合材料出料口得到的颗粒进入换热器中冷却，得到最终的碳硅复合颗粒产品。
制备出的碳硅复合颗粒中硅的克容量为1030mAh/g，粉末颗粒呈球状，包覆比较均匀。球形度为0.84，均匀性较好。
通过上述实施例，采用本发明的方法制备出的碳硅复合颗粒中硅的克容量为1000mAh/g以上，且球形度好，均匀。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳硅复合颗粒的制备方法，其特征在于，该方法包括：
在载气存在下，将石墨基粉末和含硅气体在流化状态下进行对流接触，其中，所述含硅气体进行分解，产生的硅实现在所述石墨基粉末中嵌入，或在所述石墨基粉末外进行包覆，形成碳硅复合颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述石墨基粉末的平均颗粒直径为10-80μm，优选为30-50μm；所述石墨基粉末选自粒状石墨粉和/或片状石墨粉；
优选地，所述含硅气体选自沸点为20-800℃的硅烷化合物；所述硅烷化合物选自甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和三甲基甲硅烷中的至少一种，优选为甲硅烷。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述含硅气体和石墨基粉末的重量比为0.05-0.5:1，优选为0.1-0.3:1。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，载气的压力为0.15-0.85MPa，优选为0.3-0.6MPa；
优选地，载气与所述含硅气体的体积流量比为18-24:1，优选为20-23:1。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述接触的条件包括：温度为500-1000℃，优选为600-800℃；压力为0.2-1MPa，优选0.3-0.6MPa。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，在所述流化状态下，所述石墨基粉末、载气和含硅气体形成的流体的流速为0.1-0.5m/s，优选为0.18-0.22m/s。
7.一种权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制得的碳硅复合颗粒，其特征在于，所述碳硅复合颗粒的球形度为0.8以上，所述碳硅复合颗粒中含硅的克容量为1000mAh/g以上。
8.一种碳硅复合颗粒的制备装置，其特征在于，该装置包括：依次连通的进料单元、流化床单元、产物筛选单元、尾气过滤单元和粉料收集单元；
其中，所述进料单元用于控制硅烷化合物、载气、石墨基粉末的投料量；
所述流化床单元包括流化床反应器、加热器和气体分配器，用于将气化的所述硅烷化合物、载气与所述石墨基粉末在所述流化床内形成流动流体进行接触，制备碳硅复合颗粒；
所述产物筛选单元包括旋风分离器，用于对所述流化床单元制得的碳硅复合颗粒进行筛选，获得颗粒直径合格的碳硅复合颗粒；
所述尾气过滤单元包括换热器和过滤器，用于对经所述产物筛选单元排出的尾气进行降温和回收从尾气中除去的微小颗粒粉末；
所述粉料收集单元包括粉料冷却仓和粉料收集仓，用于将经所述产物筛选单元筛选而得的碳硅复合颗粒进行冷却和收集包装。
9.根据权利要求8所述的制备装置，其中，所述流化床反应器包括：反应器主体(13)，设置在所述反应器主体(13)底部的气体分布器(17)，设置在所述气体分布器(17)底部的进气段(18)，设置在所述进气段(18)上的硅烷化合物入口(16)、载气进口(19)以及压力检测口(20)，设置在所述反应器主体顶部的石墨基粉末入口(9)，在所述石墨基粉末入口(9)上设有单向阀(11)，以及设置在所述流化床反应器主体(13)的外壁上的加热器(14)；其中，在所述反应器主体(13)的内部设置流化复合区(15)；
优选地，所述气体分布器(17)为多孔锥式结构，且与所述反应器主体(13)为可拆卸连接。
10.根据权利要求9所述的制备装置，其中，旋风分离器(10)设置在所述反应器主体(13)顶部，所述旋风分离器(10)上设有尾气出口(7)和碳硅复合颗粒出口(12)；
优选地，所述旋风分离器(10)和所述尾气过滤单元相连，并通过所述换热器(3)冷却从所述尾气出口(7)排出的尾气；
优选地，所述旋风分离器(10)和所述粉料收集单元相连，从碳硅复合颗粒出口(12)排出的颗粒经过粉料冷却仓(5)冷却，在粉料收集仓(6)内收集。
CN202110775055.XA 2021-07-06 2021-07-06 碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置 Pending CN113321215A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110775055.XA CN113321215A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110775055.XA CN113321215A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113321215A true CN113321215A (zh) 2021-08-31

Family

ID=77426090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110775055.XA Pending CN113321215A (zh) 2021-07-06 2021-07-06 碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113321215A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214817A (zh) * 2010-04-09 2011-10-12 清华大学 一种碳/硅/碳纳米复合结构负极材料及其制备方法
CN105185970A (zh) * 2015-08-13 2015-12-23 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种包覆硅的碳颗粒复合材料、制备方法和设备及用途
CN109119627A (zh) * 2018-08-28 2019-01-01 中南大学 一种高性能硅碳基负极材料的制备方法及装置
CN109256534A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 赢创德固赛有限公司 硅-碳复合粉末
CN110416513A (zh) * 2019-07-23 2019-11-05 中国恩菲工程技术有限公司 碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合电极及包含其的电池
CN112705150A (zh) * 2020-11-05 2021-04-27 中国恩菲工程技术有限公司 复合材料制备装置与方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214817A (zh) * 2010-04-09 2011-10-12 清华大学 一种碳/硅/碳纳米复合结构负极材料及其制备方法
CN105185970A (zh) * 2015-08-13 2015-12-23 深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司 一种包覆硅的碳颗粒复合材料、制备方法和设备及用途
CN109256534A (zh) * 2017-07-12 2019-01-22 赢创德固赛有限公司 硅-碳复合粉末
JP2019021630A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 エボニック デグサ ゲーエムベーハーＥｖｏｎｉｋ Ｄｅｇｕｓｓａ ＧｍｂＨ シリコン・炭素複合粉末
CN109119627A (zh) * 2018-08-28 2019-01-01 中南大学 一种高性能硅碳基负极材料的制备方法及装置
CN110416513A (zh) * 2019-07-23 2019-11-05 中国恩菲工程技术有限公司 碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合电极及包含其的电池
CN112705150A (zh) * 2020-11-05 2021-04-27 中国恩菲工程技术有限公司 复合材料制备装置与方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
佟泽民: "《化学反应工程》", 30 April 1993 *
刘江南: "《金属表面工程学》", 31 December 1995 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101688442B1 (ko) 고순도의 입상 실리콘을 제조하기 위한 반응기 및 방법
TWI792262B (zh) 用於半連續及多步複合物生產的設備及製程
KR101527623B1 (ko) 유동상 반응조 시스템 및 반응기 벽체 상의 실리콘 퇴적을 감소시키는 방법
US20190263666A1 (en) Method and apparatus for producing silicon particles in lithium ion rechargeable batteries
TWI588092B (zh) 碳化鈦微粒子之製造方法
CN102671581A (zh) 生产颗粒材料的方法和反应器
CN112705150B (zh) 复合材料制备装置与方法
CN104540590A (zh) 高球形度籽晶和流化床颗粒硅的制备方法
EP3497052A1 (en) Flame based fluidized bed reactor for nanomaterials production
CN109088056B (zh) 在气相反应器中合成硅-碳复合材料
CN113321215A (zh) 碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置
CN114950283B (zh) 一种超细颗粒表面包覆的流化反应系统及其使用方法
JPH06127916A (ja) 真球状高純度多結晶シリコンの製造方法
CN213824705U (zh) 用于制备硅碳复合材料的反应器及系统
CN109553107B (zh) 纳米颗粒材料的连续性、批量化的制备方法和制备装置
WO2020078444A1 (zh) 一种生产纳米包覆材料的方法和装置
CN208716852U (zh) 一种制备纳米硅的装置
CN2766950Y (zh) 带旋风分离器的有机硅流化床反应器
CN219836519U (zh) 一种用于生产有机硅单体的氯甲烷气体分布器
CN112756619B (zh) 一种亚微米级可控元素比例CuSn合金粉的生产方法
Lassègue et al. Decoration of carbon nanotubes by semiconducting or metallic nanoparticles using fluidized bed chemical vapour deposition
CN116282034A (zh) 纳米硅及其制备方法和锂离子电池负极材料
JPS63225515A (ja) 高純度粒状珪素とその製造方法
CN114162825A (zh) 一种生产纳米包覆材料或纳米空心材料的方法和装置
KR101654171B1 (ko) 유동층 반응기를 적용한 2단 마그네슘 환원 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination