CN115364510A - 硅氧化物的制备装置 - Google Patents

Abstract

一种硅氧化物的制备装置，包括一加热炉、一加热装置、一坩埚、一沉积盒、至少一个排气管道及一抽气装置，所述坩埚及所述沉积盒设置于所述加热炉中，所述加热装置对所述坩埚加热使置于所述坩埚中的固态原料形成一气态硅氧化物，所述沉积盒具有至少一个入气口及一出气口，所述沉积盒内部设置至少一个吸附件；所述至少一个排气管道的第一端设置邻近于所述坩埚的上开口的位置，所述至少一个排气管道的第二端与所述沉积盒的至少一个入气口连通；所述抽气装置与所述沉积盒的出气口连通以将所述气态硅氧化物抽离所述坩埚并使所述气态硅氧化物与所述至少一个吸附件的表面接触以沉积一固态的硅氧化物。

Description

硅氧化物的制备装置

技术领域

本发明与硅氧化物的制备装置有关；特别是指一种能提升硅氧化物产量的制备装置。

背景技术

已知二次电池有镍镉电池、镍氢电池、锂离子二次电池等，而锂离子二次电池与镍镉电池或镍氢电池相比，具有能量密度高、工作电压高、记忆效应小以及可快速充电等特性，因此广泛的被运用于例如平板电脑、智能型手机、笔记本电脑、游戏主机等电子装置中。

锂离子二次电池内部的反应主要是通过锂离子在正极与负极之间往复移动以制造正极和负极之间的电位差，一般的锂离子二次电池多以石墨为负极材料，而使用此种负极材料的锂离子二次电池的能源密度很低，因此，为了提高能源密度，业界开发了多种新的负极材料，其中使用氧化硅作为锂离子二次电池负极材料能获得高电压、高能量密度的锂离子二次电池。

现有的用于制备锂二次电池的负极材料的硅氧化物制备装置通常包含一原料容器、一加热装置、一析出室及一抽气装置，通过将含有氧化硅的粉末设置于所述原料容器中并加热气化后，再借由所述抽气装置将氧化硅气体抽离并使其流经所述析出室，以析出固态氧化硅于所述析出室的内壁，但使用现有硅氧化物制备装置制备的硅氧化物产量不佳，因此，现有的硅氧化物制备装置于结构设计上仍未臻完善，且尚有待改进之处。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅氧化物的制备装置，能提升硅氧化物产量并利于使用者取出硅氧化物。

缘以达成上述目的，本发明提供的一种硅氧化物的制备装置包括有一加热炉、一加热装置、一坩埚、一沉积盒、至少一个排气管道及一抽气装置，所述加热炉内部具有由一隔热材料围设形成的一加热区；所述加热装置设置于所述加热区中；所述坩埚设置于所述加热区中，用以容置一固态原料，所述固态原料包括二氧化硅及硅，所述加热装置对所述坩埚加热使所述固态原料形成一气态硅氧化物；所述坩埚具有一上开口；所述沉积盒设置于所述加热区与所述加热炉的内炉壁之间，所述沉积盒具有至少一个入气口及一出气口，所述沉积盒包含至少一个吸附件并设置于所述沉积盒的内部空间中，所述至少一个吸附件的表面材质包含碳；所述至少一个排气管道，具有一第一端及一第二端，所述第一端设置于邻近所述坩埚的上开口的位置，所述第二端与所述沉积盒的所述至少一个入气口连通；以及所述抽气装置与所述沉积盒的所述出气口连通；所述抽气装置将所述气态硅氧化物抽离所述坩埚，以使所述气态硅氧化物与所述至少一个吸附件的表面接触以沉积一固态的硅氧化物。

本发明的效果在于，借由所述至少一个吸附件的设置，能增加所述沉积盒与气态硅氧化物的接触面积，且所述至少一个吸附件的表面材质包含碳的设计不仅能有效提升氧化硅析出的产量，也能避免产出的氧化硅有金属污染的问题。

附图说明

图1为本发明一优选实施例的硅氧化物的制备装置的示意图。

图2为上述优选实施例的沉积盒的部分构件分解示意图。

图3为上述优选实施例的沉积盒的盒体的示意图。

图4为另一优选实施例的沉积盒的部分构件分解示意图。

图5为另一优选实施例的沉积盒的盒体的示意图。

图6为另一优选实施例的硅氧化物的制备装置的示意图。

图7为另一优选实施例的沉积盒的盒体的示意图。

图8为另一优选实施例的吸附件于沉积盒内部排列分布示意图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举优选实施例并配合附图详细说明如后。请参图1所示，为本发明一优选实施例的硅氧化物的制备装置1，包含一加热炉10、一加热装置20、一坩埚30、一沉积盒40、一排气管道50以及一抽气装置60。

所述加热炉10内部具有由隔热材料12围设形成的一加热区R，所述加热装置20及所述坩埚30设置于所述加热区R中，所述坩埚30具有一上开口，所述坩埚30系用以容置一固态原料，所述固态原料包括二氧化硅及硅，所述加热装置20包含有多个加热器，分别设置于围绕所述坩埚30的外侧壁以及所述坩埚30上方的位置，所述加热装置20系用于对所述坩埚30加热使所述固态原料形成一气态硅氧化物，于本实施例中，所述加热装置20能使所述加热区R的内部温度维持于1300至1350度之间。

所述沉积盒40设置于所述加热区R与所述加热炉10的内炉壁之间，所述沉积盒40具有一入气口40a及一出气口40b，所述沉积盒40包含多个吸附件42并设置于所述沉积盒40的内部空间中，所述多个吸附件的表面材质包含碳，所述多个吸附件42的热传导系数大于或等于16W/m.K，熔点大于1200度，所述排气管道50具有一第一端50a及一第二端50b，所述第一端50a设置于邻近所述坩埚30的所述上开口的位置，所述第二端50b与所述沉积盒40的所述入气口40a连通，且所述抽气装置60与所述沉积盒40的所述出气口40b连通，所述抽气装置60可以是例如旋风集尘器，通过所述旋风集尘器可以使气态硅氧化物于所述旋风集尘器析出，借此提高提升固态硅氧化物的收集率。借此，所述抽气装置60能将所述气态硅氧化物抽离所述坩埚30，以使所述气态硅氧化物与所述多个吸附件42的表面接触以于所述多个吸附件42的表面生成固态的硅氧化物，且通过所述多个吸附件42的设置及所述多个吸附件42的表面材质包含碳的设计，不仅能增加所述沉积盒40与气态硅氧化物的接触面积以提升硅氧化物析出的产量，也能避免产出的硅氧化物有金属污染的问题，举例来说，所述多个吸附件42可为石墨或碳/碳复合材制成的构件。再说明的是，于其他实施例中，吸附件42的数量也可以是一个，并不以本实施例中的多个吸附件42为限。于本实施例中，所述硅氧化物的制备装置1包含一遮罩70，所述遮罩70覆盖所述坩埚30的所述上开口，且所述遮罩70具有一开孔70a，所述开孔70a连通所述排气管道50的所述第一端50a及所述坩埚30的内部，借由所述遮罩70的设置能限制气态硅氧化物的流动区域，进而提升固态硅氧化物的收集率。于本实施例中，如图2及图3所示，所述沉积盒40包含一盒体44、一隔板46及一盒盖48，所述盒体44具有一左侧板441、一右侧板442、一后侧板443、一顶板444、一底板445及一侧开口44a，所述顶板444及所述底板445相对设置、所述左侧板441及所述右侧板442相对设置，所述后侧板443分别连接所述左侧板441、所述右侧板442、所述顶板444及所述底板445，所述顶板444具有所述出气口40b，所述底板445具有所述入气口40a，所述隔板46设置于所述顶板444及所述底板445之间，所述多个吸附件42设置于所述隔板46与所述底板445之间，所述盒盖48用以封闭所述侧开口44a。其中所述隔板46一端缘连接于所述后侧板443，且所述隔板46与所述沉积盒40的侧壁间也就是所述左侧板441及所述右侧板442间分别具有一间距D1，所述间距D1为5～10cm，优选为5～8cm，借此，所述出气口40b与所述入气口40a能通过所述间距D1相连通，也就是说，气体能自所述沉积盒40的所述入气口40a进入所述沉积盒40内部后，通过所述隔板46分别与所述左侧板441或所述右侧板442之间距D1，由所述出气口40b排出所述沉积盒40。选用所述间距D1为5～10cm是为了提供适当气体流动速率以提升固态硅氧化物的收集率，当所述间距D1小于5cm时，自所述入气口40a进入所述沉积盒40的气体受所述间距D1的限制而不易流通导致气体流动速率过慢，而影响于各所述吸附件42上生成的固态硅化物产量，而当所述间距大于10cm时，自所述入气口40a进入所述沉积盒40的气体容易经所述间距D1快速地由所述出气口40b排出所述沉积盒40，同样会影响各所述吸附件42上生成的固态硅化物产量。

于本实施例中，是以所述隔板46连接于所述后侧板443以及所述隔板46与所述左侧板441及所述右侧板442间分别具有一间距D1为例说明，于其他实施例中，不排除所述隔板46也可以是连接于所述左侧板441、所述右侧板442或所述后侧板443中的至少一个，且所述隔板46与所述沉积盒40的所述左侧板441、所述右侧板442或所述后侧板443中的至少一个之间具有一间距D1，一样能达成连通所述出气口40b与所述入气口40a的效果。除此之外，如图4所示，所述隔板46也可以是连接于所述盒盖48上，借此，当使用者将所述盒盖48开启时能同时将各所述吸附件42自所述沉积盒40的盒体44中取出，如此一来即能顺利取得于各所述吸附件42上生成的固态硅化物产物。于本实施例中，使用者使通过刮刀手动将各所述吸附件42刮除，以取得各所述吸附件42上生成的固态硅化物产物，于其他实施例中，不排除所述沉积盒40中设置刮刀自动将各所述吸附件42刮除，以取得各所述吸附件42上生成的固态硅化物产物。

其中，各所述吸附件42为棒状，所述多个吸附件42的直径X介于0.5至1公分，长度H介于15至20公分，各所述吸附件42间的间距Y介于3至5公分，且各所述吸附件42的棒体的两端分别具有相对的一第三端42a及一第四端42b，所述第四端42b相对所述第三端42a设置于接近所述入气口40a的位置，借此以增加所述沉积盒40与气态硅氧化物的接触面积。于本实施例中，所述多个吸附件42的所述第三端42a是连接于所述隔板46，于其他实施例中，也可以如图5所示，不设置隔板46，各所述吸附件42能直接连接于所述沉积盒40的所述顶板444。再说明的是，于本实施例中，各所述吸附件42是以可拆离的方式设置于所述沉积盒40中，举例来说，各所述吸附件42可以通过螺合的方式结合于所述隔板46上，如此一来，使用者能将各所述吸附件42自所述沉积盒40取出，以利于取得于各所述吸附件42上生成的固态硅化物产物。于本实施例中，各所述吸附件42是不能相对所述沉积盒40移动地设置于所述沉积盒40中，于其他实施例中，不排除各所述吸附件42是以能相对所述沉积盒40移动的方式设置于所述沉积盒40中，举例来说，设置于接近所述入气口40a的位置的吸附件42，能移动至远离所述入气口40a的位置，而设置于远离所述入气口40a的位置的另一吸附件42，能移动至接近所述入气口40a的位置，借此以提升固态硅氧化物的收集率。

请再配合图3，所述多个吸附件42中的一个具有一长轴向且所述长轴向的延伸线L通过所述入气口40a，也就是说所述吸附件42是设置于所述入气口40a的上方，且所述吸附件42与所述入气口40a间相隔一距离D2，也就是所述吸附件42与所述底板445间的最小间距，所述距离D2为3～13公分，所述距离D2选用3～13公分是因为各所述吸附件42与所述底板445的最小间距为3～13公分可以获得优选单一吸附件的固态硅化物产出率，依据发明人的实验数据，当各所述吸附件42与所述底板445的最小间距为6公分及10公分时单一吸附件的固态硅化物产出率分别为37％及35％，当各所述吸附件42与所述底板445的最小间距为3公分时单一吸附件的固态硅化物产出率为11％，当各所述吸附件42与所述底板445的最小间距为13公分及15公分时，单一吸附件的固态硅化物产出率分别为13％及6％，通过上述实验数据可知，所述距离D2优选为6～10公分，能获得最佳单一吸附件的固态硅化物产出率。

除此之外，于本实施例中，所述多个吸附件42的长度H是依据各所述吸附件42与所述入气口40a的距离而设置，与所述入气口40a距离越接近的吸附件42的长度H须相对与所述入气口40a距离越远的吸附件42的长度短，如此一来，不仅能增加所述吸附件42与气态硅氧化物的接触机率，还能避免于所述吸附件42上生成的固态硅化物堵塞所述入气口40a。

于本实施例中，是以所述沉积盒40具有一入气口40a并配合设置一排气管道50为例说明，实务上，所述沉积盒40也可以设置多个入气口40a，并对应的设置多个排气管道50，举例来说，请配合图6及图7，所述沉积盒40也可以设置三个入气口40a，并对应设置三个排气管道50，其中三个吸附件42的长轴向的延伸线L分别对应通过所述多个入气口40a并与对应的入气口40a相隔一距离，借此以增加吸附件42与气态硅氧化物的接触机率及接触面积，进而大幅提升固态硅氧化物的产量。于其他实施例中，入气口及排气管道的数量也可以是分别为两个或是三个以上。

进一步说明的是，于本实施例中，所述多个吸附件42是以彼此间隔一距离的方式排列为一横列为例说明，实务上，所述多个吸附件也可以是以排列为一阵列或是各种不同的排列图样，或者是所述多个吸附件以彼此不等间距的方式设置，例如，与设置于远离所述入气口40a的上方的吸附件相比较，设置于邻近于所述入气口40a的上方的吸附件能以彼此间隔距离更紧密的方式排列，并不以上述实施例为限。请配合图8为另一实施例的吸附件于沉积盒内部排列分布示意图，其中，吸附件421、吸附件422、吸附件423、吸附件424、吸附件425、吸附件426及吸附件427为上述实施例中所述的棒状吸附件，吸附件428为薄板状吸附件，请配合下表1，为沉积盒中各吸附件的固态硅化物产出率％，根据表1可见吸附件428为薄板状吸附件同样能使气态硅氧化物与吸附件428的表面接触以于吸附件428薄板表面生成固态的硅氧化物，值得一提的是，吸附件423的所述长轴向的延伸线L通过所述入气口40a，也就是说所述吸附件423是设置于所述入气口40a的上方，如表1所示，所述吸附件423通过设置于所述入气口40a的上方能得优选单一吸附件的固态硅化物产出率％。

表1

吸附件	固态硅化物产出率％
		吸附件421、424、425、427	3.00％
吸附件422	4.10％
		吸附件423	16.80％
吸附件428	1.80％
		吸附件426	5.30％

综上所述，通过本发明的所述多个吸附件42的设置，能增加所述沉积盒40与气态硅氧化物的接触面积，且所述多个吸附件的表面材质包含碳的设计不仅能有效提升氧化硅析出的产量，也能避免产出的氧化硅有金属污染的问题。以上所述仅为本发明优选可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及申请专利范围所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。

附图标记说明

[本发明]

1：硅氧化物的制备装置

10：加热炉

12：隔热材料

20：加热装置

30：坩埚

40a：入气口

40b：出气口

40：沉积盒

42：吸附件

42a：第三端

42b：第四端

44：盒体

441：左侧板

442：右侧板

443：后侧板

444：顶板

445：底板

44a：侧开口

46：隔板

48：盒盖

50：排气管道

50a：第一端

50b：第二端

60：抽气装置

70：遮罩

70a：开孔

D1：间距

D2：距离

H：长度

L：延伸线

R：加热区

X：直径

Y：间距

Claims (13)

1.一种硅氧化物的制备装置，包含：

一加热炉，内部具有由一隔热材料围设形成的一加热区；

一加热装置，设置于所述加热区中；

一坩埚，设置于所述加热区中，用以容置一固态原料，所述固态原料包括二氧化硅及硅，所述坩埚具有一上开口；

一沉积盒，设置于所述加热区与所述加热炉的内炉壁之间，所述沉积盒具有至少一个入气口及一出气口，所述沉积盒包含至少一个吸附件并设置于所述沉积盒的内部空间中，所述至少一个吸附件的表面材质包含碳；

至少一个排气管道，具有一第一端及一第二端，所述第一端设置于邻近所述坩埚的所述上开口的位置，所述第二端与所述沉积盒的所述至少一个入气口连通；以及

一抽气装置，与所述沉积盒的所述出气口连通。

2.如权利要求1所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述至少一个吸附件与所述至少一个入气口间相隔一距离，所述距离为3～13cm。

3.如权利要求2所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述至少一个吸附件具有一长轴向，所述长轴向的延伸线通过所述至少一个入气口。

4.如权利要求3所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述至少一个吸附件的数量为多个，所述多个吸附件中的一个具有所述长轴向。

5.如权利要求3所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述至少一个吸附件为棒状，所述至少一个吸附件具有相对的一第三端及一第四端，所述第四端相对所述第三端设置于接近所述至少一个入气口的位置。

6.如权利要求5所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述沉积盒包含一隔板以及相对设置的一顶板及一底板，所述顶板具有所述出气口，所述底板具有所述至少一个入气口，所述隔板设置于所述顶板及所述底板之间，所述至少一个吸附件设置于所述隔板与所述底板之间，所述至少一个吸附件的所述第三端连接于所述隔板。

7.如权利要求6所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述隔板与所述沉积盒的侧壁间具有至少一个间距，所述出气口与所述至少一个入气口通过所述至少一个间距相连通。

8.如权利要求7所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述沉积盒包含一盒体及一盒盖，所述盒体具有一侧开口，所述盒盖用以封闭所述侧开口，所述隔板连接于所述盒盖上。

9.如权利要求3所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述多个吸附件以彼此间隔一距离的方式排列。

10.如权利要求1所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述沉积盒包含相对设置的一顶板及一底板，所述顶板具有所述出气口，所述底板具有所述至少一个入气口，所述至少一个吸附件连接于所述顶板。

11.如权利要求1至10中任一项所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述至少一个吸附件为石墨或碳/碳复合材制成。

12.如权利要求7中所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述至少一个间距为5～10公分。

13.如权利要求1所述的硅氧化物的制备装置，其中，所述至少一个入气口及所述至少一个排气管道的数量分别为多个并对应连通。

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