CN215161052U - 一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置，属于锂离子电池用氧化亚硅生产设备技术领域，所述生产装置包括坩埚、加热筒、加热装置和真空泵；在加热筒的内壁上沿筒体延伸方向设有螺纹槽；在所述加热筒内部设有螺杆，在所述螺杆上活动连接有滚动滑刀；在所述滚动滑刀的滑刀翼配合加热筒内筒的内壁设置，在所述滚动滑刀的中心位置设有与螺杆连接的螺孔，所述滚动滑刀随螺杆运动而在加热筒内部左右行进。利用该装置生产氧化亚硅，不仅可避免纳米级氧化亚硅粉末暴露在空气中发生损毁，克服了纳米级氧化亚硅粉末难以工业化生产的问题，同时有利于后期进行石墨复合等工艺。
Description
技术领域
本实用新型属于锂离子电池用氧化亚硅生产设备技术领域，具体涉及一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置。
背景技术
传统的锂离子电池用负极材料一般采用石墨作为负极材料，但石墨负极材料因为其自身特性，最高理论比容量仅能达到372mAh/g。为了提高电池的性能，同时也为了满足当前新能源汽车快速发展的市场需要，研发人员探索出了以硅为核心的硅基负极材料，硅基负极材料的理论比容量可达4200mAh/g，是石墨的3倍之多，是一种高性能负极材料。但是硅基负极材料自身有一很大缺陷，就是其在充放电过程中体积膨胀率较大，约为300%。这造成了其易于从负极脱落，从而造成电池失效。为了解决这一问题，研发人员又开发出了氧化亚硅负极材料，氧化亚硅负极材料在具有较高理论比容量的同时，自身的膨胀系数较硅基材料又较小，是一种可实用的新型负极材料。
但是，氧化亚硅作为一种负极材料由于其自身的半导体特性，导致其导电性较差，在多次循环中循环性能较差，为了提高其导电性行业中大多采用与石墨复合的处理方法。以增加其导电性。但是，当其与石墨复合时，复合强度就显得十分重要，若复合的不好，在多次循环中，由于负极材料的反复膨胀收缩，石墨会从氧化亚硅材料上脱落，此时电池性能也会急剧降低，为了增加其强度，有研究表明，氧化亚硅的颗粒越细，复合效果越好。也就是说，比表面积越大复合效果越好。一般的氧化亚硅负极材料大多采用高能球磨、气流磨将块状氧化亚硅打成微米级别粉末，再进行石墨材料复合，但是传统的气流磨或高能球磨工艺在实际生产中需要耗费大量成本，对企业生产非常不利。
对此，研发人员也一直在探索直接合成较小粒径的氧化亚硅技术。经过本实验人员的不断探索发现，传统的块状氧化亚硅在200℃以下即可直接取料，暴露在空气中不会发生氧化，物质性质稳定，但是纳米级氧化亚硅颗粒，活性极大，即使在氮气或氩气的保护下，如果温度不能冷却到一定程度，即会发生自燃。这对较小粒径的氧化亚硅工业化生产带来了巨大挑战。
实用新型内容
为了直接合成较小粒径的氧化亚硅，本实用新型的目的在于提供一种大型间歇式工业纳米氧化亚硅生产装置，该装置设计简单合理，有效提高了生产效率，满足了连续规模化生产的需求。
为了实现上述目的，本实用新型采用的具体方案为：
一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置，其特征在于：包括坩埚、与坩埚连通的加热筒、对加热筒加热的加热装置和对加热筒抽真空的真空泵；在所述加热筒的内壁上沿加热筒的筒体延伸方向设有螺纹槽；在所述加热筒内部设有螺杆，所述螺杆由设置在加热筒外的转机提供动力驱动旋转，在所述螺杆上活动连接有滚动滑刀；所述滚动滑刀的滑刀翼配合加热筒内筒设置，在所述滚动滑刀的中心位置设有与螺杆连接的螺孔，所述滚动滑刀随螺杆运动从而在加热筒内部左右行进。
作为对上述方案的进一步优化，所述加热筒包括内筒和外筒，在所述内筒的内壁上沿加热筒的筒体延伸方向设有螺纹槽；所述坩埚与所述内筒密闭连通；所述加热装置设置在内筒和外筒之间的空隙内。
作为对上述方案的进一步优化，所述螺纹槽的槽体纵切面呈三角形。
作为对上述方案的进一步优化，所述滚动滑刀的滑刀翼呈圆饼型，其外边缘与所述螺纹槽配合。
作为对上述方案的进一步优化，所述加热装置为石墨加热块或加热丝。
有益效果：
1、采用本新型所述生产装置在工业可直接制备纳米级粉末氧化亚硅，因为纳米级氧化亚硅对空气中的氧气非常敏感，即使温度冷却至140℃附近，一旦接触空气都会立即引燃，并且迅速扩大，即使在通入氩气或氮气保护的情况下，仍有很大概率发生自燃，这对产物的工业化制备造成了很大困难。对此，采用本实用新型所述装置，通过连续化生产工艺，在对生成物本身的气闭环境不造成破坏的情况下，继续进行石墨复合工艺，同时随着粒子表面被石墨复合后，后期可以直接开炉进行取料。该工艺直接利用一次制备的氧化亚硅进行生产，极大地提高了生产效率。
2、本申请本质属于工业化生产纳米级氧化亚硅工艺，该工艺提高了生产效率，不仅可以直接进行后期石墨复合工艺，还避免了纳米级氧化亚硅粉末暴露在空气中发生损毁，克服了纳米级氧化亚硅粉末难以工业化生产的问题，同时其内部的滚动滑刀结构也可以对生产出的纳米级氧化亚硅粉末进行充分剥离和搅拌，使其均匀受热，有利于后期进行石墨复合等工艺。
附图说明
图1是本实用新型所述生产装置的内部结构示意图；
图2是本实用新型所述生产装置的右视图；
图3是本实用新型所述生产装置的左视图；
图4是加热筒与滚动滑刀的连接结构示意图；
图5是加热筒与滚动滑刀连接的零件分离示意图；
图6是加热筒的透视剖面结构示意图；
图7是滚动滑刀的结构示意图；
图8是滚动滑刀的正视图；
图中：1、转机；2、真空泵；3、滚动滑刀；31、滑刀翼；32、螺孔；4、加热装置；5、坩埚；6、连接部；7、加热筒；71、外筒；72、内筒；73、螺纹槽；74、螺杆。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“左”、“右”、“外”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1：一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置。
如图1-8所示，一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置，包括坩埚、带有螺纹槽的加热筒、对加热筒加热的加热装置和对加热筒抽真空的真空泵；所述坩埚通过连接部与所述加热筒连通连接；所述加热筒包括内筒和外筒，在所述内筒的内壁上沿加热筒的筒体延伸方向设有螺纹槽；所述坩埚与所述内筒密闭连通。在所述加热筒内部设有螺杆，所述螺杆设置在加热筒的中心，其延伸方向与加热筒的轴向相同；所述螺杆由设置在加热筒外的转机提供动力驱动旋转，在所述螺杆上活动连接有滚动滑刀；所述滚动滑刀的滑刀翼配合加热筒内筒设置，在所述滚动滑刀的中心位置设有与螺杆连接的螺孔，所述滚动滑刀随螺杆运动从而在加热筒内部左右行进。滚动滑刀可随着内部螺杆旋转方向的不同而改变其行进方向，同时在行进的过程中，将螺纹槽内部的纳米级氧化亚硅粉末剥离下来，并可对剥离下来的氧化亚硅进行搅拌，滑刀翼根据加热筒炉管的尺寸以接触面积尽可能大进行设置。
所述加热装置设置在内筒和外筒之间的空隙内，所述加热装置为石墨加热块或加热丝，用于加热促进反应进行。
所述螺纹槽的槽体纵切面呈三角形。
所述滚动滑刀的滑刀翼呈圆饼型，其外边缘与所述螺纹槽配合。
实施例2、纳米级氧化亚硅生产工艺。
利用实施例1所述生产装置生产纳米级氧化亚硅，具体生产方式为：
首先将原料混合均匀，放入如图1所示的坩埚内，接着开启真空泵，抽真空，当真空度达到2.4Pa-140Pa之间时，开启加热装置，温度应当设置为1500℃-1600℃，此时反应的原料为硅和二氧化硅，或碳和二氧化硅均可。当温度达到要求后，会有大量粉末状固体飞出，以极高的速度撞击在加热筒内筒内部，并凝结在加热筒内部的螺纹槽中，此时筒内的滚动滑刀也应处于起始位置，即在加热筒末端。当反应结束时，降温冷却，此时真空泵保持开启，待温度降到135℃±10℃时，开启加热筒，同时筒内部螺杆也开启旋转，螺杆旋转方向应保证滚动滑刀由起始区开始移动，移向回转加热筒的另一侧，通过内部螺杆的转动方向可以控制滚动滑刀的左右移动，回转筒内壁上的土黄色纳米级氧化亚硅粉末可以被充分剥离，要注意此时内部的真空环境并未破坏，所以生成的氧化亚硅粉末不会发生自燃，接着就可利用CVD等方法，直接对氧化亚硅进行后续如石墨复合等加工处理，实现纳米级氧化亚硅的工业化生产，后期取料时，去掉坩埚5，从筒口处清扫出料。
本发明提供的一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置，设计简单合理，有效提高了生产效率，满足了连续规模化生产的需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置，其特征在于：包括坩埚、与坩埚连通的加热筒、对加热筒加热的加热装置和对加热筒抽真空的真空泵；在所述加热筒的内壁上沿加热筒的筒体延伸方向设有螺纹槽；在所述加热筒内部设有螺杆，所述螺杆由设置在加热筒外的转机提供动力驱动旋转，在所述螺杆上活动连接有滚动滑刀；所述滚动滑刀的滑刀翼配合加热筒内筒的内壁设置，在所述滚动滑刀的中心位置设有与螺杆连接的螺孔，所述滚动滑刀随螺杆运动而在加热筒内部左右行进。
2.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于：所述加热筒包括内筒和外筒，在所述内筒的内壁上沿加热筒的筒体延伸方向设有螺纹槽；所述坩埚与所述内筒密闭连通；所述加热装置设置在内筒和外筒之间的空隙内。
3.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于：所述螺纹槽的槽体纵切面呈三角形。
4.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于：所述滚动滑刀的滑刀翼呈圆饼型，其外边缘与所述螺纹槽配合。
5.根据权利要求1所述的生产装置，其特征在于：所述加热装置为石墨加热块或加热丝。
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| CN202121526314.7U CN215161052U (zh) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | 一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置 |
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| CN202121526314.7U CN215161052U (zh) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | 一种大型间歇式纳米级氧化亚硅生产装置 |
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| CN (1) | CN215161052U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115140739A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-10-04 | 新疆晶硕新材料有限公司 | 一种氧化亚硅的生产设备及方法 |
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2021
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