[发明专利]连续量产超细纳米级金属粒子的纳米粒子生长器

说明书

本发明属于纳米级金属粒子生产技术领域，涉及连续量产超细纳米级金属粒子的纳米粒子生长器，包括与纳米粒子生长器的内腔连通的进料管、出料管及冷却循环管，进料管的内径与纳米粒子生长器的内径之比为1:2～60；纳米粒子生长器的内径与进料管的长度之比为1:0.05～5，伸入纳米粒子生长器内腔内的冷却循环管连通有一根以上的冷却管，冷却管上间隔开设有冷却气体喷口，以便使金属高温蒸发器或坩埚内产生的高温金属蒸汽进入纳米粒子生长器后经过冷却气体喷口喷出的冷却气体快速冷却至200℃～60℃以下，金属粒子无法继续碰撞粘连生成更大的金属粒子，生成的金属粒子直径小于或等于250nm。

技术领域

本发明属于纳米级金属粒子生产技术领域，特指一种连续量产超细纳米级金属粒子的纳米粒子生长器。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环性能好、环境友好，以及结构多样化等优异性能，已得到广泛应用没在锂离子动力电池的发展需求方面，要求负极材料具有高容量、快速充放电等特点，现有市场商业化的石墨负极材料的理论容量为372mah/g，目前，商业化的石墨负极产品已达350mah/g左右，基本无法提升空间，硅作为锂离子电池的负极材料，理论容量可达4200mah/g，是石墨负极材料理论容量的10倍多，且硅的资源及其丰富，近年来成为锂离子电池负极材料的研究发展丰富，但是普通亚微米级硅颗粒在实际应用中会产生巨大的体积膨胀和收缩(300％～400％)，在负极材料内部产生较大的内应力，造成电机材料粉碎，从而导致循环性能严重衰退，严重影响其发展，科学实验表明，要大幅减少硅在锂离子电池负极材料里的使用时间及膨胀和收缩，必须走硅材料的纳米化之路，从而大幅降低缓解硅的体积膨胀剂收缩；目前，全球100nm以下的纳米硅制取方法无法大幅提高，100nm以下的纳米硅的制造成本昂贵，严重制约了硅材料应用于商业化锂离子电池负极材料中。

制取单质金属或多质金属纳米材料的方法很多，例如美国专利US4661335A、中国专利CN100431954C、阳极氧化法CN1333108C、CN105836748A、中国兵器科学院宁波分院CN105271237A以及CN102910630B、浙江大学CN101559946B以及CN102951643B等等，很多方面都收到了一定的量产限制或安全生产方面的制约，特别是专利CN102951643B在实际生产过程中根本无法达到真正意义上的100nm以下的纳米硅材料，国际上通常以100nm以下的粒子材料简称纳米材料，例如该专利权利要求4中所表述：“粒子控制器为聚冷管，所述聚冷管的管结构包括五层，由内向外依次为石墨管、碳毡管、碳毡管、不锈钢管、不锈钢管，其中两层不锈钢管之间设置有冷水循环系统”，内三层为石墨管、碳毡管、碳毡管构成，常识都知道这三层材料是一种超耐高温材料，耐高温最高可达1800℃：一是证明该气体硅在粒子控制器内的温度极高，才需要这样的耐高温材料；二是CN102951643B在实际生产过程中，聚冷管(粒子控制器)一端连通高温蒸发器、另一端连通收集器，由于硅的沸点是2900℃，硅汽化后的出口温度必然为2900℃左右，这样高的温度在所谓的聚冷管内通过，循环水冷却后的温度不会降低太多，导致硅粒子在聚冷管内极易快速碰撞生长成大颗粒硅粒子，根本无法生产出150nm～10nm以下的硅纳米材料，据CN 102951643B专利的实施例的表1～表3显现，其硅颗粒粒径分布D50均在500～2700nm以上，其D50实际根本无法达到150nm～10nm以下的硅颗粒尺寸；三是若通过控制流量来控制硅粒子在聚冷管内流过时的温度降低而控制硅粒子在聚冷管内的生长速度，则其生产效率非常低，进一步导致纳米级硅粒子的生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续量产超细纳米级金属粒子的纳米粒子生长器。

本发明的目的是这样实现的：