[发明专利]包覆型复合粉体制备方法与制备装置

说明书

本发明公开了一种包覆型复合粉体制备方法与制备装置，包覆型复合粉体制备方法，包括以下步骤：A)对管式反应器进行加热，以便管式反应器内的温度达到反应温度；B)将硅基反应气体和载气混合，以便得到混合气体，并将混合气体通入管式反应器内；C)利用等离子单元对进入管式反应器内的混合气体等离子化，以便加强混合气体的化学反应活性；D)等离子化后的硅基反应气体在管式反应器内热分解以便产生硅粒；E)将碳基反应气体通入管式反应器内热分解以便产生碳原子，碳原子在硅粒的表面沉积形成包覆层以便产生复合粉体；和F)分离、并收集复合粉体。本发明的包覆型复合粉体制备方法具有生产成本低、能耗低、可持续生产和便于规模化生产的优点。

技术领域

本发明涉及粉体制备领域，具体涉及一种包覆型复合粉体制备方法与制备装置。

背景技术

包覆型复合材料将具有不同特性的单一材料以基体和包覆层的形式组合成异质结构，获得超越单一材料的综合优异性能，满足特定应用场景中对材料的多重特性需求。包覆型复合粉体材料制备工艺是一类重要的材料生产技术，对具有特殊功能的异质结构材料具有重要意义，也是解决硅基负极材料应用瓶颈的重要途径，但现存的工艺仍然存在诸多缺陷，如产品复合效果差、生产效率低、生产成本高等。

相关技术中，包覆型复合方法大致可分为物理法和化学法。物理法主要指的是利用搅拌或研磨等机械处理方式将基体材料和包覆材料进行物理混合，以外部输入能量，是基体和包覆材料之间形成一定作用力结合在一起或基体嵌入到包覆介质中(这种方式得到的复合材料相互之间作用力较弱，并不能达到材料的最佳性能)。物理法制备硅-碳复合材料，是在机械研磨硅粉的过程中就直接添加碳粉进行共研磨，要使硅和碳形成复合结构，往往需要从外部输入在较高的能量。而且，基体和包覆层主要依靠范德华力复合，结合力比较弱，并不能形成理想的包覆或嵌入结构，用于制备硅-碳复合粉体，对硅基负极的性能改善作用比较有限。

化学法主要包含液相法和气相法两类，其原理均是通过特定的物理化学过程是包覆材料或包覆材料前驱体覆盖于基体之上，并通过后处理是基体与包层之间形成紧密的异质复合结构。例如制备包覆型硅-碳复合粉体材料，液相法一般是以有机碳源对硅粉进行包覆，再经干燥热分解形成硅-碳复合结构，或气相法以烃类气体为原料热分解直接在硅颗粒表面沉积碳层形成复合材料。化学法产品硅碳之间作用紧密，结合力强，能够大大提升硅的导电性，同时碳层为硅颗粒提供额外的机械支撑，能够增强颗粒力学性能、抑制结构破坏。但是，目前化学法复合在工艺和产品质量控制上有着很高的技术壁垒，并存在生产连续性差以及在工程化方面还存在处理规模不大、成本相对较高的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种包覆型复合粉体制备方法与制备装置。

根据本发明实施例的包覆型复合粉体制备方法，包括以下步骤：

A)对管式反应器进行加热，以便所述管式反应器内的温度达到反应温度；

B)将硅基反应气体和载气混合，以便得到混合气体，并将所述混合气体通入所述管式反应器内；

C)利用等离子单元对进入所述管式反应器内的所述混合气体等离子化，以便加强所述混合气体的化学反应活性；

D)等离子化后的所述硅基反应气体在所述管式反应器内热分解以便产生硅粒；

E)将碳基反应气体通入所述管式反应器内热分解以便产生碳原子，所述碳原子在所述硅粒的表面沉积形成包覆层以便产生复合粉体；和

F)分离、并收集所述复合粉体。

因此，根据本发明的实施例的复合粉体制备方法具有生产成本低、能耗低、可持续生产和便于规模化生产的优点。

在一些实施例中，所述步骤A)包括：

A-1)关闭所述管式反应器的进气口；