[实用新型]一种纳米硅和绿色硅碳负极生产系统

说明书

本实用新型公开了一种用于纳米硅和绿色硅碳负极生产系统，该系统有K‑H2氢气瓶、B硅源储罐，液体输送泵、1号高温反应室、雾化塔、反应釜、碳源储罐、过滤器、K03硅碳负极周转储罐、粗硅粉储罐、粗硅粉计量泵、2号高温反应室及阀门、管道组成。本实用新型生产系统能够实现高品质纳米硅和纳米硅碳负极的绿色生产，解决了50纳米以下的纳米硅的生产难题和生产中环境污染问题，具有明显的成本优势，便于大规模量产。

技术领域

本实用新型属于纳米硅制备技术领域，本实用新型涉及一种纳米硅和绿色硅碳负极生产系统。

背景技术

锂电池能量密度是当下急需解决的问题。据研究硅负极由于其超高的比容量，理论嵌锂比容量为 4200 mAh/g，与传统的商业碳负极材料（理论嵌锂比容量为 372 mAh/g）相比，高出了十倍之多，而备受关注。然而，硅的本征电导率低，充放电过程中严重的体积变化硅（在嵌脱锂过程中>300%的体积变化率）导致循环过程中硅颗粒的粉化，这些缺陷导致电池容量急速衰减，循环性能极差，加之导电率极低，限制了其商业化应用。即使是通过将硅颗粒嵌入碳或石墨主体中，用石墨或碳材料作为抑制硅膨胀的主体材料的方法有时也不能完全奏效。因为，碳材料的弹性也是有限的，有时并不够承受硅材料在体积膨胀时产生的巨大应力。硅材料在充放电过程中巨大的体积膨胀/收缩变化，仍然会使得碳材料在循环过程中慢慢破坏，最终产生整体结构破坏，导致电极片的循环性能衰减。

有实验及理论认为当硅的晶体尺寸控制在50纳米之内，其膨胀系数可以控制在30%左右。然而传统方法高能球磨法、气相沉积法和镁合金酸蚀法制备的单质硅的材料能耗高、污染大、价格也居高不下，易引入杂质、纯度不高，粒度也很难控制在50纳米以内，循环性能差，无法真正满足商业需求。

实用新型内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种纳米硅和绿色硅碳负极生产系统，有效的解决的纳米硅生产难题，符合实用要求，小于50纳米，并且分布范围可控，不产生环境污染物，纯度高达99.99%。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：该纳米硅和绿色硅碳负极生产系统，其特征在于：K-氢气瓶通过管道和位于管道中的阀门连接1号高温反应室，B硅源储罐通过液体输送泵连通阀门前端的管道，所述1号高温反应室连接雾化塔，雾化塔冲刷沉积在沉积板上的单质硅Si，所述雾化塔通过泵连接高温反应釜，所述高温反应釜连接碳源储罐，所述碳源储罐向高温反应釜加入有机碳源，所述高温反应釜反应通过过滤器连接K03硅碳负极周转储罐，过滤器通过管道连接雾化塔，过滤水回到雾化塔中；粗硅粉储罐通过粗硅粉计量泵连接2号高温反应室，所述1号高温反应室产生的HCl气体通过管道连接2号高温反应室，所述2号高温反应室生成的氢气通过管道连接氢气瓶出口管道，所述2号高温反应室生成的SiHCl₃通过管道连接所述B硅源储罐。

所述雾化塔内有气相沉积板，该气相沉积板为立式弧性，避免雾化液进入反应室，全部回流雾化塔水槽。

所述雾化塔设有通过间隔或启动或连续时间及流量可调可控的高压雾化泵。

所述液体输送泵为硅源计量泵。

所述雾化塔内雾化液为去离子水。

所述B硅源储罐为SiCl₄和SiHCl₃两个储罐，根据用量和回收量，交替使用。

采用上述技术方案的有益效果：该纳米硅和绿色硅碳负极生产系统的结构原理：

对应过程1：原理：SiCl₄+H₂=Si(高纯)+4HCl 和SiHCl₃+H₂= Si(高纯)+3HCl这是已知的高纯硅制备原理，但该原理和过程没法保证生成的高纯的硅是纳米的。

按结构示意图1，K-氢气瓶和B硅源储罐通过管道连接1号高温反应室，