[发明专利]碳硅复合颗粒及其制备方法和制备装置

权利要求书

1.一种碳硅复合颗粒的制备方法，其特征在于，该方法包括：

在载气存在下，将石墨基粉末和含硅气体在流化状态下进行对流接触，其中，所述含硅气体进行分解，产生的硅实现在所述石墨基粉末中嵌入，或在所述石墨基粉末外进行包覆，形成碳硅复合颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述石墨基粉末的平均颗粒直径为10-80μm，优选为30-50μm；所述石墨基粉末选自粒状石墨粉和/或片状石墨粉；

优选地，所述含硅气体选自沸点为20-800℃的硅烷化合物；所述硅烷化合物选自甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷和三甲基甲硅烷中的至少一种，优选为甲硅烷。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述含硅气体和石墨基粉末的重量比为0.05-0.5:1，优选为0.1-0.3:1。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，载气的压力为0.15-0.85MPa，优选为0.3-0.6MPa；

优选地，载气与所述含硅气体的体积流量比为18-24:1，优选为20-23:1。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述接触的条件包括：温度为500-1000℃，优选为600-800℃；压力为0.2-1MPa，优选0.3-0.6MPa。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，在所述流化状态下，所述石墨基粉末、载气和含硅气体形成的流体的流速为0.1-0.5m/s，优选为0.18-0.22m/s。

7.一种权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制得的碳硅复合颗粒，其特征在于，所述碳硅复合颗粒的球形度为0.8以上，所述碳硅复合颗粒中含硅的克容量为1000mAh/g以上。

8.一种碳硅复合颗粒的制备装置，其特征在于，该装置包括：依次连通的进料单元、流化床单元、产物筛选单元、尾气过滤单元和粉料收集单元；

其中，所述进料单元用于控制硅烷化合物、载气、石墨基粉末的投料量；

所述流化床单元包括流化床反应器、加热器和气体分配器，用于将气化的所述硅烷化合物、载气与所述石墨基粉末在所述流化床内形成流动流体进行接触，制备碳硅复合颗粒；

所述产物筛选单元包括旋风分离器，用于对所述流化床单元制得的碳硅复合颗粒进行筛选，获得颗粒直径合格的碳硅复合颗粒；

所述尾气过滤单元包括换热器和过滤器，用于对经所述产物筛选单元排出的尾气进行降温和回收从尾气中除去的微小颗粒粉末；

所述粉料收集单元包括粉料冷却仓和粉料收集仓，用于将经所述产物筛选单元筛选而得的碳硅复合颗粒进行冷却和收集包装。

9.根据权利要求8所述的制备装置，其中，所述流化床反应器包括：反应器主体(13)，设置在所述反应器主体(13)底部的气体分布器(17)，设置在所述气体分布器(17)底部的进气段(18)，设置在所述进气段(18)上的硅烷化合物入口(16)、载气进口(19)以及压力检测口(20)，设置在所述反应器主体顶部的石墨基粉末入口(9)，在所述石墨基粉末入口(9)上设有单向阀(11)，以及设置在所述流化床反应器主体(13)的外壁上的加热器(14)；其中，在所述反应器主体(13)的内部设置流化复合区(15)；

优选地，所述气体分布器(17)为多孔锥式结构，且与所述反应器主体(13)为可拆卸连接。

10.根据权利要求9所述的制备装置，其中，旋风分离器(10)设置在所述反应器主体(13)顶部，所述旋风分离器(10)上设有尾气出口(7)和碳硅复合颗粒出口(12)；

优选地，所述旋风分离器(10)和所述尾气过滤单元相连，并通过所述换热器(3)冷却从所述尾气出口(7)排出的尾气；

优选地，所述旋风分离器(10)和所述粉料收集单元相连，从碳硅复合颗粒出口(12)排出的颗粒经过粉料冷却仓(5)冷却，在粉料收集仓(6)内收集。