本發(fā)明屬于納米級金屬粒子生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特指一種連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子的納米粒子生長器。

背景技術(shù)：

鋰離子電池因其能量密度高、功率密度高、循環(huán)性能好、環(huán)境友好，以及結(jié)構(gòu)多樣化等優(yōu)異性能，已得到廣泛應(yīng)用沒在鋰離子動力電池的發(fā)展需求方面，要求負(fù)極材料具有高容量、快速充放電等特點，現(xiàn)有市場商業(yè)化的石墨負(fù)極材料的理論容量為372mah/g，目前，商業(yè)化的石墨負(fù)極產(chǎn)品已達(dá)350mah/g左右，基本無法提升空間，硅作為鋰離子電池的負(fù)極材料，理論容量可達(dá)4200mah/g，是石墨負(fù)極材料理論容量的10倍多，且硅的資源及其豐富，近年來成為鋰離子電池負(fù)極材料的研究發(fā)展豐富，但是普通亞微米級硅顆粒在實際應(yīng)用中會產(chǎn)生巨大的體積膨脹和收縮(300％～400％)，在負(fù)極材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，造成電機材料粉碎，從而導(dǎo)致循環(huán)性能嚴(yán)重衰退，嚴(yán)重影響其發(fā)展，科學(xué)實驗表明，要大幅減少硅在鋰離子電池負(fù)極材料里的使用時間及膨脹和收縮，必須走硅材料的納米化之路，從而大幅降低緩解硅的體積膨脹劑收縮；目前，全球100nm以下的納米硅制取方法無法大幅提高，100nm以下的納米硅的制造成本昂貴，嚴(yán)重制約了硅材料應(yīng)用于商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料中。

制取單質(zhì)金屬或多質(zhì)金屬納米材料的方法很多，例如美國專利US4661335A、中國專利CN100431954C、陽極氧化法CN1333108C、CN105836748A、中國兵器科學(xué)院寧波分院CN105271237A以及CN102910630B、浙江大學(xué)CN101559946B以及CN102951643B等等，很多方面都收到了一定的量產(chǎn)限制或安全生產(chǎn)方面的制約，特別是專利CN102951643B在實際生產(chǎn)過程中根本無法達(dá)到真正意義上的100nm以下的納米硅材料，國際上通常以100nm以下的粒子材料簡稱納米材料，例如該專利權(quán)利要求4中所表述：“粒子控制器為聚冷管，所述聚冷管的管結(jié)構(gòu)包括五層，由內(nèi)向外依次為石墨管、碳?xì)止?、碳?xì)止?、不銹鋼管、不銹鋼管，其中兩層不銹鋼管之間設(shè)置有冷水循環(huán)系統(tǒng)”，內(nèi)三層為石墨管、碳?xì)止?、碳?xì)止軜?gòu)成，常識都知道這三層材料是一種超耐高溫材料，耐高溫最高可達(dá)1800℃：一是證明該氣體硅在粒子控制器內(nèi)的溫度極高，才需要這樣的耐高溫材料；二是CN102951643B在實際生產(chǎn)過程中，聚冷管(粒子控制器)一端連通高溫蒸發(fā)器、另一端連通收集器，由于硅的沸點是2900℃，硅汽化后的出口溫度必然為2900℃左右，這樣高的溫度在所謂的聚冷管內(nèi)通過，循環(huán)水冷卻后的溫度不會降低太多，導(dǎo)致硅粒子在聚冷管內(nèi)極易快速碰撞生長成大顆粒硅粒子，根本無法生產(chǎn)出150nm～10nm以下的硅納米材料，據(jù)CN 102951643B專利的實施例的表1～表3顯現(xiàn)，其硅顆粒粒徑分布D50均在500～2700nm以上，其D50實際根本無法達(dá)到150nm～10nm以下的硅顆粒尺寸；三是若通過控制流量來控制硅粒子在聚冷管內(nèi)流過時的溫度降低而控制硅粒子在聚冷管內(nèi)的生長速度，則其生產(chǎn)效率非常低，進(jìn)一步導(dǎo)致納米級硅粒子的生產(chǎn)成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子的納米粒子生長器。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子的納米粒子生長器，包括與納米粒子生長器的內(nèi)腔連通的進(jìn)料管、出料管及冷卻循環(huán)管，進(jìn)料管的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比為1:2～60；納米粒子生長器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長度之比為1:0.05～5，伸入納米粒子生長器內(nèi)腔內(nèi)的冷卻循環(huán)管連通有一根以上的冷卻管，冷卻管上間隔開設(shè)有冷卻氣體噴口，所述的冷卻氣體噴口有5～500個，所述的金屬粒子也稱金屬粉體。

上述進(jìn)料管的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比為1:4～10；納米粒子生長器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長度之比為1:0.05～2。

上述進(jìn)料管的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比為1:6～8；納米粒子生長器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長度之比為1:0.05～1。

上述的冷卻管上開設(shè)的冷卻氣體噴口有20～200個。

上述的冷卻管上開設(shè)的冷卻氣體噴口有35～100個。

上述的冷卻循環(huán)管內(nèi)通入的冷卻氣體為氮氣或氬氣或氖氣或氦氣；或所述的冷卻循環(huán)管內(nèi)通入的冷卻氣體為混合氣體，混合氣體中的惰性氣體占混合氣體的50％以上。

上述的納米粒子生長器的殼體由雙層鋼板制成，連通循環(huán)水泵的冷卻水循環(huán)導(dǎo)管的進(jìn)出水口均與兩層鋼板之間的空腔連通；納米粒子生長器殼體夾層內(nèi)通入冷卻水循環(huán)后，一是可以降低納米粒子生長器內(nèi)腔的溫度，便于控制金屬粒子的生長；二是可以防止殼體外表面的高溫對操作人員的燙傷。

上述的納米粒子生長器可使金屬高溫蒸發(fā)器或坩堝內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣霧型金屬粒子進(jìn)入納米粒子生長器的內(nèi)腔后經(jīng)過冷卻氣體噴口噴出的冷卻氣體急速冷卻使納米粒子生長器的出口處溫度為200℃～60℃以下，金屬粒子無法繼續(xù)碰撞生成更大的金屬粒子，生成的金屬粒子直徑小于或等于250nm。

上述生成的金屬粒子直徑為20nm～100nm。

上述生成的金屬粒子直徑為20nm～60nm。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)突出且有益的技術(shù)效果是：

1、本發(fā)明由于找到了進(jìn)料管的內(nèi)徑與納米粒子生長器的內(nèi)徑之比以及納米粒子生長器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長度之比的范圍，而且在納米粒子生長器的內(nèi)腔內(nèi)設(shè)置帶有冷卻氣體噴口的冷卻管，在生產(chǎn)納米粒子的過程中，由于通過冷卻管的冷卻氣體噴口不斷的向納米粒子生長器的內(nèi)腔噴出低溫的氮氣或氬氣或氖氣或氦氣冷卻氣體，可以對進(jìn)入納米粒子生長器的高溫金屬蒸汽進(jìn)行快速冷卻，由于控制的納米粒子生長器的內(nèi)徑較大，因此，在內(nèi)徑迅速擴張的納米粒子生長器的內(nèi)腔內(nèi)，高溫金屬蒸汽的流速迅速減慢，金屬蒸汽也便于在納米粒子生長器內(nèi)腔內(nèi)與超低溫冷卻氣體進(jìn)行熱交換，使得納米粒子生長器內(nèi)腔內(nèi)的高溫金屬蒸汽的溫度迅速降低到200℃～60℃以下，金屬粒子該溫度下無論怎樣碰撞也不會繼續(xù)生長和粘連成大顆粒的金屬粒子，金屬粒子該溫度下僅能生產(chǎn)出250nm～20nm以下的硅納米材料。

2、本發(fā)明由于通過納米粒子生長器對高溫金屬蒸汽的降溫，使得進(jìn)入收集器內(nèi)的金屬顆粒的溫度較低，在150℃～60℃以下，在收集器內(nèi)的金屬顆粒不僅不再生長，加之收集器內(nèi)也有降溫設(shè)備繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步降溫，便于金屬顆粒的收集以及對外排放。

3、本發(fā)明實現(xiàn)了既可以安全生產(chǎn)、又可以長時間(數(shù)月)連續(xù)量產(chǎn)100nm以下的納米級金屬粒子，若生產(chǎn)產(chǎn)品為金屬硅粒子的話，可以有效解決鋰離子電池的負(fù)極用的納米硅粒子材料，當(dāng)然，也可以生產(chǎn)Cu～Cr～Si三元負(fù)極材料或Cu～Ni～Si三元負(fù)極材料，使得單質(zhì)金屬或多質(zhì)金屬納米級抄襲金屬粒子的量產(chǎn)化得以實現(xiàn)，由于連續(xù)量產(chǎn)的因素，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)速度快、生產(chǎn)成本低，適用于作連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子的納米粒子生長器用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明應(yīng)用于連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子生產(chǎn)設(shè)備中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的收集器的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，參見圖1—圖3：

連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子的納米粒子生長器15，包括與納米粒子生長器15的內(nèi)腔連通的進(jìn)料管14、出料管16及冷卻循環(huán)管221，進(jìn)料管14的內(nèi)徑C與納米粒子生長器15的內(nèi)徑B之比為C:B＝1:2～60；納米粒子生長器15的內(nèi)徑B與進(jìn)料管14的長度A之比為B:A＝1:0.05～5，伸入納米粒子生長器內(nèi)腔152內(nèi)的冷卻循環(huán)管221連通有一根以上的冷卻管158，冷卻管158上間隔開設(shè)有冷卻氣體噴口157，所述的冷卻氣體噴口157開設(shè)有5～500個，以便使金屬高溫蒸發(fā)器或坩堝27內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣霧型金屬粒子進(jìn)入納米粒子生長器15的內(nèi)腔152后經(jīng)過冷卻氣體噴口157噴出的冷卻氣體的快速冷卻至150℃～80℃以下，金屬粒子無法繼續(xù)碰撞生成更大的金屬粒子，生成的金屬粒子直徑小于或等于150nm，所述的金屬粒子也稱金屬粉體；所述的進(jìn)料管的長度指金屬高溫蒸發(fā)器內(nèi)壁與納米粒子生長器15內(nèi)壁之間的長度或坩堝蓋的內(nèi)壁與納米粒子生長器15內(nèi)壁之間的長度。

上述進(jìn)料管14的內(nèi)徑C與納米粒子生長器15的內(nèi)徑B之比C:B＝1:4～10；納米粒子生長器15的內(nèi)徑B與進(jìn)料管14的長度A之比B:A＝1:0.05～2。

上述進(jìn)料管14的內(nèi)徑C與納米粒子生長器15的內(nèi)徑B之比C:B＝1:6～8；納米粒子生長器15的內(nèi)徑B與進(jìn)料管14的長度A之比B:A＝1:0.05～1。

上述的冷卻管158上開設(shè)的冷卻氣體噴口157有20～200個。

上述的冷卻管158上開設(shè)的冷卻氣體噴口157有35～100個。

上述的冷卻循環(huán)管221內(nèi)通入的冷卻氣體為氮氣或氬氣或氖氣或氦氣；或所述的冷卻循環(huán)管內(nèi)通入的冷卻氣體為混合氣體，混合氣體中的惰性氣體占混合氣體的50％以上。

上述的納米粒子生長器15的殼體151由雙層鋼板制成，連通循環(huán)水泵的冷卻水循環(huán)導(dǎo)管均通過進(jìn)出水口153與兩層鋼板之間的空腔連通；納米粒子生長器殼體夾層內(nèi)通入冷卻水循環(huán)后，一是可以降低納米粒子生長器內(nèi)腔152的溫度，便于控制金屬粒子的生長；二是可以防止殼體外表面的高溫對操作人員的燙傷，冷卻水循環(huán)導(dǎo)管上連通有涼水池或涼水箱。

上述的納米粒子生長器15可使金屬高溫蒸發(fā)器或坩堝27內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣霧型金屬粒子進(jìn)入納米粒子生長器15的內(nèi)腔152后經(jīng)過冷卻氣體噴口257噴出的冷卻氣體急速冷卻使納米粒子生長器的出口處溫度為200℃～60℃以下，金屬粒子無法繼續(xù)碰撞生成更大的金屬粒子，生成的金屬粒子直徑小于或等于250nm。

上述生成的金屬粒子直徑為20nm～100nm。

上述生成的金屬粒子直徑為20nm～60nm。

本發(fā)明的使用：將本發(fā)明的進(jìn)料管14與坩堝27內(nèi)腔的出料口連通、出料管16與收集器17的進(jìn)料口連通、冷卻循環(huán)管221與熱交換器20之后的冷卻循環(huán)管道22連通，通過不間斷供料閥門25及其導(dǎo)管26將儲料桶10內(nèi)儲存的0.1—50mm大小的金屬顆粒(包括金屬硅)間歇的送到坩堝27內(nèi)，啟動真空泵18，將坩堝內(nèi)腔23、收集器17及冷卻循環(huán)管道22內(nèi)抽真空至一定的真空度后關(guān)閉真空泵18，啟動熱交換器20、爐體24、納米粒子生長器15上的冷卻氣和冷卻水循環(huán)裝置，隨時為爐體24、坩堝口蓋13、進(jìn)料管14、出料管16、納米粒子生長器15降溫，通過等離子電弧柜11控制等離子體噴槍12工作，等離子體噴槍12通過噴頭向坩堝內(nèi)腔23內(nèi)噴射高溫等離子氣體，將坩堝27內(nèi)的金屬顆粒汽化蒸發(fā)成金屬蒸汽，同時，啟動抽風(fēng)機21及熱交換器20，冷卻循環(huán)管道22內(nèi)冷卻的低溫惰性氣體通過爐體24的保溫材料28及坩堝口蓋13的進(jìn)氣通道送入坩堝內(nèi)腔23的上部對噴頭及坩堝內(nèi)腔上部的金屬氣體冷卻降溫，打開循環(huán)用的電磁閥，抽風(fēng)機同時將金屬蒸汽從坩堝內(nèi)腔23抽出經(jīng)進(jìn)料管14進(jìn)入納米粒子生長器15，經(jīng)過納米粒子生長器15內(nèi)腔內(nèi)的冷卻管158的冷卻氣體噴口157噴出的惰性氣體的急速冷卻，保持納米粒子生長器的出口處溫度為200℃～60℃，金屬粒子生長并粘連成250nm以下的金屬粒子并不再生長，然后隨循環(huán)風(fēng)進(jìn)入收集器17的下腔內(nèi)，定時打開收集器17的出料管30上側(cè)的閥門31，通過控制兩個閥門31的交替打開過關(guān)閉，可以控制不停機排料；所述的爐體24及坩堝27內(nèi)也可以是金屬高溫蒸發(fā)器；連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級金屬粒子生產(chǎn)設(shè)備的詳細(xì)工作原理，可參照中國專利CN204545422U，此處不再詳述。

上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非依此限制本發(fā)明的保護范圍，故：凡依本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、形狀、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。