本發(fā)明屬于納米級(jí)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(jí)金屬粒子的納米粒子生長(zhǎng)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(méi)在鋰離子動(dòng)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(diǎn)，現(xiàn)有市場(chǎng)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(wú)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(lái)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(jí)硅顆粒在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)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(jī)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(shí)驗(yàn)表明，要大幅減少硅在鋰離子電池負(fù)極材料里的使用時(shí)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(wú)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(guó)專利US4661335A、中國(guó)專利CN100431954C、陽(yáng)極氧化法CN1333108C、CN105836748A、中國(guó)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中根本無(wú)法達(dá)到真正意義上的100nm以下的納米硅材料，國(guó)際上通常以100nm以下的粒子材料簡(jiǎn)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)止堋⒉讳P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(shí)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(diǎn)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(guò)，循環(huán)水冷卻后的溫度不會(huì)降低太多，導(dǎo)致硅粒子在聚冷管內(nèi)極易快速碰撞生長(zhǎng)成大顆粒硅粒子，根本無(wú)法生產(chǎn)出150nm～10nm以下的硅納米材料，據(jù)CN 102951643B專利的實(shí)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(shí)際根本無(wú)法達(dá)到150nm～10nm以下的硅顆粒尺寸；三是若通過(guò)控制流量來(lái)控制硅粒子在聚冷管內(nèi)流過(guò)時(shí)的溫度降低而控制硅粒子在聚冷管內(nèi)的生長(zhǎng)速度，則其生產(chǎn)效率非常低，進(jìn)一步導(dǎo)致納米級(jí)硅粒子的生產(chǎn)成本高。

技術(shù)實(shí)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(jí)金屬粒子的納米粒子生長(zhǎng)器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級(jí)金屬粒子的納米粒子生長(zhǎng)器，包括與納米粒子生長(zhǎng)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(zhǎng)器的內(nèi)徑之比為1:2～60；納米粒子生長(zhǎng)器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長(zhǎng)度之比為1:0.05～5，伸入納米粒子生長(zhǎng)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(kāi)設(shè)有冷卻氣體噴口，所述的冷卻氣體噴口有5～500個(gè)，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(zhǎng)器的內(nèi)徑之比為1:4～10；納米粒子生長(zhǎng)器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長(zhǎng)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(zhǎng)器的內(nèi)徑之比為1:6～8；納米粒子生長(zhǎng)器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長(zhǎng)度之比為1:0.05～1。

上述的冷卻管上開(kāi)設(shè)的冷卻氣體噴口有20～200個(gè)。

上述的冷卻管上開(kāi)設(shè)的冷卻氣體噴口有35～100個(gè)。

上述的冷卻循環(huán)管內(nèi)通入的冷卻氣體為氮?dú)饣驓鍤饣蚰蕷饣蚝猓换蛩龅睦鋮s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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)器內(nèi)腔的溫度，便于控制金屬粒子的生長(zhǎng)；二是可以防止殼體外表面的高溫對(duì)操作人員的燙傷。

上述的納米粒子生長(zhǎng)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(zhǎng)器的內(nèi)腔后經(jīng)過(guò)冷卻氣體噴口噴出的冷卻氣體急速冷卻使納米粒子生長(zhǎng)器的出口處溫度為200℃～60℃以下，金屬粒子無(wú)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(zhǎng)器的內(nèi)徑之比以及納米粒子生長(zhǎng)器的內(nèi)徑與進(jìn)料管的長(zhǎng)度之比的范圍，而且在納米粒子生長(zhǎng)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(guò)程中，由于通過(guò)冷卻管的冷卻氣體噴口不斷的向納米粒子生長(zhǎng)器的內(nèi)腔噴出低溫的氮?dú)饣驓鍤饣蚰蕷饣蚝饫鋮s氣體，可以對(duì)進(jìn)入納米粒子生長(zhǎng)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(zhǎng)器的內(nèi)徑較大，因此，在內(nèi)徑迅速擴(kuò)張的納米粒子生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(wú)論怎樣碰撞也不會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)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(guò)納米粒子生長(zhǎng)器對(duì)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(zhǎng)，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(duì)外排放。

3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了既可以安全生產(chǎn)、又可以長(zhǎng)時(shí)間(數(shù)月)連續(xù)量產(chǎn)100nm以下的納米級(jí)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(jí)抄襲金屬粒子的量產(chǎn)化得以實(shí)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(jí)金屬粒子的納米粒子生長(zhǎng)器用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明應(yīng)用于連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級(jí)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(shí)施方式

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

連續(xù)量產(chǎn)超細(xì)納米級(jí)金屬粒子的納米粒子生長(zhǎng)器15，包括與納米粒子生長(zhǎng)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(zhǎng)器15的內(nèi)徑B之比為C:B＝1:2～60；納米粒子生長(zhǎng)器15的內(nèi)徑B與進(jìn)料管14的長(zhǎng)度A之比為B:A＝1:0.05～5，伸入納米粒子生長(zhǎng)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(kāi)設(shè)有冷卻氣體噴口157，所述的冷卻氣體噴口157開(kāi)設(shè)有5～500個(gè)，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(zhǎng)器15的內(nèi)腔152后經(jīng)過(guò)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(wú)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(zhǎng)度指金屬高溫蒸發(fā)器內(nèi)壁與納米粒子生長(zhǎng)器15內(nèi)壁之間的長(zhǎng)度或坩堝蓋的內(nèi)壁與納米粒子生長(zhǎng)器15內(nèi)壁之間的長(zhǎng)度。

上述進(jìn)料管14的內(nèi)徑C與納米粒子生長(zhǎng)器15的內(nèi)徑B之比C:B＝1:4～10；納米粒子生長(zhǎng)器15的內(nèi)徑B與進(jìn)料管14的長(zhǎng)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(zhǎng)器15的內(nèi)徑B之比C:B＝1:6～8；納米粒子生長(zhǎng)器15的內(nèi)徑B與進(jìn)料管14的長(zhǎng)度A之比B:A＝1:0.05～1。

上述的冷卻管158上開(kāi)設(shè)的冷卻氣體噴口157有20～200個(gè)。

上述的冷卻管158上開(kāi)設(shè)的冷卻氣體噴口157有35～100個(gè)。

上述的冷卻循環(huán)管221內(nèi)通入的冷卻氣體為氮?dú)饣驓鍤饣蚰蕷饣蚝猓换蛩龅睦鋮s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(zhǎng)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(guò)進(jìn)出水口153與兩層鋼板之間的空腔連通；納米粒子生長(zhǎng)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(zhǎng)器內(nèi)腔152的溫度，便于控制金屬粒子的生長(zhǎng)；二是可以防止殼體外表面的高溫對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)器15的內(nèi)腔152后經(jīng)過(guò)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(zhǎng)器的出口處溫度為200℃～60℃以下，金屬粒子無(wú)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(guò)不間斷供料閥門(mén)25及其導(dǎo)管26將儲(chǔ)料桶10內(nèi)儲(chǔ)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(dòng)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(dòng)熱交換器20、爐體24、納米粒子生長(zhǎng)器15上的冷卻氣和冷卻水循環(huán)裝置，隨時(shí)為爐體24、坩堝口蓋13、進(jìn)料管14、出料管16、納米粒子生長(zhǎng)器15降溫，通過(guò)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(guò)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(shí)，啟動(dòng)抽風(fēng)機(jī)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(guò)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(duì)噴頭及坩堝內(nèi)腔上部的金屬氣體冷卻降溫，打開(kāi)循環(huán)用的電磁閥，抽風(fēng)機(jī)同時(shí)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(zhǎng)器15，經(jīng)過(guò)納米粒子生長(zhǎng)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(zhǎng)器的出口處溫度為200℃～60℃，金屬粒子生長(zhǎng)并粘連成250nm以下的金屬粒子并不再生長(zhǎng)，然后隨循環(huán)風(fēng)進(jìn)入收集器17的下腔內(nèi)，定時(shí)打開(kāi)收集器17的出料管30上側(cè)的閥門(mén)31，通過(guò)控制兩個(gè)閥門(mén)31的交替打開(kāi)過(guò)關(guān)閉，可以控制不停機(jī)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(jí)金屬粒子生產(chǎn)設(shè)備的詳細(xì)工作原理，可參照中國(guó)專利CN204545422U，此處不再詳述。

上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非依此限制本發(fā)明的保護(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。