CN113013399A - 硅基负极材料的制备方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种硅基负极材料的制备方法及设备，所述制备方法包括在第一温度、特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽，所述活性物质包括硅元素；在第二温度下、具有特定进气压力的非氧化性气体氛围中，使所述蒸汽冷凝形成粉体材料，所述第二温度低于所述第一温度。本申请技术方案的制备方法及设备制备的硅基负极材料粒径均匀、晶化程度和硅的质量百分比可控，同时还可以实现硅基负极材料粉体的连续化生产，反应能耗较低，有利于硅基负极材料的大规模生产。

Description

硅基负极材料的制备方法及设备

技术领域

本申请涉及锂电池制造领域，尤其涉及一种硅基负极材料的制备方法及设备。

背景技术

硅基负极材料相比于石墨负极材料具有更高的比容量，是重要的锂离子电池负极材料。传统硅基负极材料制备大致包括两种：第一种是将硅、二氧化硅等原料在高温、真空条件下的蒸汽置于冷却器内进行冷凝，形最终形成块状硅基负极材料前驱体，然后经过粉碎、包覆等步骤，获得硅基负极材料；另一种是将硅、二氧化硅等原料采用高能球磨长时间研磨，得到粉体硅基负极材料前驱体，然后经过包覆等步骤，得到硅基负极材料。

但在实际生产中，第一种制备方法难以形成连续化生产，同时因为硅基材料硬度较大，加工过程能耗高，容易引入杂质，对设备材质要求也较高；另一种制备方法得到的物料不均匀，产物中硅颗粒尺寸偏大，用于锂电池时，膨胀程度过大，锂电池的循环性能较差。

发明内容

本申请提供一种硅基负极材料的制备方法及设备，其制备的硅基负极材料粒径均匀、晶化程度和硅元素的质量百分比可控，同时还可以实现硅基负极材料粉体的连续化生产，反应能耗较低，有利于硅基负极材料的大规模生产。

本申请的一方面提供一种硅基负极材料的制备方法，包括：在第一温度、特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽，所述活性物质包括硅元素；在第二温度下、具有特定进气压力的非氧化性气体氛围中，使所述蒸汽冷凝形成粉体材料，所述第二温度低于所述第一温度。

在本申请实施例中，所述第一温度为1000℃-2500℃，所述特定压力为0.1Pa-10000Pa，所述第二温度为300℃-1100℃，所述特定进气压力为0.1MPa-5MPa。

在本申请实施例中，在所述活性物质蒸发时，还通入非氧化性气体，且所述非氧化性气体的进气速率与所述活性物质的蒸发速率的比值为1-100。

在本申请实施例中，所述非氧化性气体包括惰性气体、氢气和碳源气体中的至少一种。

在本申请实施例中，所述非氧化性气体包括惰性气体和碳源气体，且所述碳源气体的质量占所述非氧化性气体总质量的0.1％-50％。

在本申请实施例中，所述惰性气体包括氮气、氩气和氦气中的至少一种，所述碳源气体包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷、丁烷、丁烯及戊烷中的至少一种。

在本申请实施例中，硅元素的质量为所述活性物质总质量的39％-100％，所述活性物质包括单质硅和硅的氧化物。

在本申请实施例中，所述活性物质还包括金属及金属氧化物。

在本申请实施例中，所述粉体材料包括：SiOx，0≤x≤1.6；MySiOz，1≤y≤4，2≤z≤6，M为锂和镁中的至少一种；其中，所述SiOx的质量为所述粉体材料总质量的50％～100％，所述MySiOz的质量为所述粉体材料总质量的0％-50％。

在本申请实施例中，所述粉体材料还包括：碳包覆层，所述碳包覆层全部或部分包覆所述SiOx和MySiOz。

本申请还提供一种制备硅基负极材料的设备，包括：加热蒸发装置，在第一温度和特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽；真空发生装置，包括：文丘里腔室，所述文丘里腔室包括连通的截面减小区、截面恒定区以及截面增大区；第一气体入口，位于所述截面减小区一端，用于通入具有特定进气压力的非氧化性气体；第二气体入口，位于所述截面减小区或所述截面恒定区，与所述加热蒸发装置相通，用于通入所述蒸汽，且具有第二温度，所述第二温度低于所述第一温度，使所述蒸汽冷凝形成粉状材料；出料口，位于所述截面增大区一端，用于输出所述非氧化性气体和所述粉状材料。

在本申请实施例中，所述的制备硅基负极材料的设备还包括：收集装置，与所述出料口连接，用于收集所述非氧化性气体和粉状材料。

在本申请实施例中，所述的制备硅基负极材料的设备还包括：气路循环装置，一端连接所述第一气体入口，另一端连接所述收集装置。

在本申请实施例中，所述的制备硅基负极材料的设备还包括：气体增压与预热装置，用于对循环利用的非氧化性气体进行预热和增压。

在本申请实施例中，所述加热蒸发装置的加热方式为中频感应加热或硅钼棒加热，所述收集装置包括过滤收集器和旋风收集器中的至少一种。

在本申请实施例中，所述的制备硅基负极材料的设备还包括：进料装置，与所述加热蒸发装置相连。

在本申请实施例中，所述加热蒸发装置或所述进料装置的末端具有进气口，用于向所述加热蒸发装置中通入惰性气体，且所述惰性气体的进气速率与所述加热蒸发装置内活性物质的蒸发速率的比值为1-100。

与现有技术相比，本申请技术方案的制备方法及设备在制备硅基负极材料时，过程简单、易于控制且能耗低，还可以进行连续化生产，因此非常适合大规模生产，同时还可以灵活的控制硅基负极材料的粒径、晶化程度和硅元素的质量百分比。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：

图1为本申请实施例的硅基负极材料的制备方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的一种制备硅基负极材料的设备的结构示意图；

图3为本申请实施例的文丘里腔室的剖视图；

图4为本申请实施例的另一种制备硅基负极材料的设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

下面结合实施例和附图对本申请技术方案进行详细说明。

参考图1，本申请实施例的硅基负极材料的制备方法包括：

步骤S1：在第一温度和特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽，所述活性物质包括硅元素；

步骤S2：在第二温度下、具有特定进气压力的非氧化性气体氛围中，使所述蒸汽冷凝形成粉体材料，所述第二温度低于所述第一温度。

在步骤S1中，所述第一温度和所述特定压力的大小影响最终硅基负极材料中的硅含量(硅元素的质量百分比)，需要将所述第一温度、所述特定压力的大小控制在合适的范围内，同时所述第一温度和所述特定压力的大小之间相匹配才能获得最终理想的硅含量。在本申请实施例中，所述第一温度为1000℃-2500℃，与所述第一温度相匹配，所述特定压力为0.1Pa-10000Pa。例如所述第一温度可以为1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃、1800℃、1900℃、2000℃、2100℃、2200℃、2300℃、2400℃、2500℃等，所述特定压力可以为0.1Pa、0.5Pa、1.0Pa、2Pa、4Pa、6Pa、8Pa、10Pa、20Pa、50Pa、70Pa、100Pa、300Pa、500Pa、700Pa、1000Pa、3000Pa、5000Pa、7000Pa、10000Pa等。在一些实施例中，所述活性物质中硅元素的质量百分比为79％时，例如所述活性物质包括硅和二氧化硅，在1500℃、10Pa的条件下可以获得硅的质量百分比为64％的氧化亚硅。在另一些实施例中，所述活性物质包括硅和二氧化硅，其中硅元素的质量百分比同样为79％，而在1800℃、50Pa的条件下可以获得硅的质量百分比为79％的氧化亚硅。

使所述活性物质蒸发时，还可以通入非氧化性气体来提升所述活性物质的蒸发和流动速率，以提高生产效率。其中所述非氧化性气体的进气速率非常关键，低的进气速率不会显著影响反应时间，而进气速率较高时容易导致真空度降低，反而会延长反应时间，因此所述非氧化性气体的进气速率必须在合适的范围内才能显著缩短整体的反应时间。在本申请实施例中，所述非氧化性气体的进气速率与所述活性物质的蒸发速率的比值为1-100。

所述活性物质包括硅元素，所述硅元素的质量与最终制备的硅基负极材料的首效相关，硅元素的质量过低时，硅基负极材料的首效无法满足现在的需求。所述硅元素的质量应当为所述活性物质总质量的39％-100％。

所述活性物质包括单质硅和硅的氧化物，其中所述硅的氧化物的通式为SiOx(0＜x≤2)。所述活性物质还可以包括金属及金属氧化物，所述金属可以包括锂和镁中的至少一种，所述金属氧化物可以包括氧化锂和氧化镁中的至少一种。当所述活性物质仅包括硅和二氧化硅时，最终制备的硅基负极材料为包括氧化亚硅的粉体材料；若所述活性物质包括硅、二氧化硅、金属及金属氧化物时，在步骤S1中，所述金属在第一温度下将部分二氧化硅还原为硅单质，而硅单质和二氧化硅、金属反应生成金属硅酸盐，最终制备的硅基负极材料为包括金属硅酸盐和氧化亚硅的粉体材料。所述活性物质中各组分之间的相对比例根据实际情况确定，在此不作特殊限定。

在步骤S2中，于所述第二温度下、具有特定进气压力的非氧化性气体氛围中，步骤S1形成的蒸汽会冷凝形成粉体材料，所述粉体材料即为粉状的硅基负极材料。

所述第二温度低于所述第一温度，以使所述蒸汽冷凝成粉体成为可能，同时所述第二温度的大小显著影响最终形成的硅基负极材料的晶化程度。若所述第二温度过高，形成的硅基负极材料的晶粒尺寸较大；反之，若所述第二温度过低，所述蒸汽冷凝过快，不利于设备的收集。在本申请实施例中，所述第二温度为300℃-1100℃，与前述第一温度的范围相匹配，使形成的硅基负极材料的晶粒尺寸较低且较为均匀。例如，所述第二温度可以为300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃等。在一些实施例中，所述出口温度为1000℃，获得的硅基负极材料的晶粒尺寸大致在4.5nm。在另一实施例中，所述出口温度为300℃，获得的硅基负极材料为无定型结构。

所述特定进气压力影响硅基负极材料的粒径，因此所述蒸汽接触的非氧化性气体具有特定进气压力。这是因为，一方面所述特定进气压力会影响蒸发区的真空度，所述蒸发区是所述活性物质蒸发的区域；另一方面，所述特定进气压力可以改变气体流速，进而改变蒸汽的冷却时间，在这两方面的综合作用下，使硅基负极材料的粒径受到影响。所述特定进气压力越大，所述蒸发区的真空度越高，所述硅基负极材料的粒径越小，继续增大所述特定进气压力至一定程度，对所述硅基负极材料粒径的影响可以忽略不计，反而增加了能耗，因此需要将所述特定进气压力控制在一定的范围内。在本申请实施例中，所述特定进气压力为0.1MPa-5MPa，例如所述特定进气压力可以为0.1MPa、0.2MPa、0.5MPa、1MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa等。在一些实施例中，以单质硅和二氧化硅按照硅元素的质量百分比为50％的比例混合，所述第一温度为1600℃，所述特定压力为10Pa，将所述特定进气压力设置为0.5MPa，可以得到平均粒径为100nm的硅基负极材料粉体。在另一实施例中，其他条件不变，仅使所述特定进气压力设置为2MPa，可以得到平均粒径为50nm的硅基负极材料粉体。

本申请实施例所述的第一温度、特定压力、第二温度以及特定进气压力共同影响着硅基负极材料的粒径、晶化程度以及硅元素的质量，因此所述第一温度、特定压力、第二温度以及特定进气压力的大小需要相互匹配才能达到较好的效果。仅调节其中某一个参数，可能会改变硅基负极材料的相关性能参数，但无法将硅基负极材料的性能调节至最佳。在一些实施例中，以硅单质和二氧化硅按照硅元素的质量百分比为79％进行混合，使所述第一温度为1650℃，所述特定压力为10Pa，所述第二温度为500℃，所述特定进气压力为2Mpa，可以得到硅元素的质量百分比为65％、平均粒径为50nm的无定型结构氧化亚硅粉体。在一些实施例中，以硅单质和二氧化硅按照硅元素的质量百分比为79％进行混合，使所述第一温度为1800℃，所述特定压力为1Pa，所述第二温度为950℃，所述特定进气压力为0.4Mpa，可以得到硅的质量百分比为79％、平均粒径为200nm硅晶粒尺寸为4nm的氧化亚硅粉体。

所述非氧化性气体可以包括惰性气体、氢气和碳源气体中的至少一种。其中所述惰性气体可以包括氮气、氩气、氦气中的至少一种，所述碳源气体可以包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷、丁烷、丁烯及戊烷中的至少一种。所述非氧化性气体的成分影响着最终硅基负极材料的结构，当所述非氧化性气体仅包括惰性气体时，制备的硅基负极材料不具有包覆层，当所述非氧化性气体仅包括碳源气体，或者既包括碳源气体又包括惰性气体和/或氢气时，所述碳源气体在所述第二温度下发生分解、聚合等反应，遇到所述蒸汽冷凝形成的粉体时，会在粉体表面沉积，故制备的硅基负极材料具有碳包覆层。因此，本申请实施例的硅基负极材料的制备方法既适用于具有碳包覆的硅基负极材料的制备，又适用于没有碳包覆的硅基负极材料的制备，具有普适性。所述碳源气体的质量占所述非氧化性气体总质量的0.1％-50％，一方面使形成的碳包覆层具有合适的厚度和包覆量，另一方面使所述碳源气体的浓度在合适的范围内，以减少碳源气体自身的凝聚现象，使其最大程度覆盖在粉体表面。

采用本申请实施例的硅基负极材料的制备方法获得的粉体材料，也即硅基负极材料，包括：

SiOx，0≤x≤1.6；

MySiOz，1≤y≤4，2≤z≤6，M为锂和镁中的至少一种；

其中，所述SiOx的质量为所述粉体材料总质量的50％-100％，所述MySiOz的质量为所述粉体材料总质量的0％-50％。

在一些实施例中，所述粉体材料还包括：碳包覆层，所述碳包覆层全部或部分包覆所述SiOx和MySiOz。

所述粉体材料的平均粒径为10nm-2000nm，球形度在0.90以上的颗粒的(质量百分比还是体积百分比)不少于10％。

相应的，本申请实施例还提供一种制备硅基负极材料的设备，按照上述的硅基负极材料的制备方法制备硅基负极材料。

参考图2，本申请实施例的制备硅基负极材料的设备包括：加热蒸发装置1和真空发生装置2。在一些实施例中，所述设备还可以包括收集装置3。其中所述加热蒸发装置1用于使活性物质蒸发，获得蒸汽。也即，所述加热蒸发装置1为所述活性物质蒸发的场所，且所述加热蒸发装置1提供第一温度和特定压力。所述加热蒸发装置1的加热方式可以为中频感应加热或硅钼棒加热，反应坩埚的材料可是石墨或陶瓷坩埚等材质，根据实际情况进行选择。

结合图2和图3，所述真空发生装置2具有文丘里效应，能够为加热蒸发装置1提供负压，以促进加热蒸发装置1中的活性物质的蒸发，同时蒸汽直接由高速气流(即所述非氧化性气体)喷射带出，降温的同时将形成的粉体材料排出真空发生装置2。所述真空发生装置2包括文丘里腔室21、第一气体入口22、第二气体入口23以及出料口24，所述文丘里腔室21包括连通的截面减小区21A、截面恒定区21B以及截面增大区22C，所述第一气体入口22位于所述截面减小区21A一端，用于通入具有特定进气压力的非氧化性气体，所述第二气体入口23位于所述截面减小区21A或所述截面恒定区21B，与所述加热蒸发装置1相通，用于通入所述蒸汽。在本申请实施例中，所述第二气体入口23位于截面恒定区21B。所述第二气体入口23处具有第二温度，且所述第二温度低于所述第一温度，以实现蒸汽的冷凝，所述蒸汽冷凝形成粉状材料。所述出料口24位于所述截面增大区22C一端，用于输出所述非氧化性气体和所述粉状材料。

所述收集装置3与所述出料口24连接，用于收集所述非氧化性气体和所述粉状材料，且能够实现固气分离，即粉体材料由于重力因素下沉至收集装置3的底部，所述非氧化性气体漂浮于收集装置3上方。所述收集装置3包括过滤收集器和旋风收集器中的至少一种。在本申请实施例中，所述收集装置3包括过滤收集器和旋风收集器，以提高粉体材料的收集率。

在一些实施例中，所述制备硅基负极材料的设备还包括气路循环装置4，所述气路循环装置4的一端连接所述第一气体入口22，另一端连接所述收集装置3。所述气路循环装置4包括依次连接的输入管道41、抽气泵42及输出管道43，其中所述输入管道41一端连接所述收集装置3，另一端连接所述抽气泵42，所述输出管道43一端连接所述抽气泵42，另一端连接所述真空发生装置2的第一气体入口22。所述输入管道41将所述收集装置3输出的非氧化性气体输送至所述抽气泵42，所述抽气泵42将抽入的非氧化性气体通过所述输出管道43，输送至所述第一气体入口22，以实现所述非氧化性气体的循环利用。在一些实施例中，还可以增设气体增压与预热装置5，用于对循环利用的非氧化性气体进行预热和增压，使其温度和气流速率满足使用时的要求，在一些实施例中，所述气体增压与预热装置5可以与所述气路循环装置4相连。

参考图4，所述制备硅基负极材料的设备还可以包括进料装置6，所述进料装置6与所述加热蒸发装置1相连，使所述设备可以连续化生产。在本申请实施例中，所述进料装置6在所述加热蒸发装置1的底部进料，以保证蒸汽不会在进料处冷凝，阻碍进料。

为了增大蒸发量和蒸汽流动速度，可以在所述加热蒸发装置1或所述进料装置6的末端设置进气口，用于向所述加热蒸发装置1中通入非氧化性气体，且所述非氧化性气体的进气速率与所述加热蒸发装置1内活性物质的蒸发速率的比值为1-100。此外，通入惰性气体还可以防止蒸汽在进料处冷凝。

所述制备硅基负极材料的设备的工作过程如下：将活性物质置于加热蒸发装置1内，使非氧化性气体在特定进气压力下通过第一气体入口22进入文丘里腔室21，并调整真空发生装置2使加热蒸发装置1至特定压力，将加热蒸发装置1内的温度升高至第一温度，所述活性物质蒸发成为蒸汽；所述蒸汽通过真空发生装置2的第二气体入口23进入真空发生装置2的文丘里腔室21，且所述第二气体入口23处具有第二温度，且所述第二温度低于所述第一温度，使所述蒸汽冷凝形成粉状材料。与此同时，所述真空发生装置2的第一气体入口22向所述文丘里腔室21中通入具有特定进气压力的非氧化性气体，且所述非氧化性气体的温度也低于第一温度，所述非氧化性气体既可以辅助所述蒸汽冷凝，还将形成的粉体带出真空发生装置2。此外，若非氧化性气体中还包括碳源气体，还会在冷凝的粉体表面形成碳包覆层；输出真空发生装置2外的粉体材料和剩余的非氧化性气体进入收集装置3，粉体材料由于重力因素下沉至收集装置3的底部，所述非氧化性气体漂浮于收集装置3上方；气路循环装置4将所述非氧化性气体抽离收集装置3，并将输送至第一气体入口22，实现非氧化性气体的循环利用。

本申请实施例的硅基负极材料的制备方法和设备实现了产物粉体化、连续化的目的，且有利于降低反应能耗和硅基负极材料的规模化生产。

实施例1

采用包括加热蒸发装置、真空发生装置及收集装置的设备制备硅基负极材料，选择10kg的单质硅和二氧化硅作为活性物质，按照硅的质量百分比为64％进行混配，以刚玉坩埚为反应容器，采用中频感应加热，收集装置采用旋风收集加过滤收集串联方式，并在过滤器内设置反吹气流，防止过滤器堵塞。

首先设置非氧化性气体的进气压力为1MPa，所述非氧化性气体为氩气，调整真空发生装置将加热蒸发装置内的压力抽至1Pa，然后将加热蒸发装置内的温度升至1400℃，第二气体入口处的温度为300℃。10h后，停止加热，真空状态下冷却至室温，关闭真空发生装置，相关结果见表1。

实施例2

仅调整第二气体入口处的温度为1100℃，其他与实施例1相同，相关结果见表1。

实施例3

仅调整加热蒸发装置内的温度为1650℃，其他与实施例1相同，相关结果见表1。

实施例4

调整硅的质量百分比为74％、加热蒸发装置内的温度为1400℃，其他与实施例1相同，相关结果见表1。

实施例5

调整加热蒸发装置内的温度为1650℃，其他与实施例4相同，相关结果见表1。

实施例6

反应容器改为石墨坩埚，调整非氧化性气体的进气压力为0.1MPa，加热蒸发装置的压力为1000Pa，加热蒸发装置的温度为1700℃，其他与实施例1相同，相关结果见表1。

实施例7

调整活性物质为氧化亚硅SiOx(x＝1)，其他与实施例1相同，相关结果见表1。

表1硅基负极材料的相关参数

实施例8

采用包括加热蒸发装置、真空发生装置及收集装置的设备制备硅基负极材料，选择10kg的单质硅、二氧化硅及镁作为活性物质，按照硅的质量百分比为64％、镁的质量百分比为5％进行混配，以石墨坩埚为反应容器，采用中频感应加热，收集装置采用旋风收集加过滤收集串联方式，并在过滤器内设置反吹气流，防止过滤器堵塞，并增加气体预热装置。

首先设置氩气的进气压力为1MPa，调整真空发生装置将加热蒸发装置内的压力抽至1Pa，使用氩气反复置换以彻底清除真空发生装置内部氧化性气氛。然后将加热蒸发装置内的温度升至1400℃，压力为10Pa，第二气体入口处的温度为800℃。15h后，停止加热，冷却至室温，相关结果见表2。

实施例9

以单质镁、氧化亚硅SiOx(x＝1)为活性物质，其他与实施例8相同，结果见表2。

实施例10

以单质镁、二氧化硅为活性物质，且单质镁的质量分数为20％，其他与实施例8相同，结果见表2。

实施例11

以单质镁、氧化亚硅SiOx(x＝1)为原料，且单质镁的质量百分比为10％，调整加热蒸发装置温度为1600℃，非氧化性气体进气压力为0.5MPa，调整加热蒸发装置压力至100Pa，其他与实施例8相同，结果见表2。

实施例12

以氩气和氢气(体积比95∶5)作为非氧化性气体，且非氧化性气体中含有5％甲烷，设置第二气体入口的温度为1000℃，其他与实施例11相同，出料测得产物碳含量为3％，其他结果见表2。

表2硅基负极材料的相关参数

实施例13

采用包括加热蒸发装置、真空发生装置及收集装置及气路循环装置的设备制备硅基负极材料，选择10kg的单质硅作为活性物质，将其置于石墨坩埚中，采用中频感应加热，收集装置采用过滤收集方式。

首先设置氩气的进气压力为0.1MPa，调整真空发生装置将加热蒸发装置内的压力抽至1Pa，使用氩气反复置换以彻底清除真空发生装置内部的氧化性气氛。然后将加热蒸发装置内的温度升至2450℃，压力为10000Pa，第二气体入口处的温度为800℃。整个过程中持续进料，其中物料从石墨坩埚底部通入，进料速度为2kg/h。在进料同时通入0.05L/min的氩气，以提高蒸发速度。出料平均粒径为300nm，硅晶粒尺寸为15nm，硅含量为100％，其他参数见表3。

实施例14

调整加热蒸发装置的压力为100Pa，第二气体入口处的温度为300℃，其他条件与实施例13相同，得到平均粒径为2000nm，出料为非晶硅，硅含量为100％的粉体材料，其他参数见表3。

实施例15

调整进气压力为5MPa，反应中加热蒸发装置不通入气体，第二气体入口处的温度为900℃，其他条件与实施例13相同，出料平均粒径为50nm，出料为非晶硅，硅含量为100％，其他参数见表3。

实施例16

氩气作为非氧化性气体，且非氧化性气体中含有10％甲烷，设置第二气体入口处的温度为1000℃，其他与实施例13相同，出料平均粒径为300nm，硅晶粒尺寸为15nm，硅含量为95％，碳含量为5％，其他参数见表3。

表3硅基负极材料的相关参数

综上所述，本申请各实施例制备的硅基负极材料为粉体材料，且各项参数指标均满足要求，制备过程简单、易于控制，还可以实现硅基负极材料粉体的连续化生产，反应能耗较低，非常适于规模化生产。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的那些实施例。

Claims (17)

1.一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括：

在第一温度、特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽，所述活性物质包括硅元素；

在第二温度下、具有特定进气压力的非氧化性气体氛围中，使所述蒸汽冷凝形成粉体材料，所述第二温度低于所述第一温度。

2.根据权利要求1所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述第一温度为1000℃-2500℃，所述特定压力为0.1Pa-10000Pa，所述第二温度为300℃-1100℃，所述特定进气压力为0.1MPa-5MPa。

3.根据权利要求1所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，在所述活性物质蒸发时，还通入非氧化性气体，且所述非氧化性气体的进气速率与所述活性物质的蒸发速率的比值为1-100。

4.根据权利要求1所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述非氧化性气体包括惰性气体、氢气和碳源气体中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述非氧化性气体包括惰性气体和碳源气体，且所述碳源气体的质量占所述非氧化性气体总质量的0.1％-50％。

6.根据权利要求5所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氩气和氦气中的至少一种，所述碳源气体包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、乙醇、丙烷、丁烷、丁烯及戊烷中的至少一种。

7.根据权利要求1或4所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，硅元素的质量为所述活性物质总质量的39％-100％，所述活性物质包括单质硅和硅的氧化物。

8.根据权利要求7所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述活性物质还包括金属及金属氧化物。

9.根据权利要求7或8所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述粉体材料包括：

SiOx，0≤x≤1.6；

MySiOz，1≤y≤4，2≤z≤6，M为锂和镁中的至少一种；

其中，所述SiOx的质量为所述粉体材料总质量的50％-100％，所述MySiOz的质量为所述粉体材料总质量的0％-50％。

10.根据权利要求9所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述粉体材料还包括：碳包覆层，所述碳包覆层全部或部分包覆所述SiOx和MySiOz。

11.一种制备硅基负极材料的设备，其特征在于，包括：

加热蒸发装置，在第一温度和特定压力下，使活性物质蒸发，获得蒸汽；

真空发生装置，包括：

文丘里腔室，所述文丘里腔室包括连通的截面减小区、截面恒定区以及截面增大区；

第一气体入口，位于所述截面减小区一端，用于通入具有特定进气压力的非氧化性气体；

第二气体入口，位于所述截面减小区或所述截面恒定区，与所述加热蒸发装置相通，用于通入所述蒸汽，且具有第二温度，所述第二温度低于所述第一温度，使所述蒸汽冷凝形成粉状材料；

出料口，位于所述截面增大区一端，用于输出所述非氧化性气体和所述粉状材料。

12.根据权利要求11所述的制备硅基负极材料的设备，其特征在于，还包括：收集装置，与所述出料口连接，用于收集所述非氧化性气体和粉状材料。

13.根据权利要求12所述的制备硅基负极材料的设备，其特征在于，还包括：气路循环装置，一端连接所述第一气体入口，另一端连接所述收集装置。

14.根据权利要求13所述的制备硅基负极材料的设备，其特征在于，还包括：气体增压与预热装置，用于对循环利用的非氧化性气体进行预热和增压。

15.根据权利要求12所述的制备硅基负极材料的设备，其特征在于，所述加热蒸发装置的加热方式为中频感应加热或硅钼棒加热，所述收集装置包括过滤收集器和旋风收集器中的至少一种。

16.根据权利要求11所述的制备硅基负极材料的设备，其特征在于，还包括：进料装置，与所述加热蒸发装置相连。

17.根据权利要求16所述的制备硅基负极材料的设备，其特征在于，所述加热蒸发装置或所述进料装置的末端具有进气口，用于向所述加热蒸发装置中通入惰性气体，且所述惰性气体的进气速率与所述加热蒸发装置内活性物质的蒸发速率的比值为1-100。

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