一種蒸鍍裝置製造方法
2023-08-02 05:54:16 1
一種蒸鍍裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型屬於蒸鍍設備【技術領域】，尤其涉及一種蒸鍍裝置，包括支架、真空燒結裝置、冷凝沉積裝置和電源系統，真空燒結裝置和冷凝沉積裝置均設置於支架上，電源系統分別與真空燒結裝置和冷凝沉積裝置連接，並且真空燒結裝置的一端和冷凝沉積裝置的一端連通。相對於現有技術，本實用新型中真空燒結裝置用於得到包覆材料的蒸汽，將被包覆材料置於冷凝沉積裝置中，包覆材料的蒸汽到達冷凝沉積裝置中，便可以在被包覆材料的表面沉積一層包覆材料，形成核-殼結構，從而可以增強包覆材料和被包覆材料之間的結合力。整個裝置可以實現材料的連續化生產，簡化了材料的生產流程，大大提高了生產效率，降低了生產成本，而且環境友好。
【專利說明】一種蒸鍍裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於蒸鍍設備【技術領域】，尤其涉及一種用於製備具有核-殼結構材料的蒸鍍裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著電子設備向著便攜化和小型化方向發展，人們對作為這些電子設備的能量供應者的鋰離子電池的能量密度提出了越來越高的要求，這就促使人們研究能量密度更高的材料或者從電池結構上加以改進以提高整個電池的能量密度。
[0003]目前商業化石墨的質量比容量有限，體積比容量提高的空間也非常小，無法滿足市場對高能量密度電池的需求。在這樣的背景下，人們開始對其他陽極材料進行大量研究，結果表明:可用作鋰離子電池陽極材料的最有前途的材料是矽，其允許的最大鋰嵌入量約為石墨允許的最大鋰嵌入量的4倍，因此具有很高的體積比容量。例如，Li44Si和Li44Sn的理論克容量可分別高達4200mA.h/g和996mA.h/g,而娃的理論體積比容量甚至高達7200mA.h/cm3。
[0004]但是純矽材料本身的較嚴重的體積膨脹效應嚴重限制了其在鋰離子電池中的應用。為了應用矽材料的高能量密度的特性，同時規避其體積膨脹較大的缺陷，科研工作者經過不懈的摸索與開發，認為SiO和石墨的混合體能夠達到上述目的。
[0005]然而，迄今為止，SiO和石墨的混合體僅是將二者單純的機械混合，由於簡單混合的SiO和石墨之間的結合力太小，從而大大影響該混合體在使用過程中的電化學性能。雖然有些文獻報導過使用鍍膜技術將鋰離子電池陽極材料(如SiO和石墨等)濺鍍到集流體襯底上，但其僅僅是停留在實驗室階段，其不僅對工藝條件要求苛刻，而且設備及製備成本昂貴，無法實現大規模的工業化生產。
[0006]在製備其他一些具有核-殼結構的材料時，也會遇到諸如上述SiO和石墨之間存在的問題。
[0007]有鑑於此，確有必要提供一種能夠將包覆材料(如SiO)均勻地附著於被包覆材料(如石墨)表面，以增強包覆材料和被包覆材料之間的結合力的蒸鍍裝置。
實用新型內容
[0008]本實用新型的目的在於:針對現有技術的不足，而提供一種能夠將包覆材料(如SiO)均勻地附著於被包覆材料(如石墨)表面，以增強包覆材料和被包覆材料之間的結合力的蒸鍍裝置。
[0009]為了達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案:一種蒸鍍裝置，包括支架、真空燒結裝置、冷凝沉積裝置和電源系統，所述真空燒結裝置和所述冷凝沉積裝置均設置於所述支架上，所述電源系統分別與所述真空燒結裝置和所述冷凝沉積裝置連接，並且所述真空燒結裝置的一端和所述冷凝沉積裝置的一端連通。
[0010]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述真空燒結裝置包括陶瓷爐膛和第一加熱裝置，所述第一加熱裝置與所述電源系統連接，所述第一加熱裝置圍設於所述陶瓷爐膛外。
[0011]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述真空燒結裝置還包括中空夾層，在中空夾層內可通循環冷卻水，所述中空夾層圍設於所述陶瓷爐膛外，並且所述第一加熱裝置設置於所述陶瓷爐膛和所述中空夾層之間。
[0012]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述冷凝沉積裝置包括冷凝沉積旋轉爐、第二加熱裝置和循環冷卻裝置，所述冷凝沉積旋轉爐、所述第二加熱裝置和所述循環冷卻裝置均與所述電源系統連接，所述陶瓷爐膛的一端與所述冷凝沉積旋轉爐的一端連通，所述循環冷卻裝置和所述第二加熱裝置均圍設於所述冷凝沉積旋轉爐外，並且所述循環冷卻裝置設置於所述冷凝沉積旋轉爐和所述第二加熱裝置之間。
[0013]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述陶瓷爐膛和所述冷凝沉積旋轉爐的連接處設置有可活動擋板。
[0014]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述第一加熱裝置設置為電阻加熱裝置，所述第二加熱裝置設置為電磁感應加熱裝置。
[0015]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述陶瓷爐膛的中心軸和所述冷凝沉積旋轉爐的中心軸在同一直線上。
[0016]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述陶瓷爐膛的另一端設置有第一充氣閥和第一抽氣閥。
[0017]作為本實用新型蒸鍍裝置的一種改進，所述冷凝沉積旋轉爐的另一端設置有第二充氣閥和第二抽氣閥。
[0018]相對於現有技術，本實用新型通過設置真空燒結裝置和冷凝沉積裝置，使用時可將包覆材料(如SiO)，或者用於製備包覆材料的原料置於真空燒結裝置中，以得到包覆材料的蒸汽，同時將被包覆材料(如石墨)置於冷凝沉積裝置中，包覆材料的蒸汽到達冷凝沉積裝置中，便可以在被包覆材料的表面沉積一層包覆材料，形成核-殼結構，從而可以增強包覆材料和被包覆材料之間的結合力。整個裝置可以實現材料的連續化生產，簡化了材料的生產流程，大大提高了生產效率，降低了生產成本，而且環境友好。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的立體圖。
[0020]圖2為本實用新型的剖視圖。
[0021]其中:
[0022]1-支架；
[0023]2-真空燒結裝置；
[0024]21-陶瓷爐膛，22-第一加熱裝置，23-中空夾層；
[0025]3-冷凝沉積裝置；
[0026]31-冷凝沉積旋轉爐，32-第二加熱裝置，33-循環冷卻裝置；
[0027]4-電源系統；
[0028]5-可活動擋板；
[0029]6_第一充氣閥；[0030]7-第一抽氣閥；
[0031]8-第二充氣閥；
[0032]9-第二抽氣閥。
【具體實施方式】
[0033]以下的【具體實施方式】中，包覆材料以SiO為例，被包覆材料以石墨為例，但是本實用新型的【具體實施方式】並不限於此。
[0034]如圖1和2所示，本實用新型提供的一種蒸鍍裝置，包括支架1、真空燒結裝置2、冷凝沉積裝置3和電源系統4，真空燒結裝置2和冷凝沉積裝置3均設置於支架I上，電源系統4分別與真空燒結裝置2和冷凝沉積裝置3連接，並且真空燒結裝置2的一端和冷凝沉積裝置3的一端連通。
[0035]其中，真空燒結裝置2包括陶瓷爐膛21和第一加熱裝置22，第一加熱裝置22與電源系統4連接，第一加熱裝置22圍設於陶瓷爐膛21外。陶瓷爐膛21的陶瓷材質可以保證其較高的耐受溫度。在陶瓷爐膛21內不僅可直接將SiO升華蒸發成蒸汽，還可將製備SiO的原材料SiO2和Si的混合物加入其內，直接加熱該混合物，亦可形成SiO蒸汽。即該裝置可將SiO的製備裝置與將SiO附著於石墨表面的裝置連為一體，如此就可以省去製備SiO的獨立設備，降低了生產成本，簡化了工藝流程，而且還可以在SiO與石墨之間形成強的結合力。
[0036]真空燒結裝置2還包括中空夾層23，中空夾層23圍設於陶瓷爐膛21外，並且第一加熱裝置22設置於陶瓷爐膛21和中空夾層23之間。在第一加熱裝置22外包覆中空夾層23，是為了在第一加熱裝置22和陶瓷爐膛21外圍通上循環冷卻水，使整個真空燒結裝置2的外圍溫度不會過高，增加該裝置的使用安全性，並避免設備的損壞。
[0037]冷凝沉積裝置3包括冷凝沉積旋轉爐31、第二加熱裝置32和循環冷卻裝置33，冷凝沉積旋轉爐31、第二加熱裝置32和循環冷卻裝置33均與電源系統4連接，陶瓷爐膛21的一端與冷凝沉積旋轉爐31的一端連通，循環冷卻裝置33和第二加熱裝置32均圍設於冷凝沉積旋轉爐31外，並且循環冷卻裝置33設置於冷凝沉積旋轉爐31和第二加熱裝置32之間。冷凝沉積旋轉爐31的旋轉可以使得裝入其中的石墨或類石墨材料不停地發生翻滾，從而使該材料與從陶瓷爐膛21逸出的SiO蒸汽充分接觸，使得SiO能夠均勻地沉積於該材料的表面。循環冷卻裝置33的設置是為了使處於冷凝沉積旋轉爐31內的石墨或類石墨材料處於較低的溫度，從而使從陶瓷爐膛21逸出的SiO蒸汽到達冷凝沉積旋轉爐31時，能夠快速地沉積於石墨或類石墨材料的表面上，且使沉積的SiO為無定形結構，形成複合材料的前驅體。第二加熱裝置32的設置是為了對複合材料的前驅體進行加熱，使SiO與石墨或類石墨材料緊密結合，而且還能對形成的複合材料進行後處理。
[0038]陶瓷爐膛21和冷凝沉積旋轉爐31的連接處設置有可活動擋板5，這樣不僅可實現真空燒結裝置2和冷凝沉積裝置3的獨立，還可有效地減少陶瓷爐膛21 (加熱區)對冷凝沉積旋轉爐31 (冷凝區)的熱輻射，使冷凝沉積旋轉爐31內的溫度不至於太高，同時還可控制從加熱區進入冷凝區的SiO蒸發量，以保證所製備材料結構的均一性。
[0039]第一加熱裝置22設置為電阻加熱裝置，因其所需的溫度較高，一般大於1400°C，因此可選用鑰絲進行加熱。第一加熱裝置22不採用電磁感應加熱的方式，是因為陶瓷爐膛21和所需蒸發的材料(SiO)均是電磁不良導體，採用電磁感應加熱不能起到很好的加熱效果，且會增加設備的複雜性與製造成本。
[0040]第二加熱裝置32設置為電磁感應加熱裝置。由於冷凝沉積旋轉爐31使用的材料為不鏽鋼，而且冷凝沉積旋轉爐31內放置的材料為石墨或類石墨的材料，這些材料均是電或磁的良導體，很容易在電磁感應中發熱，從而實現加熱作用。
[0041]由於製備的材料的物化性能與製備過程中的溫度控制緊密相關，因此對加熱速率及保溫情況的控制至關重要。本實用新型中，第一加熱裝置22和第二加熱裝置32與電源系統4連接，通過電源系統4中的功率變換可實現加熱速率和保溫時間的控制，通過以上控制，可保證陶瓷爐膛21和冷凝沉積旋轉爐31的內部溫度的誤差低於5°C。
[0042]陶瓷爐膛21的中心軸和冷凝沉積旋轉爐31的中心軸在同一直線上。即陶瓷爐膛21和冷凝沉積旋轉爐31為同心軸關係，這樣就可保證陶瓷爐膛21中的蒸汽能夠順利地進入冷凝沉積旋轉爐31中。
[0043]陶瓷爐膛21的另一端設置有第一充氣閥6和第一抽氣閥7。在陶瓷爐膛21上設置第一充氣閥6和第一抽氣閥7，可實現對整個蒸鍍裝置抽真空。在關閉抽真空系統後，可開通第一充氣閥6，往陶瓷爐膛21裡充入惰性氣體，從而可以保護材料不被氧化，同時惰性氣體還可以促使陶瓷爐膛21內的SiO蒸汽輸送至冷凝沉積旋轉爐31中，加快製備進程。
[0044]冷凝沉積旋轉爐31的另一端設置有第二充氣閥8和第二抽氣閥9。第二充氣閥8和第二抽氣閥9的設置可實現對冷凝沉積旋轉爐31進行獨立的抽真空與充氣操作。特別是對所製備的SiO-石墨材料做後處理，如熱處理或者包覆碳處理，可直接在冷凝沉積旋轉爐31中完成，而不需將SiO-石墨材料取出後再轉移至其他的設備中做後處理，從而簡化了工序，降低了生產成本。
[0045]使用時，先將SiO，或者SiO2和Si的混合物放置在真空燒結裝置2的陶瓷爐膛21內，將石墨或者類石墨材料放置在冷凝沉積旋轉爐21內，關閉可活動擋板5，使真空燒結裝置2和冷凝沉積裝置3之間阻隔成兩個獨立的系統。同時關閉第一充氣閥6、第一抽氣閥
7、第二充氣閥8和第二抽氣閥9。
[0046]打開電源系統4，打開第一抽氣閥7和第二抽氣閥9對陶瓷爐膛21和冷凝沉積旋轉爐31進行抽真空，達到所需真空度後，接通第一加熱裝置22，對陶瓷爐膛21裡的物料進行加熱保溫，使其升華蒸發。在此過程中要保證中空夾層23中通有冷卻水，保證整個真空燒結裝置2不會過熱，避免損壞設備。與此同時，使冷凝沉積旋轉爐31通電運行，並且打開循環冷卻裝置33，通入循環冷卻水，保證冷凝沉積旋轉爐31及裡面所承載的物料處於低溫。
[0047]關閉第一抽氣閥7和第二抽氣閥9，打開可活動擋板5，使陶瓷爐膛21中的蒸汽進入冷凝沉積旋轉爐31中。為了加速蒸汽的進入量，可打開第一充氣閥6，往陶瓷爐膛21裡充入惰性氣體，即通過惰性氣體將蒸汽趕入冷凝沉積旋轉爐31中。在此過程中，可打開第二抽氣閥9，將惰性氣體抽走，保證整個蒸鍍過程的持續進行。蒸鍍過程中，無定型結構的SiO均勻地沉積在石墨或類石墨材料的表面。
[0048]蒸鍍結束後，關閉真空燒結裝置2和可活動擋板5，開啟第二加熱裝置32，對冷凝沉積旋轉爐31及裡面的物料進行加熱，並關閉第二抽氣閥9，打開第二充氣閥8，往冷凝沉積旋轉爐31中充入可裂解的有機氣體或者惰性氣體，實現碳包覆或者對物料的熱處理，熱處理後可形成SiO-石墨的緊密結合，大大提高SiO和石墨的結合力。
[0049]經過上述過程，便可連續製備或者處理物料，大大節省了成本，環境友好，可實現大規模生產。
[0050]當然，本實用新型的蒸鍍裝置除了可以用於將SiO蒸鍍在石墨的表面，也完全可以應用在其他需要將一物質蒸鍍到另一物質表面以形成具有核-殼結構的材料的場合。
[0051]根據上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領域的技術人員還能夠對上述實施方式進行變更和修改。因此，本實用新型並不局限於上述的【具體實施方式】，凡是本領域技術人員在本實用新型的基礎上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬於本實用新型的保護範圍。此外，儘管本說明書中使用了 一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本實用新型構成任何限制。
【權利要求】
1.一種蒸鍍裝置，其特徵在於:包括支架、真空燒結裝置、冷凝沉積裝置和電源系統，所述真空燒結裝置和所述冷凝沉積裝置均設置於所述支架上，所述電源系統分別與所述真空燒結裝置和所述冷凝沉積裝置連接，並且所述真空燒結裝置的一端和所述冷凝沉積裝置的一端連通。
2.根據權利要求1所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述真空燒結裝置包括陶瓷爐膛和第一加熱裝置，所述第一加熱裝置與所述電源系統連接，所述第一加熱裝置圍設於所述陶瓷爐膛外。
3.根據權利要求2所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述真空燒結裝置還包括中空夾層，所述中空夾層圍設於所述陶瓷爐膛外，並且所述第一加熱裝置設置於所述陶瓷爐膛和所述中空夾層之間。
4.根據權利要求3所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述冷凝沉積裝置包括冷凝沉積旋轉爐、第二加熱裝置和循環冷卻裝置，所述冷凝沉積旋轉爐、所述第二加熱裝置和所述循環冷卻裝置均與所述電源系統連接，所述陶瓷爐膛的一端與所述冷凝沉積旋轉爐的一端連通，所述循環冷卻裝置和所述第二加熱裝置均圍設於所述冷凝沉積旋轉爐外，並且所述循環冷卻裝置設置於所述冷凝沉積旋轉爐和所述第二加熱裝置之間。
5.根據權利要求4所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述陶瓷爐膛和所述冷凝沉積旋轉爐的連接處設置有可活動擋板。
6.根據權利要求4所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述第一加熱裝置設置為電阻加熱裝置，所述第二加熱裝置設置為電磁感應加熱裝置。
7.根據權利要求4所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述陶瓷爐膛的中心軸和所述冷凝沉積旋轉爐的中心軸在同一直線上。
8.根據權利要求4至7任一項所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述陶瓷爐膛的另一端設置有第一充氣閥和第一抽氣閥。
9.根據權利要求8所述的蒸鍍裝置，其特徵在於:所述冷凝沉積旋轉爐的另一端設置有第二充氣閥和第二抽氣閥。
【文檔編號】C23C14/24GK203794974SQ201420138239
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】黃起森, 鄭於煉, 鍾開富 申請人:東莞新能源科技有限公司