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CN105185970B - 一种包覆硅的碳颗粒复合材料、制备方法和设备及用途 - Google Patents

一种包覆硅的碳颗粒复合材料、制备方法和设备及用途 Download PDF

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CN105185970B
CN105185970B CN201510494335.8A CN201510494335A CN105185970B CN 105185970 B CN105185970 B CN 105185970B CN 201510494335 A CN201510494335 A CN 201510494335A CN 105185970 B CN105185970 B CN 105185970B
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Shenzhen Beiteri New Energy Technology Research Institute Co ltd
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Shenzhen BTR New Energy Materials Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种包覆硅的碳颗粒复合材料、制备方法和设备及用途，本发明使用低温等离子体反应分解制备纳米硅，能够在常温条件下化学气相沉积制备产品，得到包覆非晶硅层的碳颗粒；进一步地通过反应气流量、反应功率的调节，能够有效的调控纳米硅颗粒尺寸，可在5～1000nm范围内自由控制；通过将化学气相沉积室设计成旋转方式，能够有效的提高纳米硅与基底复合的均匀性；进一步地，通过对化学气相沉积速率、旋转速率等条件的控制能够得到厚度可控的硅层。

Description

一种包覆硅的碳颗粒复合材料、制备方法和设备及用途
技术领域
本发明涉及纳米硅材料和锂离子电池负极材料的制备领域，尤其涉及一种包覆硅的碳颗粒复合材料、制备方法和设备及用途。
背景技术
锂离子电池是便携式电子设备、电动汽车及储能系统的理想电源，开发比能量高、安全性好以及成本低廉的新型电极材料是锂离子电池研究开发领域的核心内容，新型负极材料的研究对新一代锂离子电池的研制具有重要意义。
目前成熟的锂离子电池负极材料主要为石墨类材料，其理论比容量仅为372mAh/g，发展潜力有限，无法满足未来锂离子电池对高能量密度的需求。研究发现如Al、Sn、Sb、Si等可与Li合金化的金属及其合金类材料，其可逆储锂容量远远大于石墨类负极，如Si负极的理论容量高达4200mAh/g，但该类负极材料脱嵌锂体积膨胀收缩较大(>300％)，高的体积效应造成较差的循环稳定性，使这些体系距离实用化程度仍存在一定的距离。
为了提高硅负极的循环性能，本领域技术人员通常会通过硅的纳米化、硅与金属的合金化、硅与碳材料的复合来改善硅材料的体积膨胀效应，其中纳米硅与石墨的复合材料具有较大的应用前景，纳米硅的合成及在石墨基体中的均匀分散是关键技术。
CN101527357B公开了一种热解制备硅碳复合负极材料的方法，使用纳米硅作为内核，有机物裂解形成无定形碳包覆层，制备核壳结构的纳米硅/无定形碳复合负极材料。CN104332621A公开了一种制备空心纳米硅结构的方法，利用金属热还原二氧化硅，制备纳米硅颗粒，再通过酸刻蚀内部未氧化二氧化硅，得到空心纳米硅球。这两种方法没有解决纳米硅与石墨基底的均匀分散问题，且制备过程较为繁琐且不好控制。
CN102214817A公开了一种碳/硅/碳纳米复合结构负极材料及其制备方法，通过化学气相沉积工艺在碳基体上沉积纳米硅，再通过化学气相沉积工艺在纳米硅表面包覆纳米碳；碳基体材料是多孔碳、碳纳米管或者石墨烯。常见多孔碳材料(如活性炭)的孔隙较小，难以有效承载纳米硅材料，而碳纳米管或石墨烯自身容易团聚，也难以实现纳米硅材料在其表面的均匀沉积。
因此，如何简单有效的制备颗粒尺寸均匀可控的纳米硅，并使其与碳材料均匀复合，是锂离子电池领域亟需要解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将颗粒状石墨置于电感耦合-化学气相沉积室中；
(2)通入硅源反应气至电感耦合-化学气相沉积室的等离子体反应区，在真空气氛中，将硅源分解，在电感耦合-化学气相沉积室旋转条件下，进行化学气相沉积，得到表面包覆硅的石墨颗粒；
(3)将表面包覆硅的石墨颗粒经研磨、筛分，得到表面包覆硅的碳颗粒复合材料。
本发明采用等离子体增强化学气相沉积方式，低温制备纳米硅复合材料；并通过回转式管式炉，在颗粒状碳材料表面动态沉积硅，得到包覆硅的碳颗粒复合材料。本发明通过旋转复合的方式提高了纳米硅与碳颗粒基底的复合均匀性。本发明提供的方法简单易行，容易工业化生产，制备得到的包覆硅的碳颗粒复合材料具有高容量、高首次效率、长寿命等特点。
本发明所述颗粒状石墨的平均粒径为5～25μm，例如6μm、8μm、13μm、18μm、22μm等。
优选地，所述硅源选自SiH4、Si2H6、Si3H8、SiCl4、SiHCl3、Si2Cl6、SiH2Cl2或SiH3Cl中的任意1种或至少2种的组合。
优选地，所述硅源反应气的载气为氩气、氢气或氮气中的任意1种或至少2种的组合。
优选地，所述硅源反应气中硅源的浓度为5～80v％，例如7v％、20v％、32v％、45v％、58v％、63v％、75v％、78v％等。
优选地，所述硅源反应气的通入速度为5～100sccm，例如8sccm、15sccm、35sccm、58sccm、75sccm、88sccm、96sccm等。
优选地，所述硅源反应气的通入温度为25～100℃，例如30℃、38℃、50℃、65℃、78℃、88℃、95℃等。
优选地，所述电感耦合的功率为50～350W，例如60W、80W、120W、150W、180W、230W、280W、310W、340W等。
优选地，所述化学气相沉积的温度为25～900℃，例如30℃、40℃、100℃、300℃、500℃、600℃、800℃等，优选25～60℃或700～800℃，当化学气相沉积温度为25～60℃时得到包覆非晶态硅的碳颗粒复合材料，当化学气相沉积温度为700～800℃时得到包覆晶态硅的碳颗粒复合材料。
优选地，所述旋转的转速为1～10转/分钟，例如3转/分钟、5转/分钟、8转/分钟等。
在本发明所述包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法中，硅源反应气中硅源浓度、通入速度与化学气相沉积室的反应温度、电感耦合功率均与化学气相沉积的速度有关，而化学气相沉积室的旋转速度、化学气相沉积的速度和时间决定了碳颗粒表面硅层的包覆均匀性。本发明在25～60℃条件下进行化学气相沉积能够得到非晶型硅层。
本发明的目的之二在于提供一种用于如目的之一所述包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法的设备，所述设备包括：
(i)化学气相沉积室，用于在碳颗粒上沉积硅；
(ii)等离子体发生器，用于产生等离子体；所述等离子体发生器包括射频电源，和与射频电源电联的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈均匀缠绕在化学气相沉积室外侧；
(iii)气体供给系统，用于向化学气相沉积室供给硅源反应气；
(iv)真空系统，用于提供化学气相沉积室的真空氛围；
(v)驱动装置，用于带动化学气相沉积室水平转动。
本发明提供的用于包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法的设备设置驱动装置用于带动化学气相沉积室水平转动，从而动态沉积，均匀性良好的包覆硅的碳颗粒复合材料。
优选地，所述设备还包括(vi)尾气收集处理系统，用于收集产生的尾气进行处理，其包括通过液氮冷却的冷阱，所述冷阱与化学气相沉积系统出气口连接。尾气收集处理系统能有效的避免对环境的污染和对真空设备的腐蚀。
优选地，所述冷阱与化学气相沉积系统出气口之间设置金属滤网；
优选地，所述金属滤网的目数为200～500目，优选200目、325目或500目。
所述金属滤网能有效阻挡碳颗粒，避免其对真空设备的影响。
所述化学气相沉积室为石英管，所述石英管顺气流方向包括进气段、样品放置段和出气段；所述样品放置段比进气段和出气段的管径大。
优选地，所述进气段和出气段的石英管的内径为4～5cm，例如4.3cm、4.6cm、4.8cm等；优选所述进气段和出气段的石英管的内径相同。
优选地，所述样品放置段的内径是进气段内径的1.4～2倍，例如1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍等。
优选地，所述样品放置段的长度为10～30cm。
所述石英管的样品放置段设置至少一块挡板，所述挡板在石英管内壁沿轴线呈螺旋状设置，螺旋方向与化学气相沉积室的旋转方向相同；所述挡板的螺旋起点设置于化学气相沉积室的1/3～1/2处；
优选地，所述挡板高度为所述样品放置段内径的0.2～0.5倍，例如0.3倍、0.4倍、0.5倍等。
优选地，所述挡板长度为所述样品放置段长度的0.2～0.5倍，例如0.3倍、0.4倍、0.5倍等。
优选地，所述挡板为直板或波浪板，优选波浪板；
优选地，所述挡板个数为3～6块，每块挡板螺旋起点均匀分布在石英管样品放置段的内截面上，且在同一圆周线上。
本发明将石英管样品放置段的管径设置为较进气段和出气段的管径大，能够有效地延长颗粒状石墨在化学气相沉积室中的停留时间，防止在颗粒状石墨随气流流出。进一步地，本发明通过对挡板的结构和排布的具体设置，能够更加有效的延长颗粒状石墨在化学气相沉积室中的停留时间，提高反应的速度，和硅层的沉积均匀性。
本发明所述电感耦合线圈由空心铜管组成。
优选地，所述空心铜管内部通有冷却液。
优选地，所述冷却液为冷却水。
本发明所述气体供给系统为至少1根与化学气相沉积室进气口连接的进气管，优选3～5根进气管。
优选地，所述进气管能够控制进气速率。
优选地，所述气体供给系统内设置伴热系统，以控制温度在25～100℃。
本发明所述驱动装置包括提供动力的旋转马达和由旋转马达转动的旋转轴，所述旋转轴与化学气相沉积室的石英管固定连接。
本发明的目的之三是提供一种如目的之一所述方法制备得到的包覆硅的碳颗粒复合材料，所述复合材料为碳颗粒外层包覆非晶结构的硅层，或碳颗粒外层包覆晶体结构的硅层。
优选的，当权利要求1步骤(2)所述化学气相沉积温度＜600℃时，得到非晶结构硅包覆碳颗粒的复合材料；
优选的，当权利要求1步骤(2)所述化学气相沉积温度≥650℃时，得到晶体结构硅包覆碳颗粒的复合材料；
优选地，所述包覆硅的碳颗粒复合材料的粒径为5～1000nm，例如8nm、18nm、50nm、180nm、240nm、380nm、700nm、850nm、980nm等。
本发明目的之四是提供一种如目的之三所述包覆硅的碳颗粒复合材料的使用方法，将所述包覆硅的碳颗粒复合材料用于锂离子电池负极材料。
优选地，所述包覆硅的碳颗粒复合材料在锂离子电池负极材料中的含量为0.1～100wt％，优选0.5～60wt％，进一步优选1～30wt％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明使用低温等离子体反应分解制备纳米硅，能够在常温(25～60℃)条件下化学气相沉积制备产品，得到包覆非晶硅层的碳颗粒；进一步地通过反应气流量、反应功率的调节，能够调控纳米硅颗粒尺寸，可在5～1000nm范围内自由控制；
(2)本发明可通过化学气相沉积室温度的改变，控制复合材料中硅的结晶状态；在低温(<600℃)条件下可以获得非晶态纳米硅，在高温(≥650℃)条件下可获得结晶态纳米硅；
(3)通过将化学气相沉积室设计成旋转方式，能够有效的提高纳米硅与基底复合的均匀性；进一步地，通过对化学气相沉积速率、旋转速率等条件的控制能够得到厚度可控的硅层。
(4)本发明通过将石英管样品放置段的管径设置为较进气段和出气段的管径大，能够有效地延长颗粒状石墨在化学气相沉积室中的停留时间，防止在颗粒状石墨随气流流出；进一步地，本发明通过对挡板的结构和排布的具体设置，如将挡板设置成波浪状，将挡板设置为螺旋状，以及具体的挡板高度等，和挡板在圆周上的排布，均对获得更长的颗粒状石墨在化学气相沉积室中的停留时间，进一步提高反应速度和硅层的均匀性均有积极作用。
附图说明
图1为设备实施例2提供的用于制备包覆硅的碳颗粒复合材料的设备的结构示意图；100化学气相沉积室；101石英管样品放置段；102石英管进气段；103石英管出气段；200等离子体发生器；201电感耦合线圈；202射频电源；300气体供给系统；301进气管；302伴热系统；400真空系统；600尾气收集处理系统，601金属过滤网；
图2为设备实施例2中化学气相沉积石英管100的内壁沿轴向方向的展开结构示意图；104挡板；
图3是应用实施例1得到包覆硅的碳颗粒复合材料的扫描电镜图像；
图4是说明例1所得纳米硅颗粒的X射线衍射图谱；
图5是说明例1所得纳米硅颗粒的扫描电镜图像；
图6是说明例2所得纳米硅颗粒的扫描电镜图像；
图7是说明例3所得纳米硅颗粒的X射线衍射图。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
设备实施例1提供了一种用于制备包覆硅的碳颗粒复合材料的设备，所述设备包括：
(i)化学气相沉积室100，用于在碳颗粒上沉积硅；
(ii)等离子体发生器200，用于产生等离子体；所述等离子体发生器包括射频电源202，和与射频电源电联的电感耦合线圈201，所述电感耦合线圈均匀缠绕在化学气相沉积室外侧；
(iii)气体供给系统300，用于向化学气相沉积室供给硅源反应气；
(iv)真空系统400，用于提供化学气相沉积室的真空氛围；
(v)驱动装置，用于带动化学气相沉积室水平转动。
设备实施例2提供了一种用于制备包覆硅的碳颗粒复合材料的设备，图1为设备实施例2提供的用于制备包覆硅的碳颗粒复合材料的设备的结构示意图；所述设备包括：
(i)化学气相沉积室100，用于在碳颗粒上沉积硅；所述化学气相沉积室为石英管；所述石英管顺气流方向包括5cm长的进气段102、10cm长的样品放置段101和5cm长的出气段103；进气段102内径与出气段103内径相同，均为4～5cm；所述样品放置段101的内径为进气段102内径的1.4～2倍；
所述石英管的样品放置段101设置4块挡板104，所述挡板104在石英管内壁沿轴线呈螺旋状设置，螺旋方向与化学气相沉积室100的旋转方向相同；所述挡板104的螺旋起点设置于化学气相沉积室100的1/3～1/2处；
所述挡板高度为所述样品放置段内径的0.2～0.5倍；
优选地，所述挡板长度为所述样品放置段长度的0.2～0.5倍；
所述挡板为波浪板；
图2为设备实施例2中化学气相沉积石英管100的内壁沿轴向方向的展开结构示意图；
(ii)等离子体发生器200，用于产生等离子体；所述等离子体发生器包括射频电源202，和与射频电源电联的电感耦合线圈201，所述电感耦合线圈201均匀缠绕在化学气相沉积室101外侧；所述电感耦合线圈201由空心铜管组成；所述空心通关内部通有冷却液；所述冷却液为冷却水；
(iii)气体供给系统300，用于向化学气相沉积室供给硅源反应气；所述气体供给系统为3～5根与化学气相沉积室进气口连接的进气管301；所述进气管能够控制进气速率；所述气体供给系统内设置伴热系统302，以控制温度在25～100℃；
(iv)真空系统400，用于提供化学气相沉积室的真空氛围；
(v)驱动装置，用于带动化学气相沉积室水平转动；所述驱动装置包括提供动力的旋转马达和由旋转马达转动的旋转轴，所述旋转轴与化学气相沉积室100固定连接；
(vi)尾气收集处理系统600，包括通过液氮冷却的冷阱，用于收集产生的尾气进行处理。
图1为设备实施例2提供的用于制备包覆硅的碳颗粒复合材料的设备的结构示意图；图2为设备实施例2中化学气相沉积石英管100的内壁沿轴向方向的展开结构示意图。
应用实施例1
一种包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法，采用设备实施例2提供的设备进行，包括如下步骤：
在化学气相沉积室100的石英管样品放置段101中放置50g平均粒径16～19μm含碳量99.95％的天然球形石墨粉，按图1连接好设备，设置供气管路伴热温度50℃；通入20sccmH2作为载气，抽真空至20Pa；待30min后，设置回转速度5r/min，通入20sccm SiHCl3为反应硅源，等离子体反应功率200W，在室温下反应2h；反应完毕后关闭SiHCl3硅源供应，继续使用200W等离子体反应10min；取出材料，经研磨、筛分后得到纳米硅/石墨复合负极材料。
应用实施例1得到包覆硅的碳颗粒复合材料，所述材料的硅层为非晶结构，硅含量约3wt％；图3是应用实施例1得到包覆硅的碳颗粒复合材料的扫描电镜图像，从图中可以看到纳米硅颗粒均匀沉积在石墨颗粒表面。
应用实施例2
一种包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法，采用设备实施例2提供的设备进行，包括如下步骤：
在化学气相沉积室100的石英管样品放置段101中放置30g平均粒径16～19μm，含碳量99.95％的天然球形石墨粉，按图1连接好设备，设置供气管路伴热温度50℃，通入35sccm H2作为载气，抽真空至25Pa，通入H2 30min后，设置回转速度5r/min，通入20sccmSiHCl3为反应硅源，等离子体反应功率200W，在室温下反应2h，反应完毕后停止硅源供应，继续使用200W等离子体反应10min；取出材料，经研磨、筛分后得到纳米硅/石墨复合负极材料。
应用实施例2得到包覆硅的碳颗粒复合材料，所述材料的硅层为非晶结构，硅含量约10wt％。
应用实施例3
一种包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法，采用设备实施例2提供的设备进行，包括如下步骤：
在化学气相沉积室100的石英管样品放置段101中放置25g平均粒径16～19μm，含碳量99.95％的天然球形石墨粉，按图1连接好设备，设置供气管路伴热温度50℃，通入35sccm H2作为载气，抽真空至25Pa，通入H2 30min后，设置回转速度5r/min，通入25sccmSiHCl3为反应硅源，等离子体反应功率200W，在室温下反应4h；反应完毕后停止硅源供应，继续使用200W等离子体反应10min；取出材料，经研磨、筛分后得到纳米硅/石墨复合负极材料。
应用实施例3得到包覆硅的碳颗粒复合材料，所述材料的硅层为非晶结构，硅含量约25wt％。
应用实施例4
一种包覆硅的碳颗粒复合材料的制备方法，采用设备实施例2提供的设备进行，包括如下步骤：
在化学气相沉积室100的石英管样品放置段101中放置20g平均粒径16～19μm，含碳量99.95％的天然球形石墨粉，按图1连接好设备，通入20sccm Ar作为载气，抽真空至15Pa；通入Ar 30min后，设置回转速度10r/min，通入35sccm SiH4为反应硅源，等离子体反应功率200W，在室温下反应4h；反应完毕后停止硅源供应，继续使用200W等离子体反应10min；取出材料，经研磨、筛分后得到纳米硅/石墨复合负极材料。
应用实施例4得到包覆硅的碳颗粒复合材料，所述材料的硅层为非晶结构，硅含量约30wt％。
应用实施例5
与应用实施例4的区别在于，将化学气相沉积室的温度调整为700℃，制备得到的包覆硅的碳颗粒复合材料的硅层为晶体硅，硅含量仍为30wt％。
说明例1
一种纳米硅颗粒的制备方法，采用设备实施例2提供的设备进行，包括如下步骤：
在化学气相沉积室100的石英管样品放置段101中不放置任何基底，按图1连接好设备，设置供气管路伴热温度50℃，通入20sccm Ar作为载气，抽真空至15Pa；待30min后，通入10sccm SiHCl3为反应硅源，设置等离子体反应功率200W，在室温下反应2h，在石英管壁沉积一层纳米硅；反应完毕后关闭SiHCl3硅源供应，继续使用200W等离子体反应10min；取出材料，经研磨、筛分后得到纯纳米硅颗粒材料。
图4是说明例1所得纳米硅颗粒的X射线衍射图谱，中心位于28.4°、47.3°、56.1°的衍射峰分别对应晶体硅(111)、(220)、(311)的结晶面，但是峰强度非常低，并且峰形展宽非常明显；这说明说明例1所得纳米硅颗粒为非晶态。
图5是说明例1所得纳米硅颗粒的扫描电镜图像，可以看到硅颗粒尺寸均匀，球形度高，平均粒径约40nm。
说明例2：
一种纳米硅颗粒的制备方法，采用设备实施例2提供的设备进行，包括如下步骤：
在化学气相沉积室100的石英管样品放置段101中不放置任何基底，按图1连接好设备，设置供气管路伴热温度50℃，通入20sccm Ar作为载气，抽真空至15Pa，待30min后，通入10sccm SiH4为反应硅源，设置等离子体反应功率100W，在室温下反应2h，在石英管壁沉积一层纳米硅；反应完毕后关闭硅源供应，继续使用100W等离子体反应10min；取出材料，经研磨、筛分后得到纯纳米硅粉体材料。
图6是说明例2所得纳米硅颗粒的扫描电镜图像，可以看到硅颗粒尺寸均匀，球形度高，平均粒径约20nm。
说明例3
一种纳米硅颗粒的制备方法，采用设备实施例2提供的设备进行，包括如下步骤：
在化学气相沉积室100的石英管样品放置段101中不放置任何基底，按图1连接好设备，设置供气管路伴热温度50℃；通入20sccm Ar作为载气，抽真空至15Pa，反应区域加热升温至750℃；待30min后，通入10sccm SiHCl3为反应硅源，设置等离子体反应功率200W，在室温下反应2h，在石英管壁沉积一层纳米硅；反应完毕后关闭SiHCl3硅源供应，继续使用200W等离子体反应10min；取出材料，经研磨、筛分后得到纯纳米硅粉体材料。
图7是说明例3所得纳米硅颗粒的X射线衍射图，能观察到明显晶体硅(111)、(220)、(311)峰，表明样品中有结晶硅存在。
由说明例1～3可以看出，750℃下能够得到晶体硅，室温条件下反应能够得到非晶型硅。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (38)

1.一种制备包覆硅的碳颗粒复合材料的设备，其特征在于，所述设备包括：
(i)化学气相沉积室，用于在碳颗粒上沉积硅；
(ii)等离子体发生器，用于产生等离子体；所述等离子体发生器包括射频电源，和与射频电源电联的电感耦合线圈，所述电感耦合线圈均匀缠绕在化学气相沉积室外侧；
(iii)气体供给系统，用于向化学气相沉积室供给硅源反应气；
(iv)真空系统，用于提供化学气相沉积室的真空氛围；
(v)驱动装置，用于带动化学气相沉积室水平转动；
其中，所述化学气相沉积室为石英管，所述石英管顺气流方向包括进气段、样品放置段和出气段；所述样品放置段比进气段和出气段的管径大；
所述石英管的样品放置段设置至少一块挡板，所述挡板在石英管内沿轴线壁呈螺旋状设置，螺旋方向与化学气相沉积室的旋转方向相同；所述挡板的螺旋起点设置于化学气相沉积室的1/3～1/2处。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括(vi)尾气收集处理系统，用于收集产生的尾气进行处理，其包括通过液氮冷却的冷阱，所述冷阱与化学气相沉积系统出气口连接。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述冷阱与化学气相沉积系统出气口之间设置金属滤网。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述金属滤网的目数为200～500目。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述金属滤网的目数为200目、325目或500目。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述进气段和出气段的石英管的内径为4～5cm。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述进气段和出气段的石英管的外径和壁厚相同。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述样品放置段的内径是进气段内径的1.4～2倍。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述样品放置段的长度为10～30cm。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板高度为所述样品放置段内径的0.2～0.5倍。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板长度为所述样品放置段长度的0.2～0.5倍。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板为直板或波浪板。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述挡板为波浪板。
14.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述挡板个数为3～6块，每块挡板螺旋起点均匀分布在石英管样品放置段的内截面上，且在同一圆周线上。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电感耦合线圈由空心铜管组成。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述空心铜管内部通有冷却液。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述冷却液为冷却水。
18.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气体供给系统为至少1根与化学气相沉积室进气口连接的进气管。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述气体供给系统为3～5根与化学气相沉积室进气口连接的进气管。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述进气管能够控制进气速率。
21.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气体供给系统内设置伴热系统，以控制温度在25～100℃。
22.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驱动装置包括提供动力的旋转马达和由旋转马达转动的旋转轴，所述旋转轴与化学气相沉积室的石英管固定连接。
23.一种采用权利要求1-22任一项所述的设备制备包覆硅的碳颗粒复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将颗粒状石墨置于电感耦合-化学气相沉积室中；
(2)通入硅源反应气至电感耦合-化学气相沉积室的等离子体反应区，在真空气氛中，将硅源分解，在电感耦合-化学气相沉积室旋转条件下，进行化学气相沉积，得到表面包覆硅的石墨颗粒；
(3)将表面包覆硅的石墨颗粒经研磨、筛分，得到表面包覆硅的碳颗粒复合材料；
其中，所述旋转的转速为1～10转/分钟；
所述电感耦合-化学气相沉积室由电感耦合线圈均匀缠绕在化学气相沉积室外侧形成，所述化学气相沉积室为石英管，所述石英管顺气流方向包括进气段、样品放置段和出气段；所述样品放置段比进气段和出气段的管径大；
所述石英管的样品放置段设置至少一块挡板，所述挡板在石英管内沿轴线壁呈螺旋状设置，螺旋方向与化学气相沉积室的旋转方向相同；所述挡板的螺旋起点设置于化学气相沉积室的1/3～1/2处。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述颗粒状石墨的平均粒径为5～25μm。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述硅源选自SiH4、Si2H6、Si3H8、SiCl4、SiHCl3、Si2Cl6、SiH2Cl2或SiH3Cl中的任意1种或至少2种的组合。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述硅源反应气的载气为氩气、氢气或氮气中的任意1种或至少2种的组合。
27.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述硅源反应气中硅源的浓度为5～80v％。
28.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述硅源反应气的通入速度为5～100sccm。
29.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述硅源反应气的通入温度为25～100℃。
30.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述电感耦合的功率为50～350W。
31.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积的温度为25～900℃。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述化学气相沉积的温度为25～60℃或700～800℃。
33.一种如权利要求23所述方法制备得到的包覆硅的碳颗粒复合材料，其特征在于，所述复合材料为碳颗粒外层包覆非晶结构的硅层。
34.如权利要求33所述的包覆硅的碳颗粒复合材料，其特征在于，所述包覆硅的碳颗粒复合材料的粒径为5～1000nm。
35.一种如权利要求33或34所述包覆硅的碳颗粒复合材料的使用方法，其特征在于，将所述包覆硅的碳颗粒复合材料用于锂离子电池负极材料。
36.如权利要求35所述的使用方法，其特征在于，所述包覆硅的碳颗粒复合材料在锂离子电池负极材料中的含量为0.1～100wt％。
37.如权利要求36所述的使用方法，其特征在于，所述包覆硅的碳颗粒复合材料在锂离子电池负极材料中的含量为0.5～60wt％。
38.如权利要求37所述的使用方法，其特征在于，所述包覆硅的碳颗粒复合材料在锂离子电池负极材料中的含量为1～30wt％。
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