[發明專利]一種納米硅的制備方法

無效

• 申請號: 201310520691.3
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103531761A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 曹德明;陳鑫;劉念平;張燕萍;趙志國
• 申請（專利權）人: 上海利物盛企業集團有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;B82Y40/00
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種納米硅的制備方法，屬于新能源納米材料制備技術領域。

背景技術

隨著人們日益增長的需求和科學技術發展的需要，對鋰離子二次電池的容量和循環性提出了更高的要求，在許多儲能裝置應用方面對功率密度的要求越來越高，特別是大容量、高功率的超級電容器、動力型鋰離子電池將成為今后環保型電動汽車、海陸空軍事裝備和軍事通訊的理想電源。因此，開發具有高容量和循環性能好的電極材料是研制高性能鋰離子二次電池的首要任務。與已商品化使用的負極炭材料如石墨、中間相炭微球、石油焦等相比，Si與Li形成的合金均具有遠高于石墨理論值372mAh／g的儲鋰容量(Si-Li合金為4200mAh／g)，作為鋰離子二次電池負極材料已成為目前國際上的研究熱點。但是，這種材料實際應用中還存在許多問題，其主要原因是Si在Li的嵌入和脫出過程中發生較大的體積變化(膨脹率達300％)，在材料內部產生較大的內應力，造成粉末化而導致電極循環性能嚴重衰退。

目前解決這個問題采取的主要手段是將這些材料的尺寸裁減到納米尺寸，通過降低體積效應來縮短充放電過程中離子的擴散路徑而緩減體積膨脹。納米硅粉的制備方法有很多，主要有化學氣相沉積,激光燒蝕法，物理蒸發法、溶液法等，但這些方法制備納米硅成本比較高，生產量比較小，同時制備出來的納米硅穩定性和粒徑均一性差。

發明內容

本發明公開了一種納米硅的制備方法，這種制備方法采用原材料便宜易得，生產工藝簡單，成本低，同時制備的納米硅粒徑均勻，穩定性好，可以有效克服采用現有技術制備納米硅成本高，生產量小，同時制備出來的納米硅穩定性和粒徑均一性差等弊端。

本發明技術方案是這樣實現的：

一種納米硅的制備方法，首先將粒徑為1～20微米的硅粉按照固含量為5～50%的比例加入到分散劑中，高速分散均勻后，加入到自制循環式研磨機中，在溫度為10～60℃的情況下，研磨4～20小時，即得到納米硅。

所述的分散劑為下列之一或兩種以上任意比混合物：水、乙醇、丙酮、環己烷、丁酮、丁醇、乙二醇。

所述的自制循環式研磨機包括:攪拌設備、蠕動泵、帶有冷卻夾套的循環研磨機和冷卻設備，帶有冷卻夾套的循環研磨機的腔體內設置有內襯、研磨軸和研磨介質，其特征在于：所述研磨機腔體內襯材料為下列之一：碳化硅、聚氨酯（PU）、氧化鋯陶瓷；所述的研磨介質為下列之一：硅酸鋯珠、氧化鋯珠、氧化鋁珠、碳化硅珠；研磨介質的粒徑為0.1～0.5mm。

利用本發明制備的納米硅具有純度高，粒徑均勻，穩定性好，同時生產工藝簡單，生產成本低等優點。通過這種方法制備的納米硅可以用于金屬表面處理或者替代納米碳粉或石墨，作為鋰電池負極材料，大幅度提高鋰電池容量。

附圖說明

圖1是循環式研磨機示意圖；

圖2是納米硅的TEM圖；

圖3是納米硅的XRD圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明，

圖1是循環式研磨機示意圖，將物料通過蠕動泵輸送至循環式研磨機腔體中，通過研磨后將更細的物料輸出至攪拌容器中，通過循環將物料研磨至需要的粒徑。研磨設備中關鍵的部分為研磨腔體中的研磨軸，高速旋轉的研磨軸通過棒擊式將物料粉碎。

【實施例1】

納米硅制備方法，本實施中是用粒徑為10微米的硅粉，加入到水和丙酮按照質量比50比50配制的混合分散劑中，配制成固含量為20%的混合液，然后加入到循環式研磨機中，研磨腔內襯為聚氨酯，研磨介質為粒徑0.5mm的氧化鋯球，研磨時間20h，研磨最高溫度50℃。得到粒徑約為30nm的納米硅。

【實施例2】

納米硅制備方法，本實施中是用粒徑為5微米的硅粉，加入到乙醇和丙酮按照質量比70比30配制的混合分散劑中，配制成固含量為30%的混合液，然后加入到循環式研磨機中，研磨腔內襯為氧化鋯陶瓷，研磨介質為粒徑0.1mm的氧化鋁球，研磨時間15h，研磨最高溫度50℃。得到粒徑約為30nm的納米硅。

【實施例3】

納米硅制備方法，本實施中是用粒徑為10微米的硅粉，加入到無水乙醇分散劑中，配制成固含量為30%的混合液，然后加入到循環式研磨機中，研磨腔內襯為碳化硅材質，研磨介質為粒徑0.1mm的硅酸鋯球，研磨時間15h，研磨最高溫度50℃。得到粒徑為35nm的納米硅。

【實施例4】