[發(fā)明專利]一種超細納米級硅粉的制備方法

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• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105655569A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 唐升智;姚鵬泉;范珂銘;董金平;羅飛
• 申請（專利權）人: 四川創(chuàng)能新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發(fā)明涉及電池材料領域，具體涉及一種超細納米級硅粉的制備方法。

背景技術

目前，鋰離子電池常用的負極材料有碳負極材料(包括石墨，軟碳和硬碳)和鈦酸鋰， 但是它們的克容量提升空間都非常有限，不利于高能量密度鋰離子電池的設計和開發(fā)。隨著 業(yè)界對高能量密度鋰離子電池的迫切需求，開發(fā)和生產(chǎn)高容量和高穩(wěn)定性的鋰離子電池負極 材料，已迫在眉睫。

在目前研究的鋰離子電池負極材料體系中，金屬合金材料如Si、Sn、Al等由于其可以 與Li形成多鋰合金而具有比傳統(tǒng)石墨負極材料高得多的理論比容量，同時，金屬合金類材 料的脫嵌鋰電位比較高，在快速充放電過程中不會產(chǎn)生鋰枝晶，因此，這類合金材料具有優(yōu) 異的安全性能，是下一代鋰離子電池負極材料的理想選擇。其中，這類合金材料中的硅基材 料，因其具有最高的理論嵌鋰容量4200mAh/g，嵌鋰電位為0.2V(vs.Li/Li⁺)，安全性能好， 儲量豐富，性價比高，近年來得到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注和研究。然而硅基材料面臨 的主要挑戰(zhàn)是其在脫嵌鋰的過程中表現(xiàn)出巨大的體積變化(300％)，這會導致硅顆粒的破碎、 粉化、與電極材料失去電接觸，因此，硅基材料的循環(huán)穩(wěn)定性能較差。同時，由于硅是一種 半導體材料，其電子電導率和離子電導率都相對較低，不能滿足高倍率充放電的要求。

解決硅基類材料的循環(huán)穩(wěn)定性能差的難題主要是通過減小顆粒尺寸，摻雜及包覆來實現(xiàn)。 通過制備納米尺度的硅材料可以降低硅本身的體積效應，縮短鋰離子的傳輸途徑，提高電化 學反應速率，從而改善硅基材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。

目前，市面上制備小尺寸納米硅材料尤其是50nm以下的超細納米硅材料，其制備成本 高，價格昂貴，不利于碳硅復合材料的產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種超細納米級硅粉的制備方法，該方法 操作簡單、制備方便、成本低、適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種超細納米級硅粉的制備方法，它包括以下 步驟：

S1.一次研磨：在球磨機中加入粗硅粉和溶劑，均勻分散后，將粗硅粉球磨至顆粒粒徑 為50～200nm，得一次研磨粉；所述溶劑為酒精、無水乙醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、丙酮、 環(huán)己烷、丁酮、丁醇或苯類中的一種或多種的組合；所述粗硅粉的粒度為1～50μm；

S2.二次研磨：一次研磨料中加入輔料，在球磨機中繼續(xù)分散，將一次研磨料球磨至顆 粒粒徑為10～50nm，得二次研磨粉；

S3.干燥：將所得的二次研磨粉干燥至含水量小于1000ppm；

S4.打散：將干燥后的研磨粉打散，即獲得超細納米級硅粉。

進一步地，所述溶劑和粗硅粉的重量比為100:1～50。

進一步地，所述輔料為氧化鈦、氧化鋯或氧化鋁中的一種或多種的組合，且輔料的顆粒 粒徑為20～500nm。

進一步地，所述粗硅粉和輔料的重量比為100:1～30。

進一步地，步驟S1和S2所述分散的時間為0.5～2h，所述球磨的溫度為-50～60℃，球 磨時間為0.5～20h。

進一步地，步驟S3中所述干燥為在惰性氣氛下干燥或真空干燥，干燥的溫度為室溫～ 50℃。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明提供的一種超細納米硅的制備方法，是一種全新工藝體系， 本發(fā)明在制備超細納米硅粉時加入了輔料，更容易實現(xiàn)小粒度硅粉的制備，容易規(guī)模化生產(chǎn) 50nm以下的納米硅材料，并且工藝不會影響材料本身的性能和球磨珠的性能等優(yōu)點，可用作 涂料領域、鋰離子電池、鋰離子電容器、鋰硫電池、全固態(tài)電池及太陽能電池領域的關鍵材 料或關鍵材料的前驅(qū)體，本發(fā)明方法操作簡單、制備方便、成本低、適用于工業(yè)化大規(guī)模生 產(chǎn)。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。

實施例1：一種超細納米級硅粉的制備方法，它包括以下步驟：

S1.一次研磨：在球磨機中加入粗硅粉和溶劑，均勻分散后，將粗硅粉球磨至顆粒粒徑 為50nm，得一次研磨粉；所述溶劑為無水乙醇和甘油的組合，且體積比為1:2；所述溶劑和 粗硅粉的重量比為100:1；所述粗硅粉的粒度為1μm；