[發明專利]一種制備高純納米硅的方法

有效

• 申請號: 201910917286.2
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110697719B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 李能;皮濤;王志勇;黃越華;邵浩明;陳松;彭楊城;李鈺;余夢澤
• 申請（專利權）人: 湖南中科星城石墨有限公司
• 主分類號: C01B33/023
• 分類號: C01B33/023;H01M4/38;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 匡治兵

本發明涉及一種制備高純納米硅的方法，包括以下步驟：將有機硅進行溶膠凝膠法制備納米二氧化硅，通過金屬氫化物將納米二氧化硅還原成納米一氧化硅，通過一氧化硅在高溫下歧化反應生成納米硅和納米二氧化硅，通過氫氟酸處理去除多余納米二氧化硅。本發明工藝簡單，成本低，所得納米硅純度高，納米硅尺寸小。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池電極材料的制備方法，特別涉及一種制備高純納米硅的方法。

背景技術

納米硅粉是一種廣泛應用于微電子、電極材料及太陽能電池等領域的半導體材料，具有表面積大，高表面活性，松裝密度低等性能優勢。目前，用于制備納米硅粉的常見方法有機械球磨法、等離子蒸發冷凝法和化學氣相沉積法。其中，機械球磨法較為簡單、成本低，但存在產品純度低，晶體缺陷多，耗時長，顆粒分布不均勻等缺點。等離子蒸發冷凝法原料價格低，無需后處理，但是產品的質量受到原料品質的影響大，且難以保證產率和產品純度。化學氣相沉積法的反應機理不夠明確，反應安全性有待解決，且所得產品形狀大多無定型。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種新的制備高純納米硅的方法。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種制備高純納米硅的方法，包括以下步驟：

S1、將正硅酸乙酯、醇類、去離子水進行混合，混合均勻后加入催化劑，催化反應完成后，用乙醇超聲洗滌，然后用烘箱烘干，得到納米二氧化硅；

S2、將步驟S1得到的產物與金屬氫化物混合，放入反應爐中，在保護氣氛下進行還原反應，SiO₂+MH_X→SiO+ H₂O+M_XO₂，生成納米一氧化硅和金屬氧化物，一氧化硅在高溫下發生歧化反應：SiO→Si+ SiO₂；

S3、反應冷卻后，用氫氟酸洗掉步驟S2中殘余的納米二氧化硅和金屬氧化物，SiO₂+4HF→2H₂O+SiF₄↑，然后用超純水進行清洗過濾，至濾液pH值呈中性，最后真空烘干得到納米硅。

優選的，一種制備高純納米硅的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在燒杯中取一定量正硅酸乙酯與醇類及去離子水進行混合，所述正硅酸乙酯、醇類、去離子水的質量比為1 : 2 :（2-4），放入水浴鍋中進行水浴攪拌，水浴溫度為40-70℃，攪拌時間為1-4h，分散均勻后加入一定量催化劑，所述催化劑與正硅酸乙酯的質量比為（0.5-1）：1，繼續攪拌2-5h，最后用乙醇超聲洗滌，用烘箱烘干，得到納米二氧化硅；

S2、將步驟S1得到的產物與金屬氫化物混合，放入帶有保護氣氛的反應爐中，升溫到300℃保溫2h，繼續升溫至1000-1300℃，反應時間為2-6h，生成納米硅和納米二氧化硅；

S3、反應冷卻后，用氫氟酸洗掉步驟S2中殘余的納米二氧化硅和金屬氧化物，然后用超純水進行清洗過濾，至濾液pH值呈中性，最后真空烘干得到納米硅。

進一步的，所述步驟S1中的催化劑為草酸、硝酸、氨水中的一種。

進一步的，所述步驟S1中醇類為乙醇、異丙醇、丙醇中的一種。

進一步的，所述步驟S2中，將步驟S1得到的產物與金屬氫化物混合，放入反應爐中，在保護氣氛下300℃-500℃保溫2h，繼續升溫至1000-1300℃，反應時間為2-6h，升溫速度為2℃/min-10℃/min，生成納米硅。

進一步的，所述步驟S2中的反應爐為箱式爐、滾筒爐、推板窯、輥道窯中的一種，所述保護氣氛為氬氣、氦氣或其混合氣體。