[發明專利]一種三級研磨制備納米硅的方法

在審

• 申請號: 202010012137.4
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111180719A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 胡亮;張少波;張志權;李曉馬;俞有康
• 申請（專利權）人: 馬鞍山科達普銳能源科技有限公司;安徽科達鉑銳能源科技有限公司;安徽科達新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;C01B33/02;B82Y40/00
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 魯延生

本發明屬于納米材料制備領域，具體公開了一種三級研磨制備納米硅的方法，包括：1)將高純硅粉、溶劑和分散劑加入到一級砂磨機的分散罐中，進行預分散；將分散好的混合溶液導入一級砂磨機中進行一級研磨，得到納米硅粒徑D50＜1000nm的硅漿液；2)將一級研磨完成后的漿料導入到二級砂磨機進行二級研磨，得到納米硅粒徑D50＜100nm的硅漿液；3)將二級研磨完成后的漿料導入到三級砂磨機中進行三級研磨，得到納米硅粒徑D50＜50nm的硅漿液，干燥獲得納米硅粉；本發明和現有技術相比，該方法制備工藝簡單，成本低廉，大幅提升了濕法研磨效率，降低納米硅粒徑，并保證硅漿液的均勻分散性和穩定性，適合產業化。

技術領域

本發明屬于納米材料制備領域，具體涉及一種三級研磨制備納米硅的方法。

背景技術

硅具有超高的理論比容量(4200mAh/g)和較低的脫鋰電位(0.5V)，但硅在充放電時高達300％的體積變化，會導致硅顆粒破碎，影響活性材料和集流體之間的連接，不利于電子傳輸；另一方面使得硅基材料與電解質之間形成的固體電解質界面膜膜逐漸增厚，造成鋰電池的循環性能急劇下降。甚至有研究表明，微米級硅粉的首次庫倫效率不到40％，而且循環性能很差，不到10周，可逆容量幾乎衰竭為零。為了降低硅顆粒的體積膨脹，最有效的方法就是將硅顆粒納米化，降低其絕對體積膨脹，但現階段通過濕法研磨制備的納米硅尺寸基本上在80～100nm左右，難以達到更小。

因此，開發一種工藝簡單，操作方便，適合大規模工業生產，且粒度D50＜50nm的納米硅制備方法顯得尤為重要，該技術的開發將極大的促進硅負極材料行業的發展。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術的不足，公開了一種三級研磨制備納米硅的方法，大幅提升了濕法研磨效率，降低了納米硅粒徑，所得納米硅粒徑D50＜50nm。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種三級研磨制備納米硅的方法，具體步驟為：1)將高純硅粉加入到一級砂磨機的分散罐中，加入適當溶劑調節固含量至20～40wt.％，再加入分散劑，其中分散劑與硅粉的質量比是(1～10)：100，進行預分散；將分散好的混合溶液導入一級砂磨機中進行一級研磨，砂磨機線速度為12～13m/s，球磨珠的直徑是1～10μm，研磨時間2～10h，得到納米硅粒徑D50＜1000nm的硅漿液；2)將一級研磨完成后的漿料導入到二級砂磨機進行二級研磨，砂磨機線速度14～15m/s，球磨珠的直徑是0.1～1μm，研磨時間10～30h，得到納米硅粒徑D50＜100nm的硅漿液；3)將二級研磨完成后的漿料導入到三級砂磨機中進行三級研磨，砂磨機線速度16～17m/s，球磨珠的直徑是0.05～0.1μm，研磨時間20～50h，得到納米硅粒徑D50＜50nm的硅漿液，霧化干燥獲得納米硅粉。

優選的，步驟1)所述分散劑與硅粉的質量比是(5～10)：100；

優選的，步驟1)加入適當溶劑調節固含量至20～30wt.％；

優選的，步驟1)球磨珠的直徑是5～10μm，研磨時間為5～10h；

優選的，步驟2)球磨珠的直徑是0.5～1μm，研磨時間為20～30h；

優選的，步驟3)球磨珠的直徑是0.05～0.08μm，研磨時間為30～40h；

優選的，所述高純硅粉為單晶硅或多晶硅的一種，其中值粒徑為10～100μm、純度≥99％。

優選的，所述溶劑為甲醇、甲苯、乙醇、氯化乙醇、丙醇、異丙醇、丙二醇、丁醇、丙酮或環已酮的一種或多種。

優選的，所述分散劑為焦磷酸鈉、多偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、丙烯酸鈉、十八酸鈉、聚丙烯酸鈉、亞甲基雙萘磺酸鈉、檸檬酸鉀、環烷酸鉛、亞甲基雙萘磺酸鈉、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物或古爾膠中的一種或多種。