[發(fā)明專(zhuān)利]一種無(wú)定形硅材料及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010322686.1
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113526508A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱才鎮(zhèn);韓沛;孫瑋成;羅遠(yuǎn)益;從廣濤;徐堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B33/021
• 分類(lèi)號(hào): C01B33/021;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環(huán)專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強(qiáng);王勤

本發(fā)明提供了一種無(wú)定形硅材料的制備方法，包括：將活潑金屬和鹵硅烷置于有機(jī)溶劑中，在保護(hù)氣體的存在下于室溫下進(jìn)行球磨；球磨結(jié)束后，將所得反應(yīng)液經(jīng)洗滌、干燥后，得到無(wú)定形硅材料粗品；在保護(hù)氣體存在下將所得無(wú)定形硅材料粗品進(jìn)行燒結(jié)純化，得到無(wú)定形硅材料。該方法操作簡(jiǎn)單、條件溫和、反應(yīng)溫度較低，通過(guò)球磨下的直接液相反應(yīng)即可制得形貌均一、粒徑較小的無(wú)定形硅，且易實(shí)現(xiàn)其低成本產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明還提供了無(wú)定形硅材料及其在能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)納米材料領(lǐng)域，特別是涉及一種無(wú)定形硅材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

無(wú)定形硅，又稱(chēng)非晶硅，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料、太陽(yáng)能電池和儲(chǔ)氫材料等。目前，無(wú)定形硅的常用制備方法有，將硅烷直接分解的熱分解法，將四氯化硅或硅有機(jī)物熔于苯的電解法等，但這些方法的缺點(diǎn)是操作不便，制備溫度較高、制備耗時(shí)長(zhǎng)，且難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的宏量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種無(wú)定形硅材料及其制備方法，該制備方法可在室溫下就能便捷高效地實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的宏量制備，且所得無(wú)定形硅材料的結(jié)構(gòu)較均一、尺寸較小、致密性高，更適于應(yīng)用到能源領(lǐng)域，特別是鋰離子電池領(lǐng)域。

第一方面，本發(fā)明提供了一種無(wú)定形硅材料的制備方法，包括以下步驟：

將活潑金屬和鹵硅烷置于有機(jī)溶劑中，在保護(hù)氣體的存在下，于室溫下進(jìn)行球磨，其中，所述球磨的轉(zhuǎn)速為50-1200轉(zhuǎn)/分，所述球磨的時(shí)間為0.5-6h；

球磨結(jié)束后，將所得反應(yīng)物經(jīng)洗滌、干燥后，得到無(wú)定形硅材料粗品；

在保護(hù)氣體存在下，將所得無(wú)定形硅材料粗品進(jìn)行燒結(jié)純化，得到無(wú)定形硅材料。

可選地，所述保護(hù)氣體包括氬氣、氮?dú)夂秃庵械闹辽僖环N。

本發(fā)明中，所述球磨的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在合適范圍，若球磨的轉(zhuǎn)速太低，則會(huì)導(dǎo)致研磨不充分，得到的產(chǎn)物發(fā)生團(tuán)聚。可選地，所述球磨是采用球磨機(jī)或砂磨機(jī)進(jìn)行。所述球磨一來(lái)可使所述活潑金屬與鹵硅烷的反應(yīng)在室溫下就可進(jìn)行，而無(wú)需加熱，簡(jiǎn)化了反應(yīng)設(shè)備；二來(lái)可使所述活潑金屬溶劑化、納米化，增加其與鹵硅烷的反應(yīng)接觸面積，使物料的混合更均勻，加快了反應(yīng)速率，縮短生產(chǎn)時(shí)間，且可防止形成粒徑太大的無(wú)定形硅材料，使其結(jié)構(gòu)更均一。

優(yōu)選地，所述球磨的轉(zhuǎn)速為50-600轉(zhuǎn)/分。進(jìn)一步優(yōu)選為100-600轉(zhuǎn)/分。

所述球磨的時(shí)間若過(guò)短，則無(wú)定形硅的產(chǎn)量較低，所述球磨的時(shí)間若過(guò)長(zhǎng)，則增加了無(wú)定形硅被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。所述球磨的時(shí)間可以為1h、2h、3h、4h、5h、6h。優(yōu)選地，所述球磨的時(shí)間為1-4h。

可選地，所述活潑金屬包括鋰、鈉、鎂、鋅、鋁中的至少一種。

可選地，所述鹵硅烷包括四氯化硅、三氯氫硅和三甲基氯硅烷中的至少一種，但不限于此。

進(jìn)一步地，所述活潑金屬與所述鹵硅烷的摩爾比為(1-5)：1。

可選地，所述有機(jī)溶劑包括四氯化碳、二硫化碳、苯、甲苯、己烷、氯仿、四氫呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷、乙二醇二甲醚、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮(DMI)、六甲基磷酰三胺(HMPA)中的至少一種，但不限于此。

優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃或乙二醇二甲醚。

可選地，所述洗滌采用酸、醇、水中的一種或多種。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，所述洗滌依次包括酸洗和水洗。其中，所述酸洗所用的酸可以為稀鹽酸、磷酸、乙酸、稀硝酸、稀硫酸中的至少一種。所述酸洗盡量不使球磨后的產(chǎn)物產(chǎn)生多孔。

所述燒結(jié)既可清除掉無(wú)定形硅粗品中的部分有機(jī)物，還可使其性能更穩(wěn)定。可選地，所述燒結(jié)時(shí)的燒結(jié)溫度為100-1500℃。優(yōu)選為300-1000℃。