[發明專利]一種制備硅粉的方法

在審

• 申請號: 202110389273.X
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113023731A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 王曉哲;韓昀釗
• 申請（專利權）人: 西安隆基材料科技有限公司
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021
• 代理公司: 北京唐頌永信知識產權代理有限公司 11755
• 代理人: 劉偉

本申請提供了一種制備硅粉的方法，包括如下步驟：對砂漿進行噴霧干燥；對噴霧干燥得到的產物進行氣流粉碎，從而制得硅粉；其中，按質量百分比記，所述金剛線切割廢液中固含量為3.5～45.0％；所述砂漿中硅粉顆粒的粒徑分布D90≤2.20μm。本申請制備硅粉的方法實現了金剛線切割廢液的回收利用，減少資源浪費，生產過程三廢排放量低，對環境友好，生產硅粉成本低，易于規模生產，且使用該方法生產得到的硅粉制備的電池充放電容量高、首次庫倫效率高。

技術領域

本發明涉及硅材料技術領域，更具體地說它涉及一種制備硅粉的方法。

背景技術

伴隨著經濟的高速發展，能源危機和環境問題日益加劇，鋰離子電池因其具有能量密度高、功率密度高、循環壽命長、無記憶效應、自放電率低、工作溫度范圍寬、安全可靠以及環境友好等優點，已經在便攜式消費電子、電動工具、醫療電子等領域獲得了廣泛應用；同時，在純電動汽車、混合動力汽車以及儲能等領域也顯示了良好的應用前景。

但是，近年來各個領域對電池能量密度的需求飛速提高，迫切需要開發出更高能量密度的鋰離子電池。目前，商業化的鋰離子電池主要是以石墨為負極材料，石墨的理論比容量為372mAh/g，而市場上的高端石墨材料已經可以達到360～365mAh/g，因此相應鋰離子電池能量密度的提升空間已相當有限。

在這種背景下，硅基負極材料因其較高的理論比容量(高溫4200mAh/g，室溫3580mAh/g)、低的脫鋰電位(＜0.5V)、環境友好、儲量豐富、成本較低等優勢而被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負極材料。但是，硅材料在脫嵌鋰過程中存在300％的體積膨脹，反復膨脹收縮會導致使負極材料粉化、脫落，并最終導致負極材料失去電接觸而使電池徹底失效。硅材料的納米化可以有效解決上述問題。

工業生產硅顆粒制備方法主要有球磨法、化學氣相沉積，球磨法是利用滾動的機械力將大塊的硅粉碎為硅納米顆粒，具有產量大、成本低、易于摻雜的優點，但球磨法在生產過程長，時間久，并且硅材料與研磨介質接觸，存在雜質較多、表面氧化程度高、粒徑分布范圍寬、粒徑較大、容易團聚等缺點。化學氣相沉積法通常是將硅烷或四氯化硅等氣相硅源熱解、縮合、沉積形成具有可控粒徑尺寸和較窄粒徑分布范圍的類球狀納米硅顆粒，但是CVD法氣相硅源較危險、產率較低，設備成本較高等限制其規模化。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種制備硅粉的方法，可以實現廢物的循環利用，減少資源浪費，生產硅粉成本低，易于規模生產，且其生產得到的硅粉制備的電池充放電容量高、首次庫倫效率高。

具體技術方案包括：

1、一種制備硅粉的方法，包括如下步驟：

對砂漿進行噴霧干燥；

對噴霧干燥得到的產物進行氣流粉碎，從而制得硅粉；

其中，按質量百分比記，所述砂漿中固含量為3.5～45.0％；

所述砂漿中硅粉顆粒的粒徑分布D90≤2.20μm。

2、根據項1所述的制備硅粉的方法，其特征在于，

所述噴霧干燥的進風溫度為200～230℃，具體可以為210℃、220℃，優選為200～210℃；出風溫度為80～110℃，具體可以為90℃、100℃，優選為85～90℃。

3、根據項1所述的制備硅粉的制備方法，所述氣流粉碎的氣流壓力為0.2～0.7MPa，具體可以為0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa，優選為0.2～0.4MPa；分級輪轉速2500～4500rpm，具體可以為3000rpm、3500rpm、4000rpm，優選為4000～4500rpm。

4、根據項1所述的制備硅粉的方法，按質量比計，所述硅粉中金屬離子雜質總含量小于等于500ppm。