一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法技术

一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，包括如下步骤：（1）首先将硅粉原料依次采用丙酮和水溶液中进行清洗；（2）接着对硅粉氧化并去除氧化层；（3）最后对上述制备的硅粉进行抽滤、烘干。本发明专利技术无需昂贵的真空或高温设备；制备工艺简单，所需反应溶液的成本低廉；可精确控制纳米硅的尺寸，适于大规模产业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新能源纳米材料制备

技术介绍
锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环性能好、环境友好以及结构多样化等优异特性已得到广泛应用。在锂离子动力电池的发展需求方面，要求负极材料具有高容量、快速率充放电等特点。现有的石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，其中商业化石墨负极产品已达350mAh/g左右，基本已无提升空间。硅作为锂离子电池负极材料的理论容量可达4200mAh/g左右，且硅在地壳中的含量丰富，仅次于氧，因此成为研究热点。但是，硅材料在实际应用中会产生巨大的体积膨胀（300%），在材料内部产生较大的内应力，造成电极材料粉碎从而导致电池循环性能严重衰退。现有研究发现，将硅材料尺寸减小到纳米级别可有效解决该问题，其原理是通过减小硅材料尺寸来缩短充放电过程中离子的扩散路程从而起到缓减体积膨胀的左右。制备纳米硅粉的方法有很多，包括硅烷热解法（美国专利US4661335(A)和中国专利200480034099.1）、阳极氧化法（中国专利03134724.）、高纯硅高温分离法（专利申请号98813207.9），但这些制备方法均存在很多问题，例如制备成本较高（硅烷热解法和高纯硅高温分离法）或生产效率较低（阳极氧化法）。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，该方法工艺简单且可低成本、大规模生产，可以有效克服现有纳米硅制备技术中的高成本、低产量等问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，其特征是包括如下步骤。（1）首先将硅粉原料依次采用丙酮和水溶液中进行清洗。（2）接着对硅粉氧化并去除氧化层以减小硅粉尺寸，实现这一目的可有两种处理方法：a.一步法，即将硅粉置于氧化性溶液和氢氟酸的混合溶液中进行处理，使硅粉氧化和去氧化步骤在一个容器中同步进行。b.两步法，即将清洗后的硅粉置于氧化性溶液中进行氧化处理，使其表层形成氧化层，然后将氧化后的硅粉置于氢氟酸溶液中以去除表层氧化层。可多次重复上述氧化和去氧化步骤。（3）最后对上述制备的硅粉进行抽滤、烘干即可。本专利技术步骤（1）中所述硅粉原料形状可为颗粒状、片状。本专利技术步骤（2）中所述氧化试剂可为水、过氧化氢、臭氧、硝酸溶液中的一种或四者中任意两者的混合溶液或四者中任意三者的混合溶液或四者的混合溶液，溶液中试剂比例可任意调节。本专利技术步骤（2）一步法中所述的处理温度为1-100℃，处理时间为1-600min。本专利技术步骤（2）两步法中所述硅粉氧化和去除氧化层的处理温度均为1-100℃，处理时间均为1-600min，可以重复多次，以使硅粉充分氧化从而被细化。本专利技术相对于现有纳米硅制备方法（硅烷热解法、阳极氧化法、高纯硅高温分离法），其具有以下优点。（1）该方法无需昂贵的真空或高温设备。（2）该方法制备工艺简单，所需反应溶液的成本低廉。（3）该方法可精确控制纳米硅的尺寸。（4）适于大规模产业化生产。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，但不应以此限制本专利技术的保护范围。实施例1。本实施例所述一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，具体包括以下步骤。（1）首先将尺寸为2μm的硅粉依次采用丙酮和水溶液中进行清洗。（2）然后将清洗后的硅粉置于超纯水和氢氟酸的混合溶液中进行湿法氧化腐蚀处理，溶液温度为95℃，处理时间为60min。（3）最后对上述制备的硅颗粒进行抽滤、烘干即可。采用本方法可获得尺寸为700nm左右的纳米硅颗粒。实施例2。本实施例所述一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，具体包括以下步骤。（1）首先将尺寸为2μm的硅粉依次采用丙酮和水溶液中进行清洗。（2）然后将清洗后的硅粉置于过氧化氢、氢氟酸、超纯水的混合溶液中进行湿法氧化腐蚀处理，三种溶液体积比为1:1:1，溶液温度为100℃，处理时间为120min。（3）最后对上述制备的硅颗粒进行抽滤、烘干即可。采用本方法可获得尺寸为200nm左右的纳米硅颗粒。实施例3。本实施例所述一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，具体包括以下步骤。（1）首先将尺寸为2μm的硅粉依次采用丙酮和水溶液中进行清洗。（2）然后将清洗后的硅粉置于硝酸、氢氟酸、超纯水的混合溶液中进行湿法氧化腐蚀处理，三种溶液体积比为1:1:1，溶液温度为25℃，处理时间为60min。（3）最后对上述制备的硅颗粒进行抽滤、烘干即可。采用本方法可获得尺寸为500nm左右的纳米硅颗粒。实施例4。本实施例所述一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，具体包括以下步骤。（1）首先将尺寸为2μm的硅粉依次采用丙酮和水溶液中进行清洗。（2）将清洗后的硅粉置于超纯水、过氧化氢、硝酸和氢氟酸的混合溶液中进行湿法氧化处理，四种溶液体积比为1:1:1:1，溶液温度为25℃，处理时间为60min。（3）最后对上述制备的硅颗粒进行抽滤、烘干即可。采用本方法可获得尺寸为500nm左右的纳米硅颗粒。实施例5。本实施例所述一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，具体包括以下步骤。（1）首先将尺寸为2μm的硅粉依次采用丙酮和水溶液中进行清洗。（2）将清洗后的硅粉置于体积比为1:1的超纯水和双氧水的混合溶液中进行氧化处理60min，处理温度为90℃；接着采用氢氟酸对氧化后的硅粉进行去氧化层处理。（3）最后对上述制备的硅颗粒进行抽滤、烘干即可。采用本方法可获得尺寸为600nm左右的纳米硅颗粒。实施例6。本实施例所述一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，具体包括以下步骤。（1）首先将尺寸为2μm的硅粉依次采用丙酮和水溶液中进行清洗。（2）将清洗后的硅粉置于体积比为1:1的超纯水和双氧水的混合溶液中进行氧化处理10min，处理温度为90℃；接着采用氢氟酸对氧化后的硅粉进行去氧化层处理。重复上述氧化和去氧化层步骤10次。（3）最后对上述制备的硅颗粒进行抽滤、烘干即可。采用本方法可获得尺寸为400nm左右的纳米硅颗粒。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，其特征是包括如下步骤：（1）首先将硅粉原料依次采用丙酮和水溶液中进行清洗；（2）接着对硅粉氧化并去除氧化层；（3）最后对上述制备的硅粉进行抽滤、烘干。

【技术特征摘要】
1.一种湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，其特征是包括如下步骤：（1）首先将硅粉原料依次采用丙酮和水溶液中进行清洗；（2）接着对硅粉氧化并去除氧化层；（3）最后对上述制备的硅粉进行抽滤、烘干。2.根据权利要求1所述的湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，其特征是步骤（2）中所述的对硅粉氧化并去除氧化层是将硅粉置于氧化性溶液和氢氟酸的混合溶液中进行处理，使硅粉氧化和去氧化层步骤在一个容器中同步进行。3.根据权利要求1所述的湿法氧化腐蚀制备纳米硅粉的方法，其特征是步骤（2）中所述的对硅粉氧化并去除氧化层是将清洗后的硅粉置于氧化性溶液中进行氧化处理，使其表层形成氧化层，然后将氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳之浩，周浪，黄海宾，汤昊，尹传强，高超，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36