硅材料的制造方法技术

技术编号:18583585 阅读:117 留言:0更新日期:2018-08-01 16:01
一种硅材料的制造方法,其特征在于,包括:将CaSi2粉末在400~1000℃的范围内进行加热的工序;使经过上述工序后的CaSi2粉末与酸发生反应而形成层状硅化合物的工序;将上述层状硅化合物以300℃以上进行加热的工序。

The manufacturing method of silicon material

A method for making silicon materials is characterized in that the process of heating the CaSi2 powder in the range of 400~1000 degrees centigrade; the process of forming a layered silicon compound through the reaction of the CaSi2 powder after the above process to react with the acid; the process of heating the layered silicon compound above 300 centigrade.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅材料的制造方法
本专利技术涉及硅材料的制造方法。
技术介绍
已知硅材料被用作半导体、太阳能电池、二次电池等的构成要素,并且,近年来关于硅材料的研究正在积极进行。例如,非专利文献1记载了使CaSi2与酸发生反应而合成层状聚硅烷。专利文献1记载了使CaSi2与酸发生反应而合成层状聚硅烷,并记载了具备该层状聚硅烷作为活性物质的锂离子二次电池表现出良好的容量。专利文献2记载了:使CaSi2与酸发生反应而合成以除去Ca后的层状聚硅烷为主要成分的层状硅化合物,将该层状硅化合物以300℃以上进行加热而制造使氢脱离后的硅材料;以及具备该硅材料作为活性物质的锂离子二次电池表现出良好的容量维持率。专利文献3记载了:使CaSi2与酸发生反应而合成以除去了Ca后的层状聚硅烷为主要成分的层状硅化合物;将该层状硅化合物加热而制造使氢脱离后的硅材料(纳米硅凝聚粒子);将该硅材料以碳层覆盖而作为负极活性物质;以及具备该负极活性物质的锂离子二次电池表现出良好的电池特性。现有技术文献专利文献专利文献1:特开2011-090806号公报专利文献2:国际公开第2014/080608号专利文献3:特开2015-179593号公报非专利文献非专利文献1:PHYSICALREVIEWB,Volume48,1993,p.8172-p.8189
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而,对锂离子二次电池等蓄电装置的性能的要求在增加,特别是迫切希望提供能成为更优异的活性物质的新材料及其制造方法。本专利技术是鉴于这种情况而完成的,其目的在于提供一种能成为活性物质的硅材料的新制造方法。用于解决问题的方案为了提高收获率,专利文献1~3、非专利文献1记载的CaSi2通常使用粉末状的CaSi2。在此,粉末状的CaSi2通常按以下顺序制造。首先,将Ca和Si加热而使之成为液体状态的熔融金属。接下来,使熔融金属冷却,得到块状的CaSi2。然后,用粉碎机将块状的CaSi2粉碎,得到粉末状的CaSi2。本专利技术的专利技术人推测上述的粉碎可能对CaSi2造成了某些损伤。并且,本专利技术的专利技术人对实际粉碎后的CaSi2粉末进行了分析,发现在CaSi2的同一晶粒内产生了取向差,即产生了畸变。本专利技术的专利技术人进行了进一步研究,结果发现上述畸变可以通过将CaSi2粉末以特定的温度加热而减少。并且,本专利技术的专利技术人发现,使用减少了畸变的CaSi2粉末经由层状硅化合物而制造出的硅材料会作为活性物质良好地发挥功能。本专利技术的专利技术人基于这些发现而完成了本专利技术。即,本专利技术的硅材料的制造方法的特征在于,包括:将CaSi2粉末在400~1000℃的范围内进行加热的工序;使经过上述工序后的CaSi2粉末与酸发生反应而形成层状硅化合物的工序;将上述层状硅化合物以300℃以上进行加热的工序。专利技术效果根据本专利技术的硅材料的制造方法,能提供能成为良好的活性物质的硅材料。附图说明图1是关于实施例1的CaSi2粉末,将在各测定点和与其相邻的全部点之间算出的局部取向差的平均值设为X轴,将频度设为Y轴的度数分布。图2是关于实施例2的CaSi2粉末,将在各测定点和与其相邻的全部点之间算出的局部取向差的平均值设为X轴,将频度设为Y轴的度数分布。图3是关于实施例3的CaSi2粉末,将在各测定点和与其相邻的全部点之间算出的局部取向差的平均值设为X轴,将频度设为Y轴的度数分布。图4是关于比较例1的CaSi2粉末,将在各测定点和与其相邻的全部点之间算出的局部取向差的平均值设为X轴,将频度设为Y轴的度数分布。图5是关于比较例2的CaSi2粉末,将在各测定点和与其相邻的全部点之间算出的局部取向差的平均值设为X轴,将频度设为Y轴的度数分布。图6是实施例2的CaSi2粉末的X射线衍射图。图7是比较例1的CaSi2粉末的原料的粗CaSi2的X射线衍射图。具体实施方式以下,对本专利技术的最佳实施方式进行说明。此外,只要没有特别指明,则本说明书中记载的数值范围“x~y”将下限x和上限y包含于其范围内。并且,能通过将包括这些上限值和下限值以及实施例中列举的数值在内的数值任意组合而构成数值范围。而且,能将从数值范围内任意选择的数值作为上限、下限的数值。本专利技术的硅材料的制造方法的特征在于,包括:将CaSi2粉末在400~1000℃的范围内进行加热的工序;使经过上述工序后的CaSi2粉末与酸发生反应而形成层状硅化合物的工序;将上述层状硅化合物以300℃以上进行加热的工序。以下,有时将通过本专利技术的硅材料的制造方法制造的硅材料称为“本专利技术的硅材料”,另外,有时将经过在400~1000℃的范围内进行加热的工序后的CaSi2粉末称为“本专利技术的CaSi2粉末”。首先,对将CaSi2粉末在400~1000℃的范围内进行加热的工序(以下,有时称为“CaSi2粉末加热工序”。)进行说明。在此使用的CaSi2粉末是通过将块状的CaSi2用粉碎机粉碎等制造方法得到的,在结晶中具有畸变。CaSi2粉末可以采用市面出售的产品,也可以采用通过公知的方法制造的产品。对块状的CaSi2进行粉碎的粉碎机使用一般的粉碎机即可。例如,可以使用针磨机、锤磨机、球磨机、盘磨机、辊磨机、颚式粉碎机,而且也可以同时采用喷磨机。CaSi2粉末的形状没有特别限定。在用一般的激光衍射式粒度分布测定装置测定的情况下,CaSi2粉末的粒度分布能举例示出平均粒径(D50)为0.1~10000μm的范围内、1~1000μm的范围内、5~500μm的范围内、1~30μm的范围内、1~10μm的范围内。优选CaSi2粉末的粒度分布表现出尖锐的分布状态。另外,能使用通过了筛眼为5000μm、1000μm、500μm、250μm等的筛子的CaSi2粉末。CaSi2粉末的粒径会影响硅材料的粒径,因此,例如在采用平均粒径为1~10μm的范围内的CaSi2粉末的情况下,可能不需要对硅材料的粉碎工序。在不脱离本专利技术的主旨的范围内,CaSi2中也可以含有杂质。所设想的杂质能举例示出原料中含有的元素、来自制造工序的元素、结晶的尺寸比较大的结晶性硅、Ca14Si19等。也可以追加对块状的CaSi2或者CaSi2粉末除去或减少杂质的工序。例如,能将在含有结晶性硅的CaSi2中添加了Ca的混合物进行加热而使之成为熔融金属,在熔融金属中使结晶性硅与Ca发生反应而合成CaSi2,然后使该熔融金属冷却,由此制造减少了结晶性硅的量的CaSi2。在CaSi2粉末加热工序中,CaSi2粉末的加热温度为400~1000℃的范围内。当加热温度过低时,有时畸变的减少会不充分。另外,由于CaSi2的熔点为1020℃附近,因此当加热温度超过1020℃时,CaSi2粉末会成为液体状态,因此不妥当。优选加热温度为450~950℃的范围内,更优选为500~900℃的范围内,进一步优选为700~900℃的范围内。加热装置使用一般的加热炉即可。加热时间根据加热温度和CaSi2的畸变的减少程度而适当决定即可。加热时间能举例示出1~20小时、2~15小时。优选加热在惰性气体气氛下进行。惰性气体能举例示出氦气、氩气等稀有气体。与粉碎后的CaSi2粉末相比,本专利技术的CaSi2粉末减少了CaSi2结晶的畸变。为了确认该畸变,对于用扫描式电子显微镜(以下简称为SEM。)观察CaSi2粉末而得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅材料的制造方法,其特征在于,包括:将CaSi2粉末在400~1000℃的范围内进行加热的工序;使经过上述工序后的CaSi2粉末与酸发生反应而形成层状硅化合物的工序;将上述层状硅化合物以300℃以上进行加热的工序。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.29 JP 2015-2127471.一种硅材料的制造方法,其特征在于,包括:将CaSi2粉末在400~1000℃的范围内进行加热的工序;使经过上述工序后的CaSi2粉末与酸发生反应而形成层状硅化合物的工序;将上述层状硅化合物以300℃以上进行加热的工序。2.根据权利要求1所述的硅材料的制造方法,其特征在于,上述CaSi2粉末是通...

【专利技术属性】
技术研发人员:原田正则毛利敬史合田信弘山口泰弘
申请(专利权)人:株式会社丰田自动织机
类型:发明
国别省市:日本,JP

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