用于研磨含硅固体的方法技术

本发明专利技术的目的是通过使用含有水蒸汽的研磨流体在喷射磨机中研磨含硅固体用于生产硅颗粒的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于研磨含硅固体的方法
本专利技术涉及通过喷射磨机研磨含硅固体的方法。
技术介绍
在许多应用中，例如，当硅颗粒用作锂离子电池的阳极中的活性材料时，存在对于具有微米范围内的粒径的硅颗粒的需要。生产这种颗粒的一种方法是通过粉碎较大的硅颗粒，例如通过研磨。因此，EP1754539描述了通过流化床喷射研磨机粉碎硅颗粒，其中氮气，氩气或净化空气能够用作研磨气流，以生产具有直径50至1000μm的硅颗粒。然而，对于锂离子电池需要平均粒径通常小于3μm的硅颗粒。为了生产平均粒径为例如0.02至10μm的细碎硅粉，经常会使用湿式研磨方法，例如，由EP3027690已知的。在湿式研磨方法中，将研磨的材料悬浮于研磨液体中。如醇的研磨液体可以与硅表面反应而释放氢气。在湿式研磨之后，需要干燥和由此的额外的步骤以能生产干燥粉末。缺点是研磨悬浮液的干燥会导致硅颗粒的聚结。随后的解聚结会使得甚至需要另一个步骤，特别是在锂离子电池的电极油墨中使用硅颗粒的情况下，其中重要的是均匀的颗粒尺寸分布。因此，本专利技术的一个目的是提供用于研磨含硅固体的方法，通过该方法可以尽可能地避免上述缺点，并且还可以获得具有小平均粒径的硅颗粒。出乎意料的是，该目的使用蒸汽作为研磨流体通过喷射磨机研磨含硅固体实现。使用蒸汽作为研磨流体的喷射磨机由例如DE19824062或US7866582本身是已知的。在这些文献中，提到二氧化硅而不是硅作为被研磨材料。迄今为止，蒸汽尚未被考虑作为用于喷射磨机中研磨含硅固体的研磨流体。这是因为硅会与水在放热反应中反应而硅被氧化并生成氢气。由于在含硅固体的研磨期间不断形成具有与水高度反应性的开放化学键的新鲜的活性硅表面的事实，担心的是在蒸汽存在下研磨含硅固体期间氧化会非常剧烈地进行至使得以这种方式产生的颗粒被完全氧化或至少氧化到相当大的程度，并因此不再适用于硅颗粒的期望的应用。另外，出于安全原因，在研磨期间相应的氢气形成是非常成问题的。出乎意料的是，在本专利技术的方法中，这些问题不会发生，或至少不会以妨碍的方式发生。相反，如在EP1754539或EP3027690中，用于研磨含硅固体的常规方法在显著更温和的条件下，例如在保护气氛如氮气或氩气下，或在空气中，或在较低反应性的溶剂如醇中进行。在这种研磨条件下或在正常条件下研磨的硅颗粒的后续储存期间，已知在硅颗粒上会形成作为钝化保护层的氧化物薄层。出乎意料的是，根据本专利技术生产的硅颗粒具有与通过上述常规方法生产并随后在正常条件下储存于空气中的硅颗粒相同的性质，几乎相同的性质或等同的性质。这优选也适用于相当尺寸的硅颗粒的氧含量。有利的是，具有细的平均粒径的硅颗粒也可以变得以有效的方式获得，如迄今为止仅通过本专利技术的方法使用湿式研磨方法可以获得的，而能够避免湿式研磨方法的缺点，例如额外的干燥或解聚结步骤，而使本专利技术的方法在相比之下具有特别的高效。
技术实现思路
本专利技术提供了通过使用含有蒸汽的研磨流体在喷射磨机中研磨含硅固体而生产硅颗粒的方法。可以使用常规的喷射磨机。喷射磨机通常包括具有研磨流体的入口的研磨室和可选的一个或多个另外的设备如分级器。优选的喷射磨机是对流喷射磨机(opposed-jetmill)或螺旋喷射磨机。特别优选的是密相床喷射磨机(dense-bedjetmill)，螺旋喷射磨机，并且特别是流化床对流喷射磨机。流化床对流喷射磨机优选在研磨室的下三分之一处包含两个或更多个研磨流体的入口，优选为喷嘴的形式，其优选位于水平面内。研磨喷射入口特别优选以使得研磨射流全部在研磨室的内部中的某一点处相遇的方式围绕优选圆形研磨室圆周排布。研磨射流入口特别优选均匀地分布于研磨室的圆周周围。在三个研磨射流入口的情况下，间距优选在每种情况下为120°。喷射磨机也可以配备一个或多个分级机。通过分级器可以限制过大尺寸的颗粒。分级机可以作为喷射磨机下游的独立单元安装。分级器优选集成到喷射磨机中，通常在空间上位于研磨室下游。研磨的硅颗粒可以随着研磨流体的气体流从研磨室排出并进料到分级器中。在分级器中，硅颗粒通常根据其粒径分离。具有期望的粒径的硅颗粒可以通过分级器从喷射磨机排出并分离。太粗的硅颗粒可以再循环到研磨室中并进行重新研磨。特别优选的是动态分级器，例如，动态空气分级器，特别是动态涡轮分级器。动态空气分级器包括，例如分级器轮，分级器轮轴和分级器壳体，其中在分级器轮和分级器壳体之间形成分级器间隙，并且在分级器轮轴和分级器壳体之间形成轴通道。分级器间隙和/或杆轴通道优选用气体吹扫，特别是用惰性气体如氮气或氩气吹扫，或用蒸汽吹扫，特别是用过热蒸汽吹扫。气体的温度优选高到使蒸汽在喷射磨机中不会冷凝。优选的是具有集成的分级器的流化床对流喷射磨机。喷射磨机可以以常规方式由通常用于此目的的材料构造。喷射磨机或喷射磨机的部件，特别是研磨空间，优选由硅或耐磨陶瓷，例如氧化锆、氮化硅或碳化硅制成，或以其为衬里。分级轮是喷射磨机的组件，其会经受最大的磨损。分级轮优选涂覆有金刚石或由陶瓷制成，特别是由含硅陶瓷如氮化硅或碳化硅制成。这种陶瓷特别耐磨。这些措施适合于避免或至少减少由于与喷射磨机壁接触而被外来物质研磨的材料的污染。术语蒸汽通常是指处于物质气态的水。蒸汽主要含有水。例如，蒸汽可以通过蒸发或汽化水而获得。根据本专利技术的研磨流体优选以按体积计≥20％的比例含有蒸汽，特别优选按体积计≥50％，最优选按体积计≥90％。研磨流体含有冷凝水或水滴，其以优选按体积计<5％的比例冷凝，特别优选按体积计<1％，最优选按体积计<0.1％。研磨流体中以优选按体积计≤10％的比例存在氧气，特别优选按体积计≤5％，最优选按体积计≤1％。研磨流体中优选以按体积计≤80％的比例存在氮气，稀有气体或其它惰性气体，特别优选按体积计≤50％，最优选按体积计≤10％。有机溶剂以优选按体积计≤20％，特别优选按体积计≤5％的比例存在于研磨流体中，而最优选完全不存在。研磨流体可以含有其它杂质，例如碱性杂质如氨或无机盐，如碱金属或碱土金属卤化物，硫酸盐或硝酸盐。研磨流体中优选以按体积计≤10％的比例存在其它杂质，特别优选按体积计≤5％，而最优选按体积计≤1％。以按体积计％的数字在每种情况下基于研磨流体的总体积。上述组分以及不同组分的以按体积计％的数字在每种情况下彼此独立地并且也会组合地公开。为了清楚起见，可以提及的是，在100％相对大气湿度的热带条件下的任何空气含水量已知可以为按体积计3％。因此，空气仅含有微量的水。空气不是根据本专利技术的研磨流体。蒸汽中含有的研磨流体的温度在各自的压力下，优选高于水的露点≥2℃，特别优选高于水的露点≥5℃。露点是水的冷凝和蒸发处于平衡的温度。换句话说，露点是低于恒定压力下主导的温度必须下降而使水由蒸汽冷凝的温度。在露点下，空气的相对湿度为100％。露点使用露点湿度计按照已确立的方法测定。优选的是过热蒸汽。在过热蒸汽中，水通常以气体物态存在。在过热蒸汽中，各个水分子通常是分离的，即并未冷凝。气体物态下的水通常不含任何已冷凝的水滴。已冷凝的可见的水滴具有例如大于400nm的平均直径。只要过热蒸汽保持在其过热状态，即使与环境空气或其他气体接触，也不会发生冷凝，即不形成水滴。热蒸汽是通过例如将水加热至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过使用含有蒸汽的研磨流体在喷射磨机中研磨含硅固体用于生产硅颗粒的方法。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过使用含有蒸汽的研磨流体在喷射磨机中研磨含硅固体用于生产硅颗粒的方法。2.根据权利要求1所述的用于生产硅颗粒的方法，其特征在于，所述研磨流体具有160至800℃的温度。3.根据权利要求1或2所述的用于生产硅颗粒的方法，其特征在于，所述研磨流体具有5至220巴的压力。4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于生产硅颗粒的方法，其特征在于，基于所述研磨流体的总体积，所述研磨流体含有按体积计≥50％的蒸汽。5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于生产硅颗粒的方法，其特征在于，基于所述研磨流体的总体积，所述研磨流体含有按体积计≤50％的氮气、稀有气体和其它惰性气体。6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于生产硅颗粒的方法，其特征在于，引入研磨室的所述研磨流体具有>343m/s的声速。7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于生产硅颗粒的方法，其特征在于，所述蒸汽的温度高于水的露点≥2℃。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃克哈德·哈内尔特，米夏埃尔·弗里克，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE