一种制备高纯度硅颗粒的方法技术

本发明专利技术通过酸洗平均粒度小于40微米的原料硅颗粒，有效降低了原料硅中杂质的含量，获得了高纯度硅颗粒。该高纯度硅颗粒作为锂离子电池负极材料，表现出较好的循环能力和倍率能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于硅提纯领域，具体涉及。
技术介绍
硅元素（Si)在地表中的含量很高，其广泛分布于灰尘、沙子或泥土中，元素含量 位居世界第二。但是，硅元素的存在的形式主要是硅酸盐或者硅的氧化物，很难在自然界中 直接获得纯度较高的硅。 工业中大量使用的原料娃是娃铁（Ferrosilicon)。人们希望通过提纯原料娃获得 纯度尽可能高的单质硅，以用于光电转化或者电子设备。采用西门子法可以获得高纯度的 多晶硅，该方法通常包括将硅转化为挥发性液体（如三氯甲硅烷和四氯化硅）或气体硅烷 的步骤，然后通过蒸馏将上述化合物分离，再通过氧化还原反应或在高温下化学分解，将上 述化合物转化为高纯度硅。该方法在生产的过程中会消耗大量的能源，并且会产生很严重 的污染。此外，若要获得纳米结构的硅，还需要通过自顶向下的方法，如光刻，或自底向上的 方法，如化学气相沉积。这些都是复杂并且昂贵的方法。 酸腐蚀提纯硅的方法自1919年被人们使用，但使用该方法获得的硅纯度很有 限。YuZL等人在Removalofironandaluminumimpuritiesfrommetallurgical grade-siliconwithhydrometallurgicalroute(2007) -文中，讨论了用酸洗的方法去 除原料硅中含有的杂质。该文认为，最优的反应条件为：酸浓度6mol/L，温度为60°C，反应 大约4天，原料直径约50微米。采用，但该方法对于原料硅中Fe和A1的去除率仅为85% 和 75%。 现有技术仍需要更好的提纯硅的方法。
技术实现思路
专利技术人发现，采用本专利技术的方法，能够有效地降低原料硅中杂质的含量，获得硅含 量较高的硅颗粒。本专利技术一个目的是提供。本专利技术又一个目 的是提供一种低成本的制备硅颗粒的方法。本专利技术再一个目的是提供一种高效率的制备硅 颗粒的方法。本专利技术再一个目的是提供一种高产率的制备硅颗粒的方法。本专利技术再一个目 的是提供一种低污染的制备硅颗粒的方法。本专利技术再一个目的是提供一种可控性强的制备 硅颗粒的方法。本专利技术再一个目的是提供一种可规模化的制备硅颗粒的方法。 为实现上述一个或多个目的，在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术提供了 一种制 备高纯度硅颗粒的方法，该方法包括： a)获得原料硅颗粒，所述原料硅颗粒的平均粒度小于或等于40微米； c)酸洗所述原料娃颗粒。 在本专利技术的一个优选实施方案中，本专利技术提供了， 所述原料硅颗粒的平均粒度小于或等于20微米，再优选小于或等于10微米，再优选小于或 等于5微米，再优选小于或等于3微米，再优选小于或等于2微米、再优选小于或等于1微 米； 进一步优选小于或等于0. 8微米，再优选小于或等于0. 5微米，再优选小于或等 于0. 3微米，再优选小于或等于0. 2微米，再优选小于或等于0. 15微米，再优选小于或等于 0. 11微米，再优选小于或等于0. 05微米。 在本专利技术的一个实施方案中，提供了，该方法包 括：a)获得原料娃颗粒； b)将所述原料硅颗粒在真空或非氧化气氛下热处理，热处理温度为500°C以上， 热处理时间为30分钟以上； c)酸洗热处理后的原料硅颗粒。 在本专利技术的一个优选实施方案中，本专利技术提供了， 步骤a)所述原料娃颗粒的平均粒度小于或等于3_，优选小于或等于2_，再优选小于或等 于 1mm； 进一步优选小于或等于800微米，再优选小于或等于600微米，再优选小于或等于 400微米，小于或等于200微米，再优选小于或等于100微米； 进一步优选小于或等于80微米，再优选小于或等于60微米，再优选小于或等于40 微米，再优选小于或等于20微米，再优选小于或等于10微米，再优选小于或等于5微米，再 优选小于或等于3微米，再优选小于或等于2微米、再优选小于或等于1微米； 进一步优选小于或等于0. 8微米，再优选小于或等于0. 5微米，再优选小于或等 于0. 3微米，再优选小于或等于0. 2微米，再优选小于或等于0. 15微米，再优选小于或等于 0. 11微米，再优选小于或等于0. 05微米。 在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术提供了一种高纯度硅颗粒，其中，硅的重量含 量为98. 9 %以上，优选为99. 9 %以上，再优选为99. 92 %以上，再优选为99. 94%以上，再 优选为99. 96 %以上，再优选为99. 98 %以上，再优选为99. 99 %以上，再优选为99. 992 % 以上，再优选为99. 994%以上，再优选为99. 996%以上，再优选为99. 998%以上，再优选为 99. 999% 以上。 在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术提供了一种高纯度硅颗粒，其中，杂质的重量 含量为1.1%以下，优选为0.1%以下，再优选为0. 08%以下，再优选为0. 06%以下，再优选 为〇. 04以下，再优选为0. 02%以下，再优选为0. 01 %以下，再优选为0. 008%以下，再优选 为0. 006%以下，再优选为0. 004%以下，再优选为0. 002%以下，再优选为0. 001%以下。 在本专利技术的一个实施方案中，本专利技术提供了本专利技术所述的高纯度硅颗粒作为锂离 子电池负极材料的用途。 除非特别说明，本专利技术中含量指重量含量。 本专利技术中，硅颗粒的纯度是指硅颗粒中硅元素的重量含量。 本专利技术采用粒度分析仪分析样品颗粒获得其平均粒度。粒度分析仪可以是动态光 散射粒度仪、或激光衍射粒度分析仪，例如可以是Malvern公司的Mastersizer3000粒度 分析仪。 本专利技术的有益效果 本专利技术制备高纯度硅颗粒的方法具有以下一种或多种优点： (1)本专利技术方法可有效降低原料硅中杂质含量，将硅含量较低的原料硅，转化为硅 含量较高的纯化硅。 (2)本专利技术方法可有效除去原料硅中的多种杂质，包括Fe、Al、Ca、Mn、Mg、Ti、Cu、 B、P中的一种或多种。 (3)本专利技术方法效率高，尤其是本专利技术方法酸洗时间短。 (4)本专利技术方法能耗低。 (5)本专利技术方法污染低。 (6)本专利技术方法成本低。 (7)本专利技术方法步骤少，工艺简单，设备简单。 (8)本专利技术方法可控性强，可通过控制球磨、热处理或酸洗的参数，获得不同粒度、 不同硅含量的高纯度硅颗粒。 (9)本专利技术方法可规模化生产高纯度硅颗粒。 (10)本专利技术方法收率高；具体地，每1重量份的原料硅（硅含量约84重量％ )可 生产得到0. 6重量份的纯化硅（硅含量约99. 999重量％ )，收率高达71. 4%。【附图说明】 此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分。在附 图中： 图1为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的扫描电子显微镜（SEM)照片，其中a是原料硅 颗粒，b是纯化硅颗粒； 图2为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的粒度频率分布直方图； 图3为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的能量色散光谱图（EDS)，其中a是原料硅颗粒， b是纯化硅颗粒； 图4为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的透射电子显微镜（TEM)照片，其中a是原料硅 颗粒，b是纯化硅颗粒； 图5为原料硅颗粒的X射线荧光光谱（XRF)曲线； 图6为纯化硅颗粒的X射线荧光光谱（XRF)曲线； 图7为纯化硅颗粒的硅含量与原料硅颗粒的平均粒度的关系曲线； 图8为LIB-1至LIB-3的电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备高纯度硅颗粒的方法，该方法包括：a)获得原料硅颗粒，所述原料硅颗粒的平均粒度小于或等于40微米；c)酸洗所述原料硅颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱嘉，宗麟奇，崔屹，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32