一种超细纳米级硅粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超细纳米级硅粉的制备方法，它包括以下步骤：S1.一次研磨；S2.二次研磨；S3.干燥；S4.打散。本发明专利技术提供的一种超细纳米硅的制备方法，是一种全新工艺体系，本发明专利技术在制备超细纳米硅粉时加入了辅料，更容易实现小粒度硅粉的制备，容易规模化生产50nm以下的纳米硅材料，并且工艺不会影响材料本身的性能和球磨珠的性能等优点，可用作涂料领域、锂离子电池、锂离子电容器、锂硫电池、全固态电池及太阳能电池领域的关键材料或关键材料的前驱体，本发明专利技术方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池材料领域，具体涉及一种超细纳米级硅粉的制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池常用的负极材料有碳负极材料(包括石墨，软碳和硬碳)和钛酸锂，但是它们的克容量提升空间都非常有限，不利于高能量密度锂离子电池的设计和开发。随着业界对高能量密度锂离子电池的迫切需求，开发和生产高容量和高稳定性的锂离子电池负极材料，已迫在眉睫。在目前研究的锂离子电池负极材料体系中，金属合金材料如Si、Sn、Al等由于其可以与Li形成多锂合金而具有比传统石墨负极材料高得多的理论比容量，同时，金属合金类材料的脱嵌锂电位比较高，在快速充放电过程中不会产生锂枝晶，因此，这类合金材料具有优异的安全性能，是下一代锂离子电池负极材料的理想选择。其中，这类合金材料中的硅基材料，因其具有最高的理论嵌锂容量4200mAh/g，嵌锂电位为0.2V(vs.Li/Li+)，安全性能好，储量丰富，性价比高，近年来得到了学术界和工业界的广泛关注和研究。然而硅基材料面临的主要挑战是其在脱嵌锂的过程中表现出巨大的体积变化(300％)，这会导致硅颗粒的破碎、粉化、与电极材料失去电接触，因此，硅基材料的循环稳定性能较差。同时，由于硅是一种半导体材料，其电子电导率和离子电导率都相对较低，不能满足高倍率充放电的要求。解决硅基类材料的循环稳定性能差的难题主要是通过减小颗粒尺寸，掺杂及包覆来实现。通过制备纳米尺度的硅材料可以降低硅本身的体积效应，缩短锂离子的传输途径，提高电化r>学反应速率，从而改善硅基材料的循环稳定性能。目前，市面上制备小尺寸纳米硅材料尤其是50nm以下的超细纳米硅材料，其制备成本高，价格昂贵，不利于碳硅复合材料的产业化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种超细纳米级硅粉的制备方法，该方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种超细纳米级硅粉的制备方法，它包括以下步骤：S1.一次研磨：在球磨机中加入粗硅粉和溶剂，均匀分散后，将粗硅粉球磨至颗粒粒径为50～200nm，得一次研磨粉；所述溶剂为酒精、无水乙醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、丙酮、环己烷、丁酮、丁醇或苯类中的一种或多种的组合；所述粗硅粉的粒度为1～50μm；S2.二次研磨：一次研磨料中加入辅料，在球磨机中继续分散，将一次研磨料球磨至颗粒粒径为10～50nm，得二次研磨粉；S3.干燥：将所得的二次研磨粉干燥至含水量小于1000ppm；S4.打散：将干燥后的研磨粉打散，即获得超细纳米级硅粉。进一步地，所述溶剂和粗硅粉的重量比为100:1～50。进一步地，所述辅料为氧化钛、氧化锆或氧化铝中的一种或多种的组合，且辅料的颗粒粒径为20～500nm。进一步地，所述粗硅粉和辅料的重量比为100:1～30。进一步地，步骤S1和S2所述分散的时间为0.5～2h，所述球磨的温度为-50～60℃，球磨时间为0.5～20h。进一步地，步骤S3中所述干燥为在惰性气氛下干燥或真空干燥，干燥的温度为室温～50℃。本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的一种超细纳米硅的制备方法，是一种全新工艺体系，本专利技术在制备超细纳米硅粉时加入了辅料，更容易实现小粒度硅粉的制备，容易规模化生产50nm以下的纳米硅材料，并且工艺不会影响材料本身的性能和球磨珠的性能等优点，可用作涂料领域、锂离子电池、锂离子电容器、锂硫电池、全固态电池及太阳能电池领域的关键材料或关键材料的前驱体，本专利技术方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的描述，本专利技术的保护范围不局限于以下所述。实施例1：一种超细纳米级硅粉的制备方法，它包括以下步骤：S1.一次研磨：在球磨机中加入粗硅粉和溶剂，均匀分散后，将粗硅粉球磨至颗粒粒径为50nm，得一次研磨粉；所述溶剂为无水乙醇和甘油的组合，且体积比为1:2；所述溶剂和粗硅粉的重量比为100:1；所述粗硅粉的粒度为1μm；S2.二次研磨：一次研磨料中加入辅料，在球磨机中继续分散，将一次研磨料球磨至颗粒粒径为10nm，得二次研磨粉；所述辅料为氧化钛和氧化锆的组合，且重量比为1:1，且辅料的颗粒粒径为20nm；所述粗硅粉和辅料的重量比为100:1；S3.干燥：将所得的二次研磨粉干燥至含水量小于1000ppm，所述干燥为在惰性气氛下干燥或真空干燥，干燥的温度为室温；S4.打散：将干燥后的研磨粉打散，即获得超细纳米级硅粉。其中，步骤S1和S2所述分散的时间为0.5h，所述球磨的温度为-50℃，球磨时间为0.5h。实施例2：一种超细纳米级硅粉的制备方法，它包括以下步骤：S1.一次研磨：在球磨机中加入粗硅粉和溶剂，均匀分散后，将粗硅粉球磨至颗粒粒径为80nm，得一次研磨粉；所述溶剂为酒甘油、聚乙烯吡咯烷酮和丙酮的组合，且体积比为1:1:1；所述溶剂和粗硅粉的重量比为100:14；所述粗硅粉的粒度为8μm；S2.二次研磨：一次研磨料中加入辅料，在球磨机中继续分散，将一次研磨料球磨至颗粒粒径为45nm，得二次研磨粉；所述辅料为氧化钛、氧化锆和氧化铝的组合，且重量比为3:2:1，且辅料的颗粒粒径为80nm；所述粗硅粉和辅料的重量比为100:28；S3.干燥：将所得的二次研磨粉干燥至含水量小于1000ppm，所述干燥为在惰性气氛下干燥或真空干燥，干燥的温度为20℃；S4.打散：将干燥后的研磨粉打散，即获得超细纳米级硅粉。其中，步骤S1和S2所述分散的时间为1.5h，所述球磨的温度为-30℃，球磨时间为1h。实施例3：一种超细纳米级硅粉的制备方法，它包括以下步骤：S1.一次研磨：在球磨机中加入粗硅粉和溶剂，均匀分散后，将粗硅粉球磨至颗粒粒径为94nm，得一次研磨粉；所述溶剂为丙酮、环己烷、丁酮和丁醇以任意比例的混合；所述溶剂和粗硅粉的重量比为100:20；所述粗硅粉的粒度为15μm；S2.二次研磨：一次研磨料中加入辅料，在球磨机中继续分散，将一次研磨料球磨至颗粒粒径为38nm，得二次研磨粉；所述辅料为氧化钛，且辅料的颗粒粒径为145nm；所述粗硅粉和辅料的重量比为100:24；S3.干燥：将所得的二次研磨粉干燥至含水量小于1000ppm，所述干燥为在惰性气氛下干燥或真空干燥，干燥的温度为28℃；S4.打散：将干燥后的研磨粉打散，即获得超细纳米级硅粉。其中，步骤S1和S2所述分散的时间为1h，所述球磨的温度为-50～60℃，球磨时间为6.5h。实施例4：一种超细纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超细纳米级硅粉的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：S1. 一次研磨：在球磨机中加入粗硅粉和溶剂，均匀分散后，将粗硅粉球磨至颗粒粒径为50～200nm，得一次研磨粉；所述溶剂为酒精、无水乙醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、丙酮、环己烷、丁酮、丁醇或苯类中的一种或多种的组合；所述粗硅粉的粒度为1～50μm； S2. 二次研磨：一次研磨料中加入辅料，在球磨机中继续分散，将一次研磨料球磨至颗粒粒径为10～50nm，得二次研磨粉；S3. 干燥：将所得的二次研磨粉干燥至含水量小于1000ppm；S4. 打散：将干燥后的研磨粉打散，即获得超细纳米级硅粉。

【技术特征摘要】
1.一种超细纳米级硅粉的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
S1.一次研磨：在球磨机中加入粗硅粉和溶剂，均匀分散后，将粗硅粉球磨至颗粒粒径为50～200nm，得一次研磨粉；所述溶剂为酒精、无水乙醇、甘油、聚乙烯吡咯烷酮、丙酮、环己烷、丁酮、丁醇或苯类中的一种或多种的组合；所述粗硅粉的粒度为1～50μm；
S2.二次研磨：一次研磨料中加入辅料，在球磨机中继续分散，将一次研磨料球磨至颗粒粒径为10～50nm，得二次研磨粉；
S3.干燥：将所得的二次研磨粉干燥至含水量小于1000ppm；
S4.打散：将干燥后的研磨粉打散，即获得超细纳米级硅粉。
2.如权利要求1所述的一种超细纳米级硅粉的制备方法，其特征在于，所述溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐升智，姚鹏泉，范珂铭，董金平，罗飞，
申请(专利权)人：四川创能新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51