含硅产物的合成制造技术

本文公开了从廉价二氧化硅源生产Si或SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含硅产物的合成
[0001]相关申请的引用
[0002]本申请在35U.S.C.
§
119(e)下要求2020年8月7日提交的美国临时申请号63/062,832的优先权益，其全部公开内容通过引用结合到本文中。
[0003]专利技术背景


[0004]本公开一般涉及从低成本二氧化硅源合成有价值的硅产物。

技术实现思路

[0005]本文公开了用于从二氧化硅源生产球化粉末的方法的实施方案，所述方法包括：将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉末。
[0006]在一些实施方案中，方法还包括由球化粉末形成阳极。在一些实施方案中，方法还包括由阳极形成电池。在一些实施方案中，不使用高能研磨。在一些实施方案中，不使用光刻处理。
[0007]在一些实施方案中，硅球化粉末为Si或SiO
x
。在一些实施方案中，二氧化硅源进料材料为硅藻。在一些实施方案中，二氧化硅源进料为二氧化硅胶体。在一些实施方案中，二氧化硅源进料材料为热解法二氧化硅。
[0008]在一些实施方案中，微波等离子体炬使用选自氢气、氧气、氩气、一氧化碳和甲烷的气体。在一些实施方案中，气体处于高压下。
[0009]本文的一些实施方案涉及通过以下方法形成的球化粉末，所述方法包括：将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉末。
>[0010]本文的一些实施方案涉及通过以下方法形成的球化粉末，所述方法包括：将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬；将还原气体引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉末。
[0011]本文的一些实施方案涉及通过以下方法形成的球化粉末，所述方法包括：将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬，所述二氧化硅源与一种或多种固体还原剂接触；将还原气体引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉末。
[0012]本文的一些实施方案涉及使用等离子体还原二氧化硅材料的方法，所述方法包括将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬；将还原气体引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉末。
[0013]本文的一些实施方案涉及使用等离子体还原二氧化硅材料的方法，所述方法包括将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬，所述二氧化硅源与一种或多种固体还原剂接触；将还原气体引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产
生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉末。
[0014]在一些实施方案中，等离子体通过微波源经由炬产生。在一些实施方案中，二氧化硅材料与一种或多种固体还原剂混合。在一些实施方案中，一种或多种固体还原剂包括碳。在一些实施方案中，一种或多种固体还原剂包括金属。
[0015]在一些实施方案中，在将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体源之前，将金属催化剂加入到二氧化硅源进料材料。在一些实施方案中，将配制成在等离子体中熔融的盐组合物加入到微波等离子体炬。
附图说明
[0016]图1示出了通过惰性气体熔融测量的氢含量、粒度和还原度之间的关系。
[0017]图2示出了根据本公开生产粉末的方法的实例实施方案。
[0018]图3示出了根据本公开的实施方案可用于生产粉末的微波等离子体炬的实施方案。
[0019]图4A
‑
4B示出了根据本公开的侧进料斗实施方案，可用于生产粉末的微波等离子体炬的实施方案。
[0020]
技术实现思路

[0021]冶金级硅可通过在高温碳热还原制得。然后，在还原状态将其精炼成一系列纯度等级。这些方法在经济和环境二者上带来高成本。
[0022]用于锂离子电池的硅阳极是工业上日益关注的领域，因为它们使得能够超过现有的石墨材料显著提高电池容量。然而，对同时提供高容量和长循环寿命的硅而言，需要复杂的形状和小尺寸。形状和尺寸可使其在锂化时能容纳膨胀，避免断裂，其导致容量下降。依赖于光刻、化学气相沉积和难以规模化的其它方法，形成这样的材料通常是昂贵的。
[0023]在一些实施方案中，可使用还原等离子体(例如微波等离子体)将廉价的二氧化硅源还原成硅产物，Si或SiO
x
。
[0024]这样的二氧化硅源可具有复杂的形状，例如硅藻，或非常小的尺寸，例如二氧化硅胶体(例如小于100nm)。替代的源包括热解法二氧化硅，例如尺寸为5
‑
10nm，它可由硅烷或四氯化硅制成。这些形状可能难以使用已知的方法制造成阳极材料，因为它需要光刻气相方法或高能研磨操作，这两者都是昂贵和耗时的。有利地，本公开意想不到地减少了这些问题。此外，可将意想不到的不寻常的形态赋予硅产物。
[0025]在一些实施方案中，硅藻(例如浮游生物的无定形二氧化硅骨架)的还原可使用在氩气中至多为20％氢等离子体(例如微波等离子体)进行。图1显示了通过惰性气体熔融测量的氢含量、粒度和还原度之间的关系。这些结果显示，即使在相当温和的稀氢条件下，还原也是可能的。另外，有利地，这些前体硅藻可具有开放孔隙，其可以很好地循环，因为它们可以在锂化时容纳硅阳极材料特有的膨胀。
[0026]如图1中所示，方法材料的氧含量呈现为等离子体中氢含量的函数(1＝纯二氧化硅，0＝硅)。因此，随着等离子体中的氢含量增加，观察到更多的还原(较低的氧含量)。所示的两条曲线是对不同的尺寸切样，表明较小的颗粒比较大的颗粒更多还原。这与气相还原只在表面发生的事实一致，因此较小颗粒的较高表面:质量比可实现较大还原。
[0027]在一些实施方案中，可使用不同的氢浓度形成不同的组分。例如，可使用至多为
10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％(或约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％、约95％或约99％)氢。在一些实施方案中，氢气可由一种或多种其它气体稀释，例如氩气、一氧化碳和甲烷。在一些实施方案中，所用气体可以为侵蚀性还原剂。在一些实施方案中，气体可处于高压下。还原气体可通过炬进料或注入炬下方的等离子体羽流。
[0028]在一些实施方案中，还原剂也可与二氧化硅以例如固体形式加入。这些可经由例如喷雾干燥或研磨/制粒掺入二氧化硅原料。这样的原料可在二氧化硅源和固体还原剂之间提供紧密接触，使得当进料到等离子体时，可发生固态还原。还原剂可包括任何还原形式的碳，例如焦炭。类似地，可使用金属，例如铝、钛、镁或钙。
[0029]在一些实施方案中，可任选将催化剂加入到固体
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还原剂原料中。当它们促进CO2分解成CO时，这些可能特别有效，如已知铁如此。多种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从二氧化硅源生产球化粉末的方法，所述方法包括：将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉末。2.权利要求1的方法，所述方法还包括由球化粉末形成阳极。3.权利要求2的方法，所述方法还包括由阳极形成电池。4.权利要求1的方法，其中不使用高能研磨。5.权利要求1的方法，其中不使用光刻处理。6.权利要求1的方法，其中硅球化粉末为Si或SiO
x
。7.权利要求1的方法，其中所述二氧化硅源进料材料为硅藻。8.权利要求1的方法，其中所述二氧化硅源进料材料为二氧化硅胶体。9.权利要求1的方法，其中所述二氧化硅源进料材料为热解法二氧化硅。10.权利要求1的方法，其中所述微波等离子体炬使用选自氢气、氧气、氩气、一氧化碳和甲烷的气体。11.权利要求10的方法，其中所述气体处于高压下。12.一种由以下方法形成的球化粉末，所述方法包括：将二氧化硅源进料材料引入微波等离子体炬；并且使二氧化硅源进料材料在由微波等离子体炬产生的等离子体内熔融和球化，以形成球化粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：六K有限公司，
类型：发明
国别省市：