[发明专利]一种纳米硅及其制备方法

说明书

本发明公开一种纳米硅及其制备方法，其中，所述方法包括步骤：将二氧化硅粉末和石墨烯粉末混合并在惰性气氛或提纯气氛下进行第一次烧结，得到第一烧结产物；对所述第一烧结产物进行第一次酸洗和第一次氧化处理，得到中间产物；将所述中间产物与二氧化硅粉末混合并在惰性气氛或提纯气氛下进行第二次烧结，得到第二烧结产物；对所述第二烧结产物进行粉碎以及第二次酸洗处理后，制得纳米硅。本发明提供的纳米硅制备方法工艺简单，对原材料的品质要求较低，成本较低；且通过本发明制备的纳米硅具有纯度极高（99.99%），且粒径均匀等特点。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，尤其涉及一种纳米硅及其制备方法。

背景技术

1989年，以石油焦为负极，LiCoO₂为正极材料的二次锂离子电池体系的专利，被日本SONY公司成功申请，并于1991年投放市场。这一体系被命名为锂离子电池(Lithium-ionBattery )。锂离子电池因具有比能量高、无记忆效应、使用寿命长、工作电压高以及环境友好等优点，已成为当今新能源和新材料研究的一个重点。锂离子电池作为动力电池广泛应用于新能源汽车，但是锂离子电池的安全性能、能量密度、大倍率性能和循环寿命还需要进一步提高，目前还没有一种材料能够完全满足汽车动力系统对锂离子电池提出的要求。

近年来，石墨作为主流的商业化锂离子电池负极材料，因其比容量已经达到极限值（372 mAh·g^-1)，且其嵌锂电位平台接近金属锂的沉积电势，快速充电或低温充电过程中易引发安全隐患，限制了石墨在未来社会发展对大容量电池领域中的应用。硅凭借着其高于石墨10倍的理论比容量（4200 mAh·g^-1）和适中的脱锂电位（0.5 V vs Li⁺/Li）和储量丰富（27.6%）等特点得到了锂离子电池负极研究者的密切关注。

当前市场上制备微米硅的方法主要为激光法和硅烷裂解法。采用激光法制备的硅通常是纳米硅，其粒径可低至30nm，而30nm的硅在市场上的价格高达2400万元/吨，所使用的设备价格非常昂贵，且无法大批量生产，这极大限制了硅材料在电池领域中的实际应用；若采用硅烷裂解法制备硅单质，制备的硅可达到纳米级别，但最大限度仅为80nm，其价格也高达1200万元/吨，虽然此方法制备的硅纯度较高，但是该方法对生产条件较为苛刻，生产过程中产生的SiH₄和H₂易燃易爆，整个系统必须要与氧气隔绝，不能与外界接触，因此，该方法也存在着较大的安全隐患。对于硅基负极锂离子电池，硅的粒径越小，其体积效应对电极的破坏性越小，当硅的粒径小于100 nm，电极的体积效应问题可得到有效的解决。然而，昂贵的原料使得硅基负极难以实现商业化应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米硅及其制备方法，旨在解决现有制备纳米硅的工艺存在过程复杂、原料成本过高、可操作性差，难以实现规模化生产的问题。

本发明的技术方案如下：

一种纳米硅的制备方法，其中，包括步骤：

将二氧化硅粉末和石墨烯粉末混合并在惰性气氛或提纯气氛下进行第一次烧结，得到第一烧结产物；

对所述第一烧结产物进行第一次酸洗和第一次氧化处理，得到中间产物；

将所述中间产物与二氧化硅粉末混合并在惰性气氛或提纯气氛下进行第二次烧结，得到第二烧结产物；

对所述第二烧结产物进行粉碎以及第二次酸洗处理后，制得纳米硅。

所述纳米硅的制备方法，其中，所述二氧化硅粉末为花岗岩粉末、砂岩粉末、黑硅岩粉末和硅藻土粉末中的一种或多种。

所述纳米硅的制备方法，其中，所述二氧化硅粉末的平均粒径为0.01-20μm，所述石墨烯粉末的平均粒径为0.01-20μm。