[发明专利]一种三级研磨制备纳米硅的方法

说明书

本发明属于纳米材料制备领域，具体公开了一种三级研磨制备纳米硅的方法，包括：1)将高纯硅粉、溶剂和分散剂加入到一级砂磨机的分散罐中，进行预分散；将分散好的混合溶液导入一级砂磨机中进行一级研磨，得到纳米硅粒径D50＜1000nm的硅浆液；2)将一级研磨完成后的浆料导入到二级砂磨机进行二级研磨，得到纳米硅粒径D50＜100nm的硅浆液；3)将二级研磨完成后的浆料导入到三级砂磨机中进行三级研磨，得到纳米硅粒径D50＜50nm的硅浆液，干燥获得纳米硅粉；本发明和现有技术相比，该方法制备工艺简单，成本低廉，大幅提升了湿法研磨效率，降低纳米硅粒径，并保证硅浆液的均匀分散性和稳定性，适合产业化。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种三级研磨制备纳米硅的方法。

背景技术

硅具有超高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的脱锂电位(0.5V)，但硅在充放电时高达300％的体积变化，会导致硅颗粒破碎，影响活性材料和集流体之间的连接，不利于电子传输；另一方面使得硅基材料与电解质之间形成的固体电解质界面膜膜逐渐增厚，造成锂电池的循环性能急剧下降。甚至有研究表明，微米级硅粉的首次库伦效率不到40％，而且循环性能很差，不到10周，可逆容量几乎衰竭为零。为了降低硅颗粒的体积膨胀，最有效的方法就是将硅颗粒纳米化，降低其绝对体积膨胀，但现阶段通过湿法研磨制备的纳米硅尺寸基本上在80～100nm左右，难以达到更小。

因此，开发一种工艺简单，操作方便，适合大规模工业生产，且粒度D50＜50nm的纳米硅制备方法显得尤为重要，该技术的开发将极大的促进硅负极材料行业的发展。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，公开了一种三级研磨制备纳米硅的方法，大幅提升了湿法研磨效率，降低了纳米硅粒径，所得纳米硅粒径D50＜50nm。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种三级研磨制备纳米硅的方法，具体步骤为：1)将高纯硅粉加入到一级砂磨机的分散罐中，加入适当溶剂调节固含量至20～40wt.％，再加入分散剂，其中分散剂与硅粉的质量比是(1～10)：100，进行预分散；将分散好的混合溶液导入一级砂磨机中进行一级研磨，砂磨机线速度为12～13m/s，球磨珠的直径是1～10μm，研磨时间2～10h，得到纳米硅粒径D50＜1000nm的硅浆液；2)将一级研磨完成后的浆料导入到二级砂磨机进行二级研磨，砂磨机线速度14～15m/s，球磨珠的直径是0.1～1μm，研磨时间10～30h，得到纳米硅粒径D50＜100nm的硅浆液；3)将二级研磨完成后的浆料导入到三级砂磨机中进行三级研磨，砂磨机线速度16～17m/s，球磨珠的直径是0.05～0.1μm，研磨时间20～50h，得到纳米硅粒径D50＜50nm的硅浆液，雾化干燥获得纳米硅粉。

优选的，步骤1)所述分散剂与硅粉的质量比是(5～10)：100；

优选的，步骤1)加入适当溶剂调节固含量至20～30wt.％；

优选的，步骤1)球磨珠的直径是5～10μm，研磨时间为5～10h；

优选的，步骤2)球磨珠的直径是0.5～1μm，研磨时间为20～30h；

优选的，步骤3)球磨珠的直径是0.05～0.08μm，研磨时间为30～40h；

优选的，所述高纯硅粉为单晶硅或多晶硅的一种，其中值粒径为10～100μm、纯度≥99％。

优选的，所述溶剂为甲醇、甲苯、乙醇、氯化乙醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、丙酮或环已酮的一种或多种。

优选的，所述分散剂为焦磷酸钠、多偏磷酸钠、三聚磷酸钠、丙烯酸钠、十八酸钠、聚丙烯酸钠、亚甲基双萘磺酸钠、柠檬酸钾、环烷酸铅、亚甲基双萘磺酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物或古尔胶中的一种或多种。