一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法
【專利摘要】一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，包括如下步驟：（1）首先將硅粉原料依次采用丙酮和水溶液中進行清洗；（2）接著對硅粉氧化并去除氧化層；（3）最后對上述制備的硅粉進行抽濾、烘干。本發(fā)明無需昂貴的真空或高溫設(shè)備；制備工藝簡單，所需反應(yīng)溶液的成本低廉；可精確控制納米硅的尺寸，適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于新能源納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因其能量密度高、功率密度高、循環(huán)性能好、環(huán)境友好以及結(jié)構(gòu)多樣化等優(yōu)異特性已得到廣泛應(yīng)用。在鋰離子動力電池的發(fā)展需求方面，要求負極材料具有高容量、快速率充放電等特點?，F(xiàn)有的石墨負極材料的理論容量為372mAh/g，其中商業(yè)化石墨負極產(chǎn)品已達350mAh/g左右，基本已無提升空間。硅作為鋰離子電池負極材料的理論容量可達4200mAh/g左右，且硅在地殼中的含量豐富，僅次于氧，因此成為研究熱點。但是，硅材料在實際應(yīng)用中會產(chǎn)生巨大的體積膨脹(300%)，在材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，造成電極材料粉碎從而導(dǎo)致電池循環(huán)性能嚴重衰退。
[0003]現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，將硅材料尺寸減小到納米級別可有效解決該問題，其原理是通過減小硅材料尺寸來縮短充放電過程中離子的擴散路程從而起到緩減體積膨脹的左右。制備納米硅粉的方法有很多，包括硅烷熱解法(美國專利U S 4 6 6 I 3 3 5 ( A )和中國專利200480034099.1)、陽極氧化法(中國專利03134724.)、高純硅高溫分離法(專利申請?zhí)?8813207.9)，但這些制備方法均存在很多問題，例如制備成本較高(硅烷熱解法和高純硅高溫分離法)或生產(chǎn)效率較低(陽極氧化法)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，該方法工藝簡單且可低成本、大規(guī)模生產(chǎn)，可以有效克服現(xiàn)有納米硅制備技術(shù)中的高成本、低產(chǎn)量等問題。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006]—種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是包括如下步驟。
[0007](I)首先將硅粉原料依次采用丙酮和水溶液中進行清洗。
[0008](2)接著對硅粉氧化并去除氧化層以減小硅粉尺寸，實現(xiàn)這一目的可有兩種處理方法:
a.—步法，即將硅粉置于氧化性溶液和氫氟酸的混合溶液中進行處理，使硅粉氧化和去氧化步驟在一個容器中同步進行。
[0009]b.兩步法，即將清洗后的硅粉置于氧化性溶液中進行氧化處理，使其表層形成氧化層，然后將氧化后的硅粉置于氫氟酸溶液中以去除表層氧化層。可多次重復(fù)上述氧化和去氧化步驟。
[0010](3)最后對上述制備的硅粉進行抽濾、烘干即可。
[0011]本發(fā)明步驟(I)中所述硅粉原料形狀可為顆粒狀、片狀。
[0012]本發(fā)明步驟(2)中所述氧化試劑可為水、過氧化氫、臭氧、硝酸溶液中的一種或四者中任意兩者的混合溶液或四者中任意三者的混合溶液或四者的混合溶液，溶液中試劑比例可任意調(diào)節(jié)。
[0013]本發(fā)明步驟(2)—步法中所述的處理溫度為1-100°C，處理時間為l_600min。
[0014]本發(fā)明步驟(2)兩步法中所述硅粉氧化和去除氧化層的處理溫度均為1-100°C，處理時間均為1-600min，可以重復(fù)多次，以使硅粉充分氧化從而被細化。
[0015]本發(fā)明相對于現(xiàn)有納米硅制備方法(硅烷熱解法、陽極氧化法、高純硅高溫分離法)，其具有以下優(yōu)點。
[0016](I)該方法無需昂貴的真空或高溫設(shè)備。
[0017](2)該方法制備工藝簡單，所需反應(yīng)溶液的成本低廉。
[0018](3)該方法可精確控制納米硅的尺寸。
[0019](4)適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0021]實施例1。
[0022]本實施例所述一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，具體包括以下步驟。
[0023 ] (I)首先將尺寸為2μηι的娃粉依次米用丙酮和水溶液中進行清洗。
[0024](2)然后將清洗后的硅粉置于超純水和氫氟酸的混合溶液中進行濕法氧化腐蝕處理，溶液溫度為95 °C，處理時間為60min。
[0025](3)最后對上述制備的硅顆粒進行抽濾、烘干即可。
[0026]采用本方法可獲得尺寸為700nm左右的納米硅顆粒。
[0027]實施例2。
[0028]本實施例所述一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，具體包括以下步驟。
[0029](I)首先將尺寸為2μπι的硅粉依次采用丙酮和水溶液中進行清洗。
[0030](2 )然后將清洗后的硅粉置于過氧化氫、氫氟酸、超純水的混合溶液中進行濕法氧化腐蝕處理，三種溶液體積比為I: I: I，溶液溫度為100°c，處理時間為120min。
[0031](3)最后對上述制備的硅顆粒進行抽濾、烘干即可。
[0032]采用本方法可獲得尺寸為200nm左右的納米硅顆粒。
[0033]實施例3。
[0034]本實施例所述一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，具體包括以下步驟。
[0035](I)首先將尺寸為2μπι的硅粉依次采用丙酮和水溶液中進行清洗。
[0036](2)然后將清洗后的硅粉置于硝酸、氫氟酸、超純水的混合溶液中進行濕法氧化腐蝕處理，三種溶液體積比為I: I: I，溶液溫度為25°C，處理時間為60min。
[0037](3)最后對上述制備的硅顆粒進行抽濾、烘干即可。
[0038]采用本方法可獲得尺寸為500nm左右的納米硅顆粒。
[0039]實施例4。
[0040]本實施例所述一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，具體包括以下步驟。
[0041 ] (I)首先將尺寸為2μηι的娃粉依次米用丙酮和水溶液中進行清洗。
[0042 ] (2 )將清洗后的硅粉置于超純水、過氧化氫、硝酸和氫氟酸的混合溶液中進行濕法氧化處理，四種溶液體積比為1:1:1:1，溶液溫度為25°C，處理時間為60min。
[0043](3)最后對上述制備的硅顆粒進行抽濾、烘干即可。
[0044]采用本方法可獲得尺寸為500nm左右的納米硅顆粒。
[0045]實施例5。
[0046]本實施例所述一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，具體包括以下步驟。
[0047 ] (I)首先將尺寸為2μηι的娃粉依次米用丙酮和水溶液中進行清洗。
[0048](2)將清洗后的硅粉置于體積比為1:1的超純水和雙氧水的混合溶液中進行氧化處理60min，處理溫度為90 V ；接著采用氫氟酸對氧化后的硅粉進行去氧化層處理。
[0049](3)最后對上述制備的硅顆粒進行抽濾、烘干即可。
[0050]采用本方法可獲得尺寸為600nm左右的納米硅顆粒。
[0051 ] 實施例6。
[0052]本實施例所述一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，具體包括以下步驟。
[0053](I)首先將尺寸為2μπι的硅粉依次采用丙酮和水溶液中進行清洗。
[0054](2)將清洗后的硅粉置于體積比為1:1的超純水和雙氧水的混合溶液中進行氧化處理lOmin，處理溫度為90°C;接著采用氫氟酸對氧化后的硅粉進行去氧化層處理。重復(fù)上述氧化和去氧化層步驟10次。
[0055](3)最后對上述制備的硅顆粒進行抽濾、烘干即可。
[0056]采用本方法可獲得尺寸為400nm左右的納米硅顆粒。
【主權(quán)項】
1.一種濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是包括如下步驟: (1)首先將硅粉原料依次采用丙酮和水溶液中進行清洗； (2)接著對硅粉氧化并去除氧化層； (3 )最后對上述制備的硅粉進行抽濾、烘干。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是步驟(2)中所述的對硅粉氧化并去除氧化層是將硅粉置于氧化性溶液和氫氟酸的混合溶液中進行處理，使硅粉氧化和去氧化層步驟在一個容器中同步進行。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是步驟(2)中所述的對硅粉氧化并去除氧化層是將清洗后的硅粉置于氧化性溶液中進行氧化處理，使其表層形成氧化層，然后將氧化后的硅粉置于氫氟酸溶液中以去除表層氧化層，并重復(fù)多次。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是步驟(I)中所述硅粉原料形狀為顆粒狀或片狀。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是步驟(2)中所述氧化試劑可為水、過氧化氫、臭氧、硝酸溶液中的一種或兩種以上。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是所述的處理溫度為1-100°C，處理時間為l_600min。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的濕法氧化腐蝕制備納米硅粉的方法，其特征是所述的處理溫度均為1-100°C，處理時間均為l_600min，重復(fù)多次。
【文檔編號】H01M4/38GK105836748SQ201610328011
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】岳之浩, 周浪, 黃海賓, 湯昊, 尹傳強, 高超
【申請人】南昌大學(xué)