[发明专利]锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法及硅粉

说明书

本发明公开了一种锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法，包括：准备硅镁合金粉末；在硅镁合金粉末的表面包覆锌铋合金层；将包覆有锌铋合金层的硅镁合金粉末进行固相扩散热处理，以促进包覆层中的锌和铋金属分别与镁硅反应结合；将固相扩散热处理后的硅镁合金粉末进行氧化处理；以及将氧化处理之后的硅镁合金粉末进行酸洗去除锌、铋和镁。通过采用不易氧化、熔点低于镁燃点的锌铋合金包覆硅镁合金颗粒，结合一定温度下的固相扩散处理和低氧氧化处理工艺是本发明获得具有微孔结构的泡沫硅粉，提高制备效率且泡沫硅粉一次颗粒度较小。

技术领域

本发明涉及泡沫状硅粉的制备方法，尤其涉及一种锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法，还涉及一种采用该方法所制备的泡沫状硅粉。

背景技术

由于硅具有比石墨负极高十倍以上的理论比容量(4200mAh/g)，利用硅代替现在常用的石墨负极已成为高能量密度动力电池研究的目标。硅作为负极在使用中有体积膨胀大，硅颗粒破裂、粉化、首次充放电库伦效率低以及阻抗高的缺点；针对上述缺点，一系列的改进方法已被证实有效，如利用纳米尺度硅颗粒可减少大块硅的破裂，采用多孔结构硅颗粒可缓解充电过程中的体积膨胀，而表面包覆碳层则可改善硅的导电性等等。在上述研究结果的基础上，纳米硅晶体构成的多孔硅粉的制备方法已成为电池材料的研究热点。

制备纳米硅粉的方法有高能球磨法、等离子体加热蒸发冷凝法，化学法等，其中高能球磨方法适用普遍，但制备纳米硅粉费时，且粉末表面多孔结构难以形成；而等离子体加热蒸发冷凝法设备复杂，如一种现有技术制备的纳米硅一次颗粒球形度虽高，但这种球形纳米硅难以结合形成有大量空隙的二次聚合硅颗粒，不利于后续工艺处理；另一种现有技术的硅烷等离子体中热解法，其制造的纳米硅粉比表面积大，但利用硅烷制造纳米硅粉，原材料成本较高；另一方面，一种化学法制备纳米硅粉的工艺，纳米硅通过氢氟酸处理二氧化硅跟硅的混合物获得，其使用的氢氟酸，有高腐蚀性，不易操作，环境污染问题也难以解决。

制备多孔硅粉的方法也有报道，例如一种利用液氮急冷制备有三维枝状裂纹的硅微粉制造方法，但这种方法制备的硅粉有硅颗粒均匀性较差的缺点；例如一种利用硅、镁粉合成硅镁化合物再高温分解获得多孔硅的方法，但是专利公开的扫描电镜照片证实这种方法制备的多孔硅的一次颗粒较大，而利用这种多孔硅粉按质量比为1∶1制备的硅/碳复合负极存在与金属硅负极同样的首次库伦效率(59％)低的缺点，低首次库伦效率与硅粉的一次颗粒粒度相关、因此这种方法制备的多孔硅粉不能解决晶体硅作为负极的应用难题。而现有技术公开一种采用硅、镁粉合成硅镁合金粉，在氦气保护下将硅镁合金粉浸入大量高温纯铋熔液浴中保温、促使部分镁溶解于铋熔液，取出的粉末再通过硝酸酸洗以除去铋和镁，从而获得纳米多孔硅。此方法在合成硅镁合金粉的工序中，因为使用大量镁粉，生产工序必须有严密的环境控制手段如氦气保护以减少镁粉尘的爆炸风险；而进一步的铋熔液浴中脱镁处理，需要铋熔液的温度在450℃以上，即温度高于镁的燃点(300℃)约150℃，如此温度下的镁极易着火燃烧氧化，引起被处理粉末的高温自燃过烧，从而带来硅颗粒急速长大和硅的氧化，因此用这种方法工业化生产多孔纳米硅粉工艺控制难度很大，特别是难以控制纳米硅粉的粒度；现有技术还公开一种利用金属氯化物熔盐介质长时间保温(10h～15h)分解硅镁合金粉，再通过盐酸酸洗获得多孔硅的方法，此方法消除了工业化生产中镁的着火燃烧风险，但工艺要求长时间保温，存在粉末制备效率低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法，以及泡沫状硅粉，以解决以上所述的至少部分技术问题。

根据本发明的一方面，提供一种锌铋合金包覆硅镁颗粒制备泡沫状硅粉的方法，包括：

准备硅镁合金粉末；

在硅镁合金粉末的表面包覆锌铋合金层；

将包覆有锌铋合金层的硅镁合金粉末进行固相扩散热处理，以促进包覆层中的锌和铋金属分别与镁硅反应结合；