[发明专利]亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法

权利要求书

1.亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1)：将0.3μm～5μm的亚微米级的硅颗粒物料送入密闭的高温炉内，并向高温炉内通入含氧气体或含氧气体与惰性气体的混合气体，在380℃～1400℃温度范围内进行氧扩散渗透反应，反应时间1～24小时，使硅颗粒形成三维空间网络窝峰状结构的氧化硅和三维空间网络窝峰状结构的单质硅；

步骤(2)：停止向步骤(1)的高温炉内通入含氧气体或含氧气体与惰性气体的混合气体，在380℃～1400℃温度范围内通入含氢气体与惰性气体的混合气体，氢气与惰性气体混合比为1:(15～30)，对密闭的高温炉内已形成的三维空间网络窝峰状结构的氧化硅进行氢氧高温还原反应，产生H₂O蒸汽排出，使硅颗粒全部形成三维空间网络窝峰状结构的单质硅，氢氧还原时间控制于1～24小时；

步骤(3)：停止向步骤(2)的高温炉内通入含氢气体与惰性气体的混合气体，将炉内温度控制于1150℃～1500℃后，通入含氮或含氨或含氮氨的混合气体，对步骤(2)已形成的三维空间网络窝峰状结构的单质硅的外表面及内表面进一步采用PCD化学气相法氮化反应，三维空间网络窝峰状结构的单质硅外表面及内表面包覆有一层氮化硅层，氮化反应时间控制于2～48小时，氮化硅层的重量小于或等于单质硅重量的45％。

2.根据权利要求1所述的亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，其特征在于：还包括

步骤(4)：控制步骤(3)的高温炉内的温度为600℃～1400℃，向步骤(3)的高温炉内加入高分子聚合物材料经高温碳化形成碳包覆层，所述的高分子聚合物材料包括下述材料的一种或多种：酚醛树脂、沥青、蔗糖、淀粉、葡萄糖、聚丙烯晴、聚甲基丙烯酸甲脂、聚氟乙烯、氧化石墨烯；

或步骤(4)：控制步骤(3)的高温炉内的温度为800℃～1300℃，向步骤(3)的高温炉内加入由下列气体之一或混合气体以通过高温裂解沉积转换产生包覆于三维空间网络窝峰状结构的氮化硅层外表面的碳包覆层，所述的气体为甲烷、乙烷、乙炔、丙烷、丙烯、乙烯、丙炔气体的一种或其组合；所述的碳包覆层与单质硅的重量百分比为(15％～95％):(85％～5％)。

3.根据权利要求2所述的亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，其特征在于：包覆有碳包覆层的三维空间网络窝峰状结构的单质硅材料与石墨化碳负极材料按(5％～80％)：(95％～20％)的重量百分比混合使用，形成锂离子电池的负极材料，所述的石墨化碳负极材料为5～15μm的人造石墨或天然石墨或针状焦石墨。

4.根据权利要求2所述的亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，其特征在于：步骤(4)中采用葡萄糖或沥青原材料制作碳包覆层时，在葡萄糖或沥青原材料中加入钼酸铵和硝酸钴粉末，葡萄糖或沥青与钼酸铵和硝酸钴粉末的重量分数比为100:(0.5～5):(0.5～5)，采用多维球磨机球磨成亚微米级粉末以均匀分散混合，起到碳化过程中碳材料的优化作用，降低碳材料中的硫离子杂质和氮离子杂质，碳化温度控制于1300℃～1410℃，恒温2～10小时后，降温800℃以下，采用真空抽吸到储料桶中待自然冷却到常温后取用或自然冷却到常温后取出。

5.根据权利要求1所述的亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，其特征在于：所述的硅颗粒是将纯度为99.5～99.9999％的块状颗粒硅采用干法球磨、湿法球磨、多维球磨、共振球磨设备之一进行加工制得0.3μm～5μm的亚微米级硅颗粒占硅颗粒总重量的90％以上，或所述的硅颗粒材料采用半导体晶圆片及光伏行业硅电池片加工过程中产生的0.3μm～5μm的硅粉末材料。

6.根据权利要求1所述的亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，其特征在于：所述的硅颗粒纯度为99.995％以上时，采用粒径为0.3μm～5μm的三氧化二硼放入干法球磨、湿法球磨、多维球磨、共振球磨设备之一进行均匀混合，硅颗粒与三氧化二硼的重量份数比为100:(5～0.1)，在密封的加热炉内进行煅烧渗透扩散，控制温度为800℃～1200℃，时间为0.5～5小时，替代部分硅原子，提高亚微米级硅的导电性能。