[发明专利]一种纳米亚微米球形硅粉的生产方法

说明书

本发明属无机非金属纳微米粉体材料技术领域，具体涉及一种纳米亚微米硅粉的生产方法。纳米球形硅大量用于高能量密度锂离子电池硅碳负极材料，提高锂离子电池能量比，为解决目前纳米硅粉生产方法单产效率低，成本高，品质低，特别是高能量密度锂离子电池硅碳负极材料中硅材料的纳米化问题，提供一种新型高温气化物理生产方法。该方法选用多晶硅、单晶硅或金属硅粉为原料，经电力加热‑激光复合加热，高温气化，硅蒸气高温生长，冷却、收集，得到纳米级或亚微米级的球形硅粉。采用该工艺可生产出高纯度，高品质纳米硅粉，粒径在纳米级(5nm～100nm)，亚微米级(0.1μm～1.0μm)，粒度可精准控制。生产过程少废气，无废水、固体废弃物排出，并且投资适中，产量高，可用于规模化工业生产。

技术领域

本发明属无机非金属纳微米粉体材料技术领域，具体涉及一种纳米亚微米球形硅粉的生产方法。

技术背景

纳米球形硅粉主要用于高能量密度锂离子电池硅碳负极材料。在锂离子电池负极材料应用方面，硅被认为是最有潜力的新一代高容量锂离子电池负极材料，硅碳复合材料是提升电池能量密度的理想选择，是高能量密度锂离子电池负极材料的最优选材料。随着消费电池、动力电池、储能电池三大领域的发展，尤其是新能源汽车行业的高速发展——近年来国家政策大力扶持新能源汽车，新能源汽车的爆发增长带动动力电池的增长，进而使负极材料的需求大幅上升——市场对高能量密度锂离子电池硅碳负极材料的需求越来越大，品质要求越来越高，相应要求球形硅粉纳米化，大产量，高纯度，低成本。但目前国内外技术几乎均不能达到此要求，市面上纳米球形硅粉价格昂贵，良莠不齐，生产成本高，且无法做到大规模量产，极大地限制了高能量密度锂离子电池硅碳负极材料的发展。纳米球形硅粉具有理论储锂值达4200mA·h/g(超过理论容量为372mA·h/g的石墨10倍)的绝佳优势，是高能量密度锂离子电池硅碳负极材料的关键材料；另外，纳微米球形硅粉在陶瓷材料、复合材料、催化材料、光电池、生物材料等领域广泛应用。

目前，纳微米球形硅粉的制备方法主要包括：化学气相沉积法，球磨法。化学气相沉积法制备的纳微米球形硅粉纯度高、质量好，但原料硅烷价格昂贵，是有毒的爆炸性气体，安全问题未能得到解决，生产效率低、污染大、成本高、无法进行大规模化工业生产；球磨法制备的硅粉产量大、污染小，但杂质多、纯度低，粒度大(亚微米)，后处理繁琐，能耗高。

本发明本着经济、实用、可工业化生产的原则，力图突破传统方法，开发一种新的技术，以实现低成本、高产量、规模化、无污染，生产出高纯度，超微细，粒度分布区间窄的纳米亚微米球形硅粉。

发明内容

为解决目前国内外纳微米球形硅粉生产方法存在的生产效率低，粒度大，纯度低，产量小，成本高，污染大等问题，本发明提供一种新型定向能气化生产方法。采用该方法可生产高纯度、粒度细、粒度分布区间窄的高品质纳微米球形硅粉，平均直径可在纳米段(5nm～100nm)，亚微米段(0.1μm～1.0μm)精准分级，粒度均匀，且投资适中、成本低、产量高，可用于大规模工业化生产。

技术方案

本发明提供一种纳米-亚微米球形硅粉的生产方法。该方法采用激光作为能量，利用激光的高密度功率辐射、使硅材料气化并在高温气体中生长的方式，来生产纳微米球形硅粉，具体包括以下步骤：

步骤(1)：选用下述原料的任意一种，经预处理后备用：

a.多晶硅、单晶硅，破碎到一定粒度成砂状物料；

b.多晶硅、单晶硅下脚料、回收料，先选料、清洗、干燥，再经破碎成砂状物料；

c.多晶硅副产品——高纯硅粉；

步骤(2)；将纳微米球形硅粉生产装置抽真空(真空度无需很高)，充入惰性气体——氩气(一个大气压)；