一種硅納米線材料及其提純方法和用途技術

本發明專利技術提供了一種硅納米線材料及其提純方法和用途，所述提純方法包括：對待提純硅納米線材料依次進行一次酸洗、一次分散、二次分散和二次酸洗后，得到純化硅納米線材料。本發明專利技術可以同時去除待測硅納米線材料中的化學雜質和物理雜質，并且能夠降低硅納米線材料因較大的比表面能所產生的團聚現象。此外，采用本發明專利技術提供的提純后的硅納米線材料作為鋰離子電池負極材料，能夠有效緩解鋰離子電池的自放電和充放電過程中體積膨脹現象，提高鋰離子電池的電化學性能。池的電化學性能。池的電化學性能。

【技術實現步驟摘要】
一種硅納米線材料及其提純方法和用途


[0001]本專利技術屬于硅材料提純
，尤其涉及一種硅納米線材料及其提純方法和用途。

技術介紹

[0002]鋰離子電池具備能量密度高、循環壽命長、輸出電壓高、綠色環保和無記憶效應等優點在各領域均得到了廣泛應用。其中，硅材料由于出色的理論比容量、適宜的電壓平臺、地殼中豐富的儲量以及環境友好性等特點被認為是極具潛力的負極材料。然而，作為半導體材料的硅存在電導率較低，且充放電過程中體積變化巨大(320％)而產生內部應力，導致電極材料粉化等問題。
[0003]目前，硅納米線作為一維硅納米材料的典型代表，與納米顆粒材料不同，其電子的傳輸不必克服一連串納米顆粒接觸的界面勢壘，并且硅納米線的一維結構也能有效的緩沖體積效應。因此硅納米線負極材料具有較大的潛在應用前景。常用的硅納米線制備方法，例如：激光燒蝕法、熱蒸發法、水熱法、金屬輔助化學刻蝕法(MACE)或氣相沉積法(CVD)等制備得到的硅納米線均含有化學雜質(金屬雜質)和物理雜質(顆粒狀硅和粗硅線)。然而，目前對硅材料納米線的提純仍主要集中在化學雜質的去除。
[0004]CN112607715A公開了一種高純α相氮化硅納米線的制備方法，將制備得到的氮化硅納米線進行提純，所述提純方法包括將氮化硅納米線浸漬于酸中處理5min～30min，然后浸漬于堿溶液中處理5min～30min，最后洗滌干燥得到高純氮化硅納米線。該提純方法僅能夠去除氮化硅納米線中的化學雜質，無法有效去除顆粒狀硅氮化硅和直徑較大的氮化硅線等物理雜質。
[0005]CN101830447A公開了一種制備β
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氮化硅納米線的方法，將制備得到的待提純樣品進行提純，所述提純方法包括將待測樣品在空氣中退火后，采用氫氟酸和濃硝酸的混合溶液進行清洗，隨后采用去離子水清洗至pH為中性，從而達到去除碳和二氧化硅雜質的效果。該提純方法同樣未考慮物理雜質的去除。
[0006]CN101804983A公開了一種高純碳化硅微粉的回收提純和分級方法，所述方法包括在硅片切割加工砂漿中加絮凝劑以加速沉降，經過濾得到固體物；將固體物進行堿洗、酸洗和清洗，得到碳化硅漿料；隨后在碳化硅漿料中加入分散劑；最后通過分級、分號裝置，進行懸浮法水力分級，控制分級控制水流量收集溢流微粉，經烘干得到不同規格和粒度組成的高純度碳化硅產品。該方法能夠對一定粒徑的碳化硅顆粒進行提純，但并一定適用于從硅納米線中去除硅顆粒。
[0007]硅納米線中含有的化學雜質會導致電池自放電嚴重，而硅納米中含有的物理雜質會降低電池的循環性能。因此，設計一種硅納米線的提純方法，能夠同時去除化學雜質和物理雜質對于提高電池的電化學性能至關重要。

技術實現思路

[0008]針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種硅納米線材料及其提純方法和用途，可以同時去除待提純硅納米線材料中的化學雜質和物理雜質得到純化硅納米線材料，并且能夠降低硅納米線材料因較大的比表面能所產生的團聚現象。
[0009]為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
[0010]第一方面，本專利技術提供了一種硅納米線材料的提純方法，所述提純方法包括：
[0011]對待提純硅納米線材料依次進行一次酸洗、一次分散、二次分散和二次酸洗后，得到純化硅納米線材料。
[0012]本專利技術中，一次酸洗用于去除金屬雜質；一次分散和二次分散用于減小硅納米線之間的空間位阻，去除硅顆粒和較粗的硅線；二次酸洗用于去除二氧化硅雜質。因此，通過兩步酸洗和兩步分散實現了對待提純硅納米線材料中的化學雜質和物理雜質的去除，得到高純度硅納米線。
[0013]本專利技術提供的硅納米線提純方法，可以同時去除待測硅納米線材料中的化學雜質和物理雜質得到高純硅納米線材料，并且能夠降低硅納米線材料因較大的比表面能所產生的團聚現象。
[0014]作為本專利技術一種優選的技術方案，所述一次分散的過程在攪拌機中進行。
[0015]優選地，所述攪拌機包括雙行星攪拌機。
[0016]本專利技術中，雙行星攪拌機的分散頭為鋸齒形，分散頭位于一次酸洗得到的第一硅納米線漿液的2/3液位處，確保硅納米線分散，從而促進硅顆粒和較粗的硅線脫離硅納米線。
[0017]優選地，所述攪拌機的轉速為15～80rmp/min，例如可以是15rmp/min、20rmp/min、30rmp/min、40rmp/min、50rmp/min、60rmp/min、70rmp/min或80rmp/min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
[0018]優選地，所述攪拌機的分散頭轉速為500～3000rmp/min，例如可以是500rmp/min、800rmp/min、1000rmp/min、1200rmp/min、1500rmp/min、2000rmp/min、2200rmp/min、2500rmp/min、2800rmp/min或3000rmp/min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
[0019]本專利技術限定了分散頭的轉速為500～3000rmp/min，當分散頭的轉速低于500rmp/min時，會導致硅納米線長徑比過大，難于分散，其硅顆粒雜質不易分離，且應用于鋰離子電池負極材料時涂布困難；當分散頭的轉速高于3000rmp/min時，會導致硅納米線長徑比過小，與硅顆粒共同形成懸浮液，硅顆粒不能得到有效分離。
[0020]優選地，所述一次分散的時間為3～90min，例如可以是3min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
[0021]作為本專利技術一種優選的技術方案，所述二次分散的過程在攪拌下進行。
[0022]本專利技術中，將第一硅納米線懸濁液放置于反應釜中進行攪拌，并在分散劑的作用下，進一步促進第一硅納米線懸濁液中硅納米線與硅顆粒和較粗的硅線的分離。在二次分散過程中，硅顆粒和較粗的硅線逐漸沉降在反應釜底部，形成沉淀，而硅納米線則懸浮于溶液中，形成懸濁液。
[0023]優選地，所述攪拌的轉速為10～200rmp/min，例如可以是10rmp/min、20rmp/min、40rmp/min、60rmp/min、80rmp/min、100rmp/min、120rmp/min、140rmp/min、160rmp/min、180rmp/min或200rmp/min，但并不僅限于所列舉的數值，該數值范圍內其他未列舉的數值同樣適用。
[0024]本專利技術限定了二次分散的攪拌轉速為10～200rmp/min，當攪拌轉速低于10rmp/min時，會導致擾動力較小，不能打破硅納米線與硅顆粒的鍵能，從而難于從硅線中分離；當攪拌轉速高于200rmp/min時，會導致硅顆粒隨著硅納米線一起攪動，不能通過重力沉淀。
[0025]優選地，所述攪拌的時間為3～90min，例本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種硅納米線材料的提純方法，其特征在于，所述提純方法包括：對待提純硅納米線材料依次進行一次酸洗、一次分散、二次分散和二次酸洗后，得到純化硅納米線材料。2.根據權利要求1所述的提純方法，其特征在于，所述一次分散的過程在攪拌機中進行；優選地，所述攪拌機包括雙行星攪拌機；優選地，所述攪拌機的轉速為15～80rmp/min；優選地，所述攪拌機的分散頭轉速為500～3000rmp/min；優選地，所述一次分散的時間為3～90min。3.根據權利要求1或2所述的提純方法，其特征在于，所述二次分散的過程在攪拌下進行；優選地，所述攪拌的轉速為10～200rmp/min；優選地，所述攪拌的時間為3～90min；優選地，所述二次分散的過程中加入有分散劑；優選地，以所述待提純硅納米線材料的質量分數為100wt％計，所述分散劑的加入量為0.1～0.5wt％；優選地，所述分散劑包括乙醇、十六烷基三甲基溴化銨、六偏磷酸鈉、三乙胺、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的任意一種或至少兩種的組合；優選地，所述二次分散后，取懸濁液進行過濾得到第一硅納米線材料。4.根據權利要求1
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3任一項所述的提純方法，其特征在于，所述待提純硅納米線材料中硅納米線的直徑為10～500nm；優選地，所述待提純硅納米線材料中硅納米線的長度為2～50μm；優選地，所述待提純硅納米線材料中的化學雜質包括鋅和/或氯化鋅；優選地，以所述待提純硅納米線材料的質量分數為100wt％計，所述鋅的質量分數為0～30wt％，且不包括0；優選地，以所述待提純硅納米線材料的質量分數為100wt％計，所述氯化鋅的質量分數為0～40wt％，且不包括0；優選地，所述待提純硅納米線材料中的物理雜質包括硅線和/或硅顆粒；優選地，所述硅線的直徑為500nm～400μm；優選地，以所述待提純硅納米線材料的質量分數為100wt％計，所述硅線的質量分數為0～40wt％；優選地，所述硅顆粒的粒徑為500nm～400μm；優選地，以所述待提純硅納米線材料的質量分數為100wt％計，所述硅顆粒的質量分數為0～40wt％，且不為0。5.根據權利要求1
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4任一項所述的提純方法，其特征在于，所述一次酸洗的時間為1～5h；優選地，所述一次酸洗采用的一次酸溶液包括鹽酸溶液、硝酸溶液或硫酸溶液中的任意一種或至少兩種的組合；優選地，所述鹽酸溶液的濃度為5～36wt％；
優選地，所述硝酸溶液的濃度為5～42wt％；優選地，所述硫酸溶液的濃度為5～98wt％；優選地，所述一次酸溶液與所述待提純硅納米線材料的質量比為(17～27):1；優選地，所述一次酸洗后進行水洗，得到第一硅納米線漿液；優選地，所述第一硅納米線漿液的pH為6～8。6.根據權利要求1
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5任一項所述的提純方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙常，張錫強，熊超杰，代學志，胥強，陳茜，廖健淞，楊寧寧，陳曉兵，劉中才，徐建偉，
申請(專利權)人：拓米成都應用技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：