改善納米矽研磨液分散性能的方法
2023-12-10 05:13:36
專利名稱：改善納米矽研磨液分散性能的方法
技術領域：
本發明涉及ー種納米矽研磨液的製備方法，特別是ー種改善負極材料所用納米矽研磨液的性能的方法。
背景技術：
迄今為止，負極材料中矽的理論容量最高。Li和Si形成合金LixSi (0〈x< 4. 4)，一般認為在常溫下，矽負極與鋰合金化產生的富鋰產物主要是Li3.75Si相，容量高達3572mAh/g，遠大於石墨的理論容量，但伴隨著充放電時巨大的體積變化，其體積膨脹高達270%，矽的粉化致使電極結構失穩而失效，導致電極結構的崩塌和活性材料剝落而使電極 失去電接觸，電極的容量隨之大幅度下降甚至完全失效。特別是普通純矽，循環穩定性很差，循環5次後容量就從3000mAh/g以上幾乎降為零。為了避免矽循環穩定性差的缺點，可以採取的方案有(I)利用「緩衝骨架」來補償材料膨脹，⑵製備納米矽顆粒(D5CI〈100nm)，利用納米材料的特殊力學性能，因納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現出甚佳的韌性與一定的延展性，使納米材料具有新奇的力學性質，從而能夠減緩矽顆粒的體積效應。但是納米矽表面原子數、比表面積和表面能都會迅速増加，表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質，易與其它原子相結合，故具有很大的化學活性，容易在放置和使用過程中發生團聚。
發明內容
本發明的目的是提供ー種改善納米矽研磨液分散性能的方法，要解決的技術問題是提高納米矽儲存性能和加工性能。本發明採用以下技術方案ー種改善納米矽研磨液分散性能的方法，包括以下步驟一、在粒徑為50 8011111、矽含量> 90%的粗矽粉中，加入分散介質調節矽粉質量固含量為10 35%，轉速為800 1500r/min，粗磨10 45h得到矽研磨液；所述分散介質為非水溶剤；ニ、在矽研磨液中加入研磨媒體，研磨媒體與矽粉的質量比為2 3. 5 1，添加分散介質使矽粉和研磨媒體的質量固含量為10 25%，砂磨時間20 80h，轉速為1500 2700r/min，得到砂磨後的矽研磨液；三、按粗矽粉質量的0. I 5%，在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散劑，轉速500 2500r/min,時間15 30min,得到納米娃研磨液；所述電解質陰離子分散劑為木質素磺酸鹽系、聚烯烴磺酸鹽系、磺酸鹽系、腐植酸系或硫酸酯鹽。本發明的分散介質為丙酮、丁酮、甲苯、こ醇、異丙醇、環己烷或環己酮。本發明的木質素磺酸鹽係為木質素磺酸鈉、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鎂、木質素磺酸鈉銨；所述聚烯烴磺酸鹽係為聚苯こ烯磺酸鈉、聚苯こ烯磺酸銨、聚苯こ烯磺酸鎂；所述磺酸鹽係為萘磺酸鈉甲醛縮聚物、萘磺酸鉀甲醛縮聚物；所述腐植酸係為腐植酸鈉和腐植酸鉀；所述硫酸酯鹽為異辛醇硫酸鈉、月桂醇聚醚硫酸酯鈉。
本發明的強電解質陰離子分散劑為木質素磺酸鈉。本發明的研磨媒體為氧化鋯球，粒徑為0. 1mm。本發明的按粗矽粉質量的I. 2%，在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散齊U。本發明在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散劑，轉速2000r/min。本發明在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散剤，時間20min。本發明在粒徑為60lim的粗娃粉中,加入分散介質調節娃粉質量固含量為25%,粗磨25h得到娃研磨液。本發明在矽研磨液中加入研磨媒體，研磨媒體與矽粉的質量比為3 1，添加分散介質使矽粉和研磨媒體的質量固含量為17%，砂磨時間37h，轉速為2200r/min。本發明與現有技術相比，利用強電解質陰離子分散劑吸附分散在納米矽顆粒上，對納米矽顆粒進行改性處理，陰離子吸附在納米矽顆粒上使納米矽帶上負電荷，負電荷之間的排斥力使納米矽顆粒分散並懸浮在分散介質中，從而改善了納米矽研磨液中納米矽的分散性，抑制納米矽在儲存和使用過程中發生團聚，提高了其儲存性能和加工性能。
圖I為本發明實施例I納米矽研磨液未經強電解質陰離子分散劑處理自然乾燥後的SEM圖。圖2為本發明實施例I經過強電解質陰離子分散劑處理後納米矽研磨液自然乾燥後的SEM圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步詳細說明。本發明的改善納米矽研磨液分散性能的方法，包括以下步驟一、粗磨，將粒徑為50 80 ii m、矽含量> 90%的粗矽粉倒入攪拌磨中，加入分散介質調節矽粉質量固含量為10 35%，轉速為800 1500r/min，粗磨10 45h得到矽研磨液，粗磨後娃粒徑為0. I 3 ii m。分散介質為非水溶劑丙酮、丁酮、甲苯、こ醇、混丙醇、環己烷或環己酮。ニ、砂磨，將矽研磨液轉移至臥式納米陶瓷結構的砂磨機中，加入研磨媒體，添加分散介質以確保砂磨過程中矽粉和研磨媒體的質量固含量為10 25%，砂磨時間20 80h,轉速為1500 2700r/min,得到砂磨後的娃研磨液。研磨媒體為氧化錯球,粒徑為0. Imm,研磨媒體與娃粉的質量比為2 3. 5 I。三、添加強電解質陰離子分散劑，按粗矽粉質量的0. I 5%，在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散劑，轉速500 2500r/min，時間15 30min，抑制其在放置和使用過程中發生團聚，得到納米矽研磨液。
強電解質陰離子分散劑為木質素磺酸鹽系、聚烯烴磺酸鹽系、磺酸鹽系、腐植酸系或硫酸酯鹽。所述陰離子分散劑在體系中均能電離出陰離子而吸附在納米矽顆粒上，利用陰離子的負電荷性増大納米矽顆粒間的排斥作用而使分散性得以改善。木質素磺酸鹽系包括木質素磺酸鈉、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鎂、木質素磺酸鈉銨。聚烯烴磺酸鹽系包括聚苯こ烯磺酸鈉、聚苯こ烯磺酸銨、聚苯こ烯磺酸鎂。磺酸鹽系包括萘磺酸鈉甲醛縮聚物、萘磺酸鉀甲醛縮聚物。腐植酸系包括腐植酸鈉和腐植酸鉀。硫酸酯鹽包括異辛醇硫酸鈉、月桂醇聚醚硫酸酯鈉。將本發明方法得到的納米矽研磨液，用分散介質稀釋10 20倍，超聲分散15 25min,頻率16 30KHZ，功率密度0. 3 0. 8W/cm2。將稀釋和分散後的納米矽研磨液用滴管滴加2 3滴到鋁箔上，自然乾燥後送樣檢測SEM，並標記顆粒大小。
將本發明方法得到的納米矽研磨液，採用沉降法考察研磨液在放置過程中不發生團聚，其具體過程為用IOOmL量筒量取本發明方法得到的納米矽研磨液IOOmL,密封后放置在陰涼乾燥處，溫度為24. 3°C，相対溼度43%，觀察納米矽顆粒的沉降情況，經過14天的觀察後，納米矽研磨液無沉降現象，說明採用本發明的方法製備的納米矽研磨液穩定性良好，不發生團聚現象。採用SEM圖片對照驗證採用本發明方法製備的矽研磨液在使用過程中不發生沉降。對本發明方法得到的納米矽研磨液，採用NDJ-5S數字旋轉粘度計測試研磨液的粘度。實施例1，將粒度為60iim、矽含量為95%的粗矽粉倒入攪拌磨中，再加入丙酮調節固含量為25%,轉速為1200r/min,粗磨25h,粗磨後粒徑為I y m。將粗磨後的娃研磨液轉移至臥式納米陶瓷結構砂磨機中，研磨媒體與矽粉的質量比為3 1，添加分散介質保證砂磨過程中的固含量為17%,然後進行砂磨,砂磨時間為37h,轉數2200r/min,得到砂磨後的娃研磨液。加入佔矽粉重量比I. 2%的強電解質陰離子分散劑木質素磺酸鈉到砂磨後的矽研磨液，轉速500r/min,時間20min,得到納米娃研磨液。密封后放置,經過14天的觀察後,納米矽研磨液無沉降現象。粘度為15. 4mpa*s，說明矽顆粒之間沒有發生團聚，仍然以一次離子的形式分散在分散介質中。如圖I所示，納米矽研磨液未經分散劑處理前自然乾燥時容易發生團聚，一次粒子數較少。如圖2所示，納米矽研磨液經分散劑處理後乾燥後一次粒子數較多，且納米矽不會發生團聚。對比例1，將粒度為60 U m、矽含量為95%的粗矽粉倒入攪拌磨中，再加入丙酮調節固含量為25%,轉速為1200r/min,粗磨25h,粗磨後粒徑為I y m。將粗磨後的娃研磨液轉移至臥式納米陶瓷結構砂磨機中，研磨媒體與矽粉的質量比為3 1，添加分散介質保證砂磨過程中的固含量為17%,然後進行砂磨,砂磨時間為37h,轉數2200r/min,得到砂磨後的娃研磨液。砂磨結束後加入佔矽粉重量比10%的非離子型分散劑聚こ烯吡咯烷酮到砂磨後的娃研磨液，轉速500r/min,時間20min,得到納米娃研磨液。密封后放置,經過14天的觀察後，納米矽研磨液發生沉降，底部有較多矽顆粒。粘度為304. 5mpa *s，說明矽顆粒之間發生團聚生成二次離子而使得納米矽研磨液的粘度増加。實施例2，將粒度為60 U m、矽含量為95%的粗矽粉倒入攪拌磨中，再加入甲苯調節固含量為25%,轉速為1500r/min,粗磨25h,粗磨後粒徑為I y m。將粗磨後的娃研磨液轉移至臥式納米陶瓷結構砂磨機中，研磨媒體與矽粉的質量比為3. 5 1，添加分散介質保證砂磨過程中的固含量為17%,然後進行砂磨,砂磨時間為37h,轉數2200r/min,得到砂磨後的矽研磨液。加入佔矽粉重量比I. 2%的強電解質陰離子分散劑木質素磺酸鈉到砂磨後的矽研磨液，轉速2000r/min,時間30min,得到納米娃研磨液。密封后放置,經過14天的觀察後，納米矽研磨液無沉降現象。粘度為13. 42mpa s，說明矽顆粒之間沒有發生團聚，仍然以一次離子的形式分散在分散介質中。對比例2，將粒度為60 U m、矽含量為95%的粗矽粉倒入攪拌磨中，再加入丙酮調節固含量為25%,轉速為1500r/min,粗磨25h,粗磨後粒徑為I y m。將粗磨後的娃研磨液轉移至臥式納米陶瓷結構砂磨機中，研磨媒體與矽粉的質量比為1.8 1，添加分散介質保證砂磨過程中的固含量為17%,然後進行砂磨,砂磨時間為37h,轉數2200r/min,得到砂磨後的矽研磨液。砂磨結束後加入佔矽粉重量比I. 2%的弱電解質陰離子分散劑馬來酸-丙烯酸鈉鹽到砂磨後的娃研磨液，轉速2000r/min,時間IOmin,得到納米娃研磨液。密封后放置，經過14天的觀察後，納米矽研磨液發生沉降，底部有較多矽顆粒。粘度為103. 5mpa s，說明矽顆粒之間發生團聚生成二次離子而使得納米矽研磨液的粘度增加。實施例3，將粒度為50 U m、矽含量為95%的粗矽粉倒入攪拌磨中，再加入乙醇調節固含量為10%，轉速為1500r/min，粗磨10h，粗磨後粒徑為3 y m。將粗磨後的矽研磨液轉移 至臥式納米陶瓷結構砂磨機中，研磨媒體與矽粉的質量比為3 1，添加分散介質保證砂磨過程中的固含量為10%,然後進行砂磨,砂磨時間為80h,轉數2700r/min,得到砂磨後的娃研磨液。加入佔矽粉重量比0. 1%的強電解質陰離子分散劑木質素磺酸鈉到砂磨後的矽研磨液，轉速2500r/min,時間20min,得到納米娃研磨液。密封后放置,經過14天的觀察後，納米矽研磨液無沉降現象。粘度為14. 7mpa*s，說明矽顆粒之間沒有發生團聚，仍然以一次離子的形式分散在分散介質中。實施例4，將粒度為80 u m、矽含量為95%的粗矽粉倒入攪拌磨中，再加入混丙醇調節固含量為35%，轉速為800r/min，粗磨45h，粗磨後粒徑為0. I y m。將粗磨後的矽研磨液轉移至臥式納米陶瓷結構砂磨機中，研磨媒體與矽粉的質量比為2 1，添加分散介質保證砂磨過程中的固含量為25%,然後進行砂磨,砂磨時間為20h,轉數1500r/min,得到砂磨後 的矽研磨液。加入佔矽粉重量比5%的強電解質陰離子分散劑木質素磺酸鈉到砂磨後的矽研磨液，轉速2000r/min,時間15min,得到納米娃研磨液。密封后放置，經過14天的觀察後，納米矽研磨液無沉降現象。粘度為15. 2mpa s，說明矽顆粒之間沒有發生團聚，仍然以一次離子的形式分散在分散介質中。實施例中沒有列舉的強電解質陰離子分散劑有木質素磺酸鈣、木質素磺酸鎂、木質素磺酸鈉銨、聚苯乙烯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸銨、聚苯乙烯磺酸鎂、萘磺酸鈉甲醛縮聚物、萘磺酸鉀甲醛縮聚物、腐植酸鈉、腐植酸鉀、異辛醇硫酸鈉、月桂醇聚醚硫酸酯鈉。上述強電解質陰離子分散劑與木質素磺酸鈉具有相同性質，都屬於陰離子表面活性劑，在水中解離後，生成憎水性陰離子。其中長鏈的帶有負電荷的陰離子具有表面活性。在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散劑可以使陰離子表面活性劑在有水的情況下，發生電離生成長鏈的陰離子和短鏈的陽離子，同時由於所用長鏈陰離子部分對納米矽顆粒有較強的吸著力而使得納米娃顆粒表面帶上負電荷，增大顆粒之間的負電荷排斥力而改善娃研磨液的 分散性，所以適用本發明的方法。
權利要求
1.ー種改善納米娃研磨液分散性能的方法，包括以下步驟一、在粒徑為50 80μηι、矽含量> 90%的粗矽粉中，加入分散介質調節矽粉質量固含量為10 35%，轉速為800 1500r/min,粗磨10 45h得到娃研磨液；所述分散介質為非水溶劑；ニ、在娃研磨液中加入研磨媒體，研磨媒體與矽粉的質量比為2 3. 5 I，添加分散介質使矽粉和研磨媒體的質量固含量為10 25%，砂磨時間20 80h，轉速為1500 2700r/min，得到砂磨後的矽研磨液；三、按粗矽粉質量的O. I 5%，在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散剤，轉速500 2500r/min,時間15 30min,得到納米娃研磨液；所述電解質陰離子分散劑為木質素磺酸鹽系、聚烯烴磺酸鹽系、磺酸鹽系、腐植酸系或硫酸酯鹽。
2.根據權利要求I所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述分散介質為丙酮、丁酮、甲苯、こ醇、異丙醇、環己烷或環己酮。
3.根據權利要求2所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述木質素磺酸鹽係為木質素磺酸鈉、木質素磺酸鈣、木質素磺酸鎂、木質素磺酸鈉銨；所述聚烯烴磺酸鹽係為聚苯こ烯磺酸鈉、聚苯こ烯磺酸銨、聚苯こ烯磺酸鎂；所述磺酸鹽係為萘磺酸鈉甲醛縮聚物、萘磺酸鉀甲醛縮聚物； 所述腐植酸係為腐植酸鈉和腐植酸鉀；所述硫酸酯鹽為異辛醇硫酸鈉、月桂醇聚醚硫酸酯鈉。
4.根據權利要求3所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述強電解質陰離子分散劑為木質素磺酸鈉。
5.根據權利要求4所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述研磨媒體為氧化錯球，粒徑為O. 1mm。
6.根據權利要求5所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述按粗矽粉質量的I. 2%，在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散剤。
7.根據權利要求6所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述在砂磨後的娃研磨液中添加強電解質陰離子分散劑，轉速2000r/min。
8.根據權利要求7所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述在砂磨後的矽研磨液中添加強電解質陰離子分散剤，時間20min。
9.根據權利要求8所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述在粒徑為60 μ m的粗矽粉中，加入分散介質調節矽粉質量固含量為25%，粗磨25h得到矽研磨液。
10.根據權利要求9所述的改善納米矽研磨液分散性能的方法，其特徵在於所述在矽研磨液中加入研磨媒體，研磨媒體與矽粉的質量比為3 I，添加分散介質使矽粉和研磨媒體的質量固含量為17%，砂磨時間37h，轉速為2200r/min。
全文摘要
本發明公開了一種改善納米矽研磨液分散性能的方法，要解決的技術問題是提高納米矽儲存性能和加工性能。本發明的方法，包括以下步驟在矽粉中，加入分散介質得到矽研磨液，在矽研磨液中加入研磨媒體，得到砂磨後的矽研磨液，在砂磨後的矽研磨液中添加陰離子分散劑，得到納米矽研磨液。本發明與現有技術相比，利用強電解質陰離子分散劑吸附分散在納米矽顆粒上，對納米矽顆粒進行改性處理，陰離子吸附在納米矽顆粒上使納米矽帶上負電荷，負電荷之間的排斥力使納米矽顆粒分散並懸浮在分散介質中，從而改善了納米矽研磨液中納米矽的分散性，抑制納米矽在儲存和使用過程中發生團聚，提高了其儲存性能和加工性能。
文檔編號C09C3/08GK102702796SQ20121016902
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月28日 優先權日2012年5月28日
發明者劉祥, 嶽敏, 肖翠翠, 黃友元 申請人:深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司