中國粉體網(wǎng)訊 硅基負(fù)極，尤其是前景更好的硅碳負(fù)極，其膨脹問題已經(jīng)是整個行業(yè)內(nèi)待解決難題，硅的納米化成為解決該問題的一個主要研究方向。納米硅粉的可控和規(guī)模化制備為后續(xù)實現(xiàn)以納米硅為基構(gòu)筑復(fù)合、穩(wěn)定和高導(dǎo)電性的鋰離子電池硅基負(fù)極材料提供了保證。
納米硅粉制備方法
機(jī)械研磨法
機(jī)械研磨法是利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)及粒子之間的相互作用產(chǎn)生的機(jī)械碾壓力和剪切力將尺寸較大的硅材料研磨成納米尺寸的粉末。
化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法是一種以硅烷為反應(yīng)原料進(jìn)行納米硅粉生產(chǎn)的技術(shù)。根據(jù)誘發(fā)硅烷熱解的能量源不同，可分為等離子增強化學(xué)氣相沉積法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法和流化床法。
等離子蒸發(fā)冷凝法
等離子蒸發(fā)冷凝法通過等離子熱源將反應(yīng)原料氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過快速冷凝技術(shù)，冷凝為固體粉末。根據(jù)等離子體炬熱源不同，可以分為感應(yīng)等離子法和電弧等離子體法。
納米硅粉國產(chǎn)化替代道路上的先行企業(yè)
浙江中寧硅業(yè)有限公司
中寧硅業(yè)成立于2007年，于2018年成為上市公司多氟多新材料股份有限公司控股子公司。
公司是國家高新技術(shù)企業(yè)，國家“專精特新”小巨人企業(yè)，擁有浙江省首批重點企業(yè)研究院---高純硅材料研究院。公司是生產(chǎn)電子級特氣和新能源電池材料的科技型創(chuàng)新型公司，生產(chǎn)的高純硅烷、乙硅烷、四氟化硅是半導(dǎo)體、液晶、光伏行業(yè)發(fā)展不可或缺的材料，是國家和省應(yīng)急攻關(guān)替代進(jìn)口的重點發(fā)展產(chǎn)品。其中電子級硅烷被國家科技部評為“國家重點新產(chǎn)品”，多次被評為“中國新型顯示產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展特殊貢獻(xiàn)獎”。
公司生產(chǎn)的高純納米硅粉，是在電子級硅烷氣的基礎(chǔ)上向下游延伸的產(chǎn)品，采用自主開發(fā)的熱化學(xué)氣相沉積分解硅烷的方法，制備出的硅粉純度高達(dá)99.99%，粒度在20-100nm之間。并且實現(xiàn)200T/年的生產(chǎn)能力，是國內(nèi)首條能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)納米硅粉的生產(chǎn)線。
中寧硅業(yè)納米硅粉（來源：中寧硅業(yè)）
公司所制備的納米硅粉，已經(jīng)在中科院、西安交大、上海復(fù)旦大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)檢測及試用，在電化學(xué)性能上表現(xiàn)出優(yōu)異的品質(zhì)。同時與寧德時代、天目先導(dǎo)、比亞迪、貝特瑞、星城石墨等電池材料生產(chǎn)廠家合作，進(jìn)行深度研發(fā)，逐步克服硅粉團(tuán)聚、體積膨脹等問題。
目前，公司500T/年高純納米硅粉及5000T/年硅碳復(fù)合材料生產(chǎn)項目，正在進(jìn)行環(huán)境影響報告書環(huán)評公示，假以時日，公司高純納米硅粉產(chǎn)能將達(dá)到700T/年。
江蘇博遷新材料有限公司
博遷新材成立于2010年，是一家集高端納米金屬粉體材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)，是中國納米金屬材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的開拓者之一。
公司主要產(chǎn)品包括鎳粉、銀粉、銅粉等純金屬粉和合金粉，還依托自身技術(shù)優(yōu)勢拓展了銀包銅粉、納米硅粉等新產(chǎn)品。
公司利用自身納米金屬粉體行業(yè)多年的技術(shù)積累，開發(fā)了納米級硅粉專用的常壓下等離子蒸發(fā)冷凝物理氣相法技術(shù)，可以生產(chǎn)100nm以下的硅粉，具備純度高、粒徑小、粒徑均勻、球形狀、分散性好等特性，公司通過對生產(chǎn)過程持續(xù)的工藝優(yōu)化，硅粉單產(chǎn)效率得以有效提升。
博遷新材納米硅粉參數(shù)（來源：博遷新材）
目前，公司全資子公司寧波廣新納米材料有限公司與寧波廣遷電子材料有限公司以自有資金，合資設(shè)立了江蘇廣豫儲能材料有限公司，并競拍取得土地使用權(quán)，正式建設(shè)硅碳負(fù)極用納米級硅粉中試生產(chǎn)線項目。公司還與中科院寧波材料所合作組建“先進(jìn)能源材料與儲能器件研發(fā)中心”，共同探索碳包覆技術(shù)，加快推進(jìn)鋰電池負(fù)極材料用納米硅粉的規(guī)�；慨a(chǎn)進(jìn)程。
小結(jié)
西方國家工業(yè)生產(chǎn)納米硅粉的起步較早，有專門的硅粉制品公司，如日本帝人、美國杜邦、德國H. C.Stark、加拿大泰克納等均能夠應(yīng)用等離子蒸發(fā)冷凝法生產(chǎn)多種不同粒度的高純納米硅粉，生產(chǎn)技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。
國內(nèi)對納米硅粉的研制起步較晚，制造水平相對落后，通常情況下采用機(jī)械球磨法合成納米硅粉，該方法雖然可以制備出不同粒徑的納米硅粉，但是普遍存在純度低、效率低、形貌一致性與粒徑控制困難等突出問題。如何有效控制納米硅粉的形貌和粒徑，如何降低成本，實現(xiàn)納米硅粉的大規(guī)模生產(chǎn)，還是國內(nèi)企業(yè)需要一直探索的問題。
參考資料：
1、張思源等，《納米硅粉制備技術(shù)及發(fā)展前景展望》
2、張佃平，《納米硅的定向生長制備及在鋰電池中的應(yīng)用研究》
3、博遷新材官網(wǎng)/2022年年報、中寧硅業(yè)官網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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