CN105932267A - 一种提高硅粉导电性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高硅粉导电性的方法，包括如下步骤：依次采用丙酮和水溶液对p型/n型硅粉原料进行清洗；然后将清洗后的p型/n型硅粉置于含三族/五族元素的溶液中搅拌混合，接着对混合后的p型/n型硅粉进行抽滤、烘干；最后在保护气氛下对上述混合后的p型/n型硅粉进行热处理，目的是使三族/五族元素扩散进入硅中以起到掺杂的作用，从而提高硅粉的导电性。本发明工艺简单、成本低廉、硅粉导电性可控，非常适合大规模产业化生产，有望在锂离子电池、光电材料及传感器等领域得到很好的实际应用。

Description

一种提高硅粉导电性的方法
技术领域
本发明属于新能源纳米材料制备技术领域。
背景技术
众所周知，锂离子电池因其能量密度高、功率密度高、循环性能好、环境友好以及结构多样化等优异特性已得到广泛应用。在锂离子动力电池的发展需求方面，要求负极材料具有高容量、快速率充放电等特点。现有的石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，其中商业化石墨负极产品已达350mAh/g左右，基本已无提升空间。硅作为锂离子电池负极材料的理论容量可达4200mAh/g左右，且硅在地壳中的含量丰富，仅次于氧，因此成为研究热点。但是，硅属半导体材料，其导电性较差，电子从硅中迁移至集流体上所需时间较长，致使在大电流充放电时，硅中的电子较难迁移出来，即导致硅负极材料的倍率性能较差。
在现有的解决方案中，采用碳包覆硅颗粒来提高硅材料的导电性是至今锂离子电池企业所接受的一种方法。但是，碳包覆法只是一种折中的方法，没有从根本上解决硅导电性低的问题，且这种方法只适合于尺寸较小的硅颗粒，同时由于碳的比容量远不如硅，碳包覆会导致整体比容量下降。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种提高硅粉导电性的方法，该方法工艺简单并可低成本、大规模生产，可从根本上解决硅材料导电性低的问题。
本发明是通过以下两种技术方案实现的。
一种提高硅粉导电性的方法，其特征是包括如下步骤。
（1）依次采用丙酮和水溶液对p型硅粉原料进行清洗。
（2）然后将清洗后的p型硅粉置于含三族元素的溶液中搅拌混合，接着对混合后的p型硅粉进行抽滤、烘干。
（3）最后在保护气氛下对上述混合后的p型硅粉进行热处理，目的是使三族元素扩散进入硅中以起到掺杂的作用，从而提高硅粉的导电性。
本发明步骤（1）中所述硅粉原料为颗粒状、片状。
本发明步骤（2）中所述三族元素为硼、铝、镓、铟。
本发明步骤（2）中所述搅拌时间为1-600min，溶液温度为1-100℃。
本发明步骤（3）中所述的热处理温度为600-1300℃，热处理时间为1-600min。
一种提高硅粉导电性的方法，其特征是包括如下步骤。
（1）依次采用丙酮和水溶液对n型硅粉原料进行清洗。
（2）然后将清洗后的n型硅粉置于含五族元素的溶液中搅拌混合，接着对混合后的n型硅粉进行抽滤、烘干。
（3）最后在保护气氛下对上述混合后的n型硅粉进行热处理，目的是使五族元素扩散进入硅中以起到掺杂的作用，从而提高硅粉的导电性。
本发明步骤（1）中所述硅粉原料为颗粒状、片状。
本发明步骤（2）中所述五族元素为磷、砷。
本发明步骤（2）中所述搅拌时间为1-600min，溶液温度为1-100℃。
本发明步骤（3）中所述的热处理温度为600-1300℃，热处理时间为1-600min。
本发明相对于现有碳包覆法，其具有以下优点。
（1）该方法可从根本上解决硅材料导电性低的问题。
（2）该方法中不需要碳，因此硅负极材料的整体比容量不会降低。
（3）该方法制备的硅材料的导电性可精确控制。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1。
本实施例所述一种提高硅粉导电性的方法，具体包括以下步骤。
（1）依次采用丙酮和水溶液对p型硅粉原料进行清洗。
（2）然后将清洗后的p型硅粉、硼酸和超纯水按质量比为1:1:1搅拌混合，溶液温度为25℃，搅拌时间为30min，接着对混合后的p型硅粉进行抽滤、烘干。
（3）最后在保护气氛下对上述混合后的p型硅粉进行热处理，处理温度为900℃，处理时间为60min。
采用本方法可获得导电率为5×103S/cm的p型硅粉。
实施例2。
本实施例所述一种提高硅粉导电性的方法，具体包括以下步骤。
（1）依次采用丙酮和水溶液对p型硅粉原料进行清洗。
（2）然后将清洗后的p型硅粉和太阳电池用铝浆按质量比为1:1搅拌混合，溶液温度为60℃，搅拌时间为60min，接着对混合后的p型硅粉进行抽滤、烘干。
（3）最后在保护气氛下对上述混合后的p型硅粉进行热处理，处理温度为900℃，处理时间为60min。
采用本方法可获得导电率为3×103S/cm的p型硅粉。
实施例3。
本实施例所述一种提高硅粉导电性的方法，具体包括以下步骤。
（1）依次采用丙酮和水溶液对n型硅粉原料进行清洗。
（2）然后将清洗后的n型硅粉、磷酸和超纯水按质量比为1:1:1搅拌混合，溶液温度为50℃，搅拌时间为60min，接着对混合后的n型硅粉进行抽滤、烘干。
（3）最后在保护气氛下对上述混合后的n型硅粉进行热处理，处理温度为850℃，处理时间为60min。
采用本方法可获得导电率为2×103S/cm的n型硅粉。

Claims (10)

1.一种提高硅粉导电性的方法，其特征是包括如下步骤：
（1）依次采用丙酮和水溶液对p型硅粉原料进行清洗；
（2）然后将清洗后的p型硅粉置于含三族元素的溶液中搅拌混合，接着对混合后的p型硅粉进行抽滤、烘干；
（3）最后在保护气氛下对上述混合后的p型硅粉进行热处理。
2.根据权利要求1所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（1）中所述硅粉原料为颗粒状、片状。
3.根据权利要求1所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（2）中所述三族元素为硼、铝、镓、铟。
4.根据权利要求1所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（2）中所述搅拌时间为1-600min，溶液温度为1-100℃。
5.根据权利要求1所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（3）中所述的热处理温度为600-1300℃，热处理时间为1-600min。
6.一种提高硅粉导电性的方法，其特征是包括如下步骤：
（1）依次采用丙酮和水溶液对n型硅粉原料进行清洗；
（2）然后将清洗后的n型硅粉置于含五族元素的溶液中搅拌混合，接着对混合后的n型硅粉进行抽滤、烘干；
（3）最后在保护气氛下对上述混合后的n型硅粉进行热处理。
7.根据权利要求6所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（1）中所述硅粉原料为颗粒状、片状。
8.根据权利要求6所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（2）中所述五族元素为磷、砷。
9.根据权利要求6所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（2）中所述搅拌时间为1-600min，溶液温度为1-100℃。
10.根据权利要求6所述的提高硅粉导电性的方法，其特征是步骤（3）中所述的热处理温度为600-1300℃，热处理时间为1-600min。
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