CN110947953A - 用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法 - Google Patents

用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法 Download PDF

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CN110947953A CN201911319163.5A CN201911319163A CN110947953A CN 110947953 A CN110947953 A CN 110947953A CN 201911319163 A CN201911319163 A CN 201911319163A CN 110947953 A CN110947953 A CN 110947953A
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Abstract

本发明涉及用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，步骤1：制备溶液；步骤2：还原反应；步骤3：银粉化学改性；步骤4：银粉表面处理步骤5：银粉过筛、待检；得到银粉参数为，D10在0.7～1.2um，D50在1.3～2.0um，D90在2.0～2.9um，D100在3.4～5.2um，比表面积在0.36～0.61m2/g，振实密度大于5.0g/cm3。本发明制备的银粉平均粒径D50在1.3～2.0微米之间，的类球形银粉，能够兼顾填充性能和烧结活性。

Description

用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法
技术领域
本发明属于银粉制备的领域，尤其涉及用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法。
背景技术
在光伏金属化银浆中，正面电极银浆需要银粉能够提供高的堆积密度，在丝网印刷时，能够获得大的高宽比，同时，随着配套材料的改进及能源消耗的降低，以及电性能的提升，烧结温度在持续降低，要求银粉能够在更低的温度下烧结成型，以及其他一些厂家在配合时候的特殊要求。这些要求体现在指标上则要求银粉具有较高的振实密度、填充性能，以及较高的烧结活性。现有的国产银粉通常采用大小粒径粉体掺杂的方式，均衡银粉的整体性能，但是，在印刷时候的连续性及拉力的均匀性方面存在不稳定性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法。
用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备溶液，包括硝酸银溶液、还原剂溶液、配位剂溶液、添加剂溶液和缓冲溶液的制备；
步骤2：还原反应
在200～240r/min的高速搅拌下，将配位剂溶液加入还原剂溶液中，然后通过流量计将硝酸银溶液以一定流量快速加入到还原剂溶液中，控制过程温度在 15℃～50℃之间，在硝酸银溶液、配位剂溶液加入前或加入后，将添加剂溶液快速加入还原剂溶液中，加完后调整温度继续搅拌反应15～30min；
步骤3：银粉化学改性
上述步骤2还原反应结束后，通过沉降去除反应后的上层清液，余下部分转移至清洗桶中，用去离子水反清洗至电导率≤20μS/cm后，抽滤除水；加入缓冲溶液，高速搅拌分散后，在70℃的烘箱保温10小时干燥；
步骤4：银粉表面处理
将银粉加入表面整形设备中进行处理，获得类球形银粉；
步骤5：银粉过筛、待检
将步骤4处理后的银粉过500目筛网过筛获得银粉产品，并测试后得银粉参数为，D10在0.7～1.2um，D50在1.3～2.0um，D90在2.0～2.9um，D100在3.4～5.2um，比表面积在0.36～0.61m2/g，振实密度大于5.0g/cm3。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，所述硝酸银溶液的制备，将硝酸银溶于去离子水中，配制成质量浓度为 20％wt～35％wt的硝酸银溶液，控制温度35～70℃，制得硝酸银溶液。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，所述还原剂溶液的制备，将还原剂溶于去离子水中，配制成浓度为20～60g/L 的还原剂溶液，水浴中控制温度35～70℃，制得还原剂溶液，其中，所述的还原剂为自肼、甲醛、硫酸羟胺、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或几种。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，所述配位剂溶液的制备，将配位剂溶于去离子水中，水浴中控制温度35～70℃，制得配位剂溶液，其中，所述的配位剂为氨水、柠檬酸、柠檬酸钠、乙二胺中的一种或几种。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，所述添加剂溶液的制备，将添加剂溶于去离子水中，控制温度50～70℃，制得添加剂溶液，其中，所述的添加剂为乙二醇、司班、油酸、豆蔻酸、月桂酸、硬脂酸、PVP、阿拉伯胶和棕榈仁油中的一种或几种。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，所述步骤4中的表面整形设备为高速滚筒球磨机、气流破碎机或混料机。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和油酸，其中，硬脂酸的重量占比为21％，油酸的重量占比为79％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于32kg 纯水中，溶解后加入884g的25％氨水再溶解，将第一溶液倒入搅拌均匀得第二溶液；
将510g抗环血酸溶于1806g纯水中，加入106g乙二醇搅拌均匀，得到第三溶液；
第二溶液的温度控制在30℃，在搅拌速度240rpm快速搅拌下，将第三溶液一次性加入，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为 20μS/cm以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为0.97um，D50为1.42um，D90为2.43um，D100为3.85um，比表面积为0.51m2/g，振实密度为5.5g/cm3。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和棕榈仁油，其中，硬脂酸的重量占比为10％，棕榈仁油的重量占比为90％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于32Kg纯水中，溶解后加入935g25％氨水再溶解，将第一溶液倒入并搅拌均匀得第二溶液；
将510g抗环血酸溶于1806g纯水中，加入106g乙二醇搅拌均匀得到第三溶液；
第二溶液温度控制在40℃，在搅拌速度240rpm快速搅拌下，将第三溶液一次性加入，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为 20μS/cm以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为1.13um，D50为1.59um，D90为2.58um，D100为3.96um，比表面积为0.43m2/g，振实密度为5.9g/cm3。
优选地，所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和油酸，其中，硬脂酸的重量占比为21％，油酸的重量占比为79％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于15Kg 纯水中，溶解后加入833g25％氨水再溶解，将第一溶液倒入并搅拌均匀得第二溶液，第二溶液于45℃进行保温；
将15g添加剂溶于800g纯水中再加入53g丙三醇搅拌均匀得到第三溶液；将625g还原剂，溶于18Kg纯水中，将第三溶液加入并搅拌均匀得第四溶液，第四溶液于45℃进行保温；
在搅拌速度为240rpm，将第二溶液与第四溶液按一定流量匀速共同流入反应釜中，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为20μS/cm 以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为1.06um， D50为1.52um，D90为2.46um，D100为4.00um，比表面积为0.49m2/g，振实密度为6.20g/cm3。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、本发明的制备方法工艺设备的都有成熟产品无需特殊定制，化学合成配方工艺要求降低，窗口更宽，可调控范围更广，且能制备出D10在0.7～1.2um，D50在1.3～2.0um，D90在2.0～2.9um，D100在3.4～5.2um，比表面积在0.36～0.61m2/g，振实密度大于5.0g/cm3。
2、本发明通过用物理摩擦的方法，通过采用特定设备及工艺，利用银粉颗粒之间的反复摩擦，将银粉处理成类球形，能够提高银粉的流动性和填充性能，不再要求在化学合成时就一步合成为类球形银粉，扩宽了化学合成工艺配方的窗口。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明20μm下的扫描电镜图；
图2是图1在3μm下的扫描电镜图；
图3是本发明中氨水与银粉重量比下银粉D50粒径的曲线图；
图4是本发明氨水与银粉重量比下银粉振实密度的曲线图；
图5是本发明氨水与银粉重量比下银粉比表面积的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1至5及表1所示
用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：制备溶液，包括硝酸银溶液、还原剂溶液、配位剂溶液、添加剂溶液和缓冲溶液的制备；
步骤2：还原反应
在200～240r/min的高速搅拌下，将配位剂溶液加入还原剂溶液中，然后通过流量计将硝酸银溶液以一定流量快速加入到还原剂溶液中，控制过程温度在 15℃～50℃之间，在硝酸银溶液、配位剂溶液加入前或加入后，将添加剂溶液快速加入还原剂溶液中，加完后调整温度继续搅拌反应15～30min；
步骤3：银粉化学改性
上述步骤2还原反应结束后，通过沉降去除反应后的上层清液，余下部分转移至清洗桶中，用去离子水反清洗至电导率≤20μS/cm后，抽滤除水；加入缓冲溶液，高速搅拌分散后，在70℃的烘箱保温10小时干燥；
步骤4：银粉表面处理
将银粉加入表面整形设备中进行处理，获得类球形银粉；
步骤5：银粉过筛、待检
将步骤4处理后的银粉过500目筛网过筛获得银粉产品，并测试后得银粉参数为，D10在0.7～1.2um，D50在1.3～2.0um，D90在2.0～2.9um，D100在3.4～5.2um，比表面积在0.36～0.61m2/g，振实密度大于5.0g/cm3。
本发明中所述硝酸银溶液的制备，将硝酸银溶于去离子水中，配制成质量浓度为20％wt～35％wt的硝酸银溶液，控制温度35～70℃，制得硝酸银溶液。
本发明中所述还原剂溶液的制备，将还原剂溶于去离子水中，配制成浓度为20～60g/L的还原剂溶液，水浴中控制温度35～70℃，制得还原剂溶液，其中，所述的还原剂为自肼、甲醛、硫酸羟胺、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或几种。
本发明中所述配位剂溶液的制备，将配位剂溶于去离子水中，水浴中控制温度35～70℃，制得配位剂溶液，其中，所述的配位剂为氨水、柠檬酸、柠檬酸钠、乙二胺中的一种或几种。
本发明中所述添加剂溶液的制备，将添加剂溶于去离子水中，控制温度 50～70℃，制得添加剂溶液，其中，所述的添加剂为乙二醇、司班、油酸、豆蔻酸、月桂酸、硬脂酸、PVP、阿拉伯胶和棕榈仁油中的一种或几种。
本发明中所述步骤4中的表面整形设备为高速滚筒球磨机、气流破碎机或混料机。
实施例一
用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和油酸，其中，硬脂酸的重量占比为21％，油酸的重量占比为79％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于32kg 纯水中，溶解后加入884g的25％氨水再溶解，将第一溶液倒入搅拌均匀得第二溶液；
将510g抗环血酸溶于1806g纯水中，加入106g乙二醇搅拌均匀，得到第三溶液；
第二溶液的温度控制在30℃，在搅拌速度240rpm快速搅拌下，将第三溶液一次性加入，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为 20μS/cm以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为0.97um，D50为1.42um，D90为2.43um，D100为3.85um，比表面积为0.51m2/g，振实密度为5.5g/cm3。
实施例二
用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和棕榈仁油，其中，硬脂酸的重量占比为10％，棕榈仁油的重量占比为90％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于32Kg纯水中，溶解后加入935g25％氨水再溶解，将第一溶液倒入并搅拌均匀得第二溶液；
将510g抗环血酸溶于1806g纯水中，加入106g乙二醇搅拌均匀得到第三溶液；
第二溶液温度控制在40℃，在搅拌速度240rpm快速搅拌下，将第三溶液一次性加入，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为 20μS/cm以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为1.13um，D50为1.59um，D90为2.58um，D100为3.96um，比表面积为0.43m2/g，振实密度为5.9g/cm3。
实施例三
用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和油酸，其中，硬脂酸的重量占比为21％，油酸的重量占比为79％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于15Kg 纯水中，溶解后加入833g25％氨水再溶解，将第一溶液倒入并搅拌均匀得第二溶液，第二溶液于45℃进行保温；
将15g添加剂溶于800g纯水中再加入53g丙三醇搅拌均匀得到第三溶液；将625g还原剂，溶于18Kg纯水中，将第三溶液加入并搅拌均匀得第四溶液，第四溶液于45℃进行保温；
在搅拌速度为240rpm，将第二溶液与第四溶液按一定流量匀速共同流入反应釜中，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为20μS/cm 以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为1.06um， D50为1.52um，D90为2.46um，D100为4.00um，比表面积为0.49m2/g，振实密度为6.20g/cm3。
表1：
Figure RE-GDA0002367507550000081
本发明至少具有以下优点：
1、本发明的制备方法工艺设备的都有成熟产品无需特殊定制，化学合成配方工艺要求降低，窗口更宽，可调控范围更广，且能制备出D10在0.7～1.2um，D50在1.3～2.0um，D90在2.0～2.9um，D100在3.4～5.2um，比表面积在0.36～0.61m2/g，振实密度大于5.0g/cm3。
2、本发明通过用物理摩擦的方法，通过采用特定设备及工艺，利用银粉颗粒之间的反复摩擦，将银粉处理成类球形，能够提高银粉的流动性和填充性能，不再要求在化学合成时就一步合成为类球形银粉，扩宽了化学合成工艺配方的窗口。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：制备溶液，包括硝酸银溶液、还原剂溶液、配位剂溶液、添加剂溶液和缓冲溶液的制备；
步骤2：还原反应
在200～240r/min的高速搅拌下，将配位剂溶液加入还原剂溶液中，然后通过流量计将硝酸银溶液以一定流量快速加入到还原剂溶液中，控制过程温度在15℃～50℃之间，在硝酸银溶液、配位剂溶液加入前或加入后，将添加剂溶液快速加入还原剂溶液中，加完后调整温度继续搅拌反应15～30min；
步骤3：银粉化学改性
上述步骤2还原反应结束后，通过沉降去除反应后的上层清液，余下部分转移至清洗桶中，用去离子水反清洗至电导率≤20μS/cm后，抽滤除水；加入缓冲溶液，高速搅拌分散后，在70℃的烘箱保温10小时干燥；
步骤4：银粉表面处理
将银粉加入表面整形设备中进行处理，获得类球形银粉；
步骤5：银粉过筛、待检
将步骤4处理后的银粉过500目筛网过筛获得银粉产品，并测试后得银粉参数为，D10在0.7～1.2um，D50在1.3～2.0um，D90在2.0～2.9um，D100在3.4～5.2um，比表面积在0.36～0.61m2/g，振实密度大于5.0g/cm3。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于：所述硝酸银溶液的制备，将硝酸银溶于去离子水中，配制成质量浓度为20％wt～35％wt的硝酸银溶液，控制温度35～70℃，制得硝酸银溶液。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于：所述还原剂溶液的制备，将还原剂溶于去离子水中，配制成浓度为20～60g/L的还原剂溶液，水浴中控制温度35～70℃，制得还原剂溶液，其中，所述的还原剂为自肼、甲醛、硫酸羟胺、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于：所述配位剂溶液的制备，将配位剂溶于去离子水中，水浴中控制温度35～70℃，制得配位剂溶液，其中，所述的配位剂为氨水、柠檬酸、柠檬酸钠、乙二胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于：所述添加剂溶液的制备，将添加剂溶于去离子水中，控制温度50～70℃，制得添加剂溶液，其中，所述的添加剂为乙二醇、司班、油酸、豆蔻酸、月桂酸、硬脂酸、PVP、阿拉伯胶和棕榈仁油中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于：所述步骤4中的表面整形设备为高速滚筒球磨机、气流破碎机或混料机。
7.根据权利要求1至6中任意一项中所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和油酸，其中，硬脂酸的重量占比为21％，油酸的重量占比为79％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于32kg纯水中，溶解后加入884g的25％氨水再溶解，将第一溶液倒入搅拌均匀得第二溶液；
将510g抗环血酸溶于1806g纯水中，加入106g乙二醇搅拌均匀，得到第三溶液；
第二溶液的温度控制在30℃，在搅拌速度240rpm快速搅拌下，将第三溶液一次性加入，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为20μS/cm以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为0.97um，D50为1.42um，D90为2.43um，D100为3.85um，比表面积为0.51m2/g，振实密度为5.5g/cm3。
8.根据权利要求1至6中任意一项中所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和棕榈仁油，其中，硬脂酸的重量占比为10％，棕榈仁油的重量占比为90％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于32Kg纯水中，溶解后加入935g25％氨水再溶解，将第一溶液倒入并搅拌均匀得第二溶液；
将510g抗环血酸溶于1806g纯水中，加入106g乙二醇搅拌均匀得到第三溶液；
第二溶液温度控制在40℃，在搅拌速度240rpm快速搅拌下，将第三溶液一次性加入，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为20μS/cm以下，在70oC下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为1.13um，D50为1.59um，D90为2.58um，D100为3.96um，比表面积为0.43m2/g，振实密度为5.9g/cm3。
9.根据权利要求1至6中任意一项中所述的用于太阳能正面银浆的高烧结活性的球形银粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将11.2g的硬脂酸和油酸，其中，硬脂酸的重量占比为21％，油酸的重量占比为79％溶解于50g的8％氨水中得到第一溶液；将850g硝酸银溶液溶于15Kg纯水中，溶解后加入833g25％氨水再溶解，将第一溶液倒入并搅拌均匀得第二溶液，第二溶液于45℃进行保温；
将15g添加剂溶于800g纯水中再加入53g丙三醇搅拌均匀得到第三溶液；将625g还原剂，溶于18Kg纯水中，将第三溶液加入并搅拌均匀得第四溶液，第四溶液于45℃进行保温；
在搅拌速度为240rpm，将第二溶液与第四溶液按一定流量匀速共同流入反应釜中，持续搅拌20min后，进行过滤清洗，直到清洗后的液体电导率为20μS/cm以下，在70℃下干燥10小时，破碎气流磨，筛分后得银粉参数为D10为1.06um，D50为1.52um，D90为2.46um，D100为4.00um，比表面积为0.49m2/g，振实密度为6.20g/cm3。
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