[发明专利]一种片状硅材料、其制备方法和用途

说明书

本申请公开了一种片状硅材料的制备方法，所述方法包括：将分散有硅颗粒的悬浮液通入流通通道逐级变窄的微流道内，通过在所述微流道内流动进行微流道降级，获得片状硅材料；所述微流道能够提供沿管路圆周切向的剪切作用。所述制备方法采用物理方法将硅材料进行片层化，能够保留硅原料的晶型构象，克服了化学方法造成的试剂残留，对硅颗粒原料的制备方法兼容性好，降低了硅材料的制备门槛。

技术领域

本发明属于硅材料的制备领域，具体涉及一种片状硅材料、其制备方法和用途，尤其涉及一种制备片状硅材料的方法，其制备得到的片状硅材料和所述硅材料的使用。

背景技术

在锂离子电池中，人造天然石墨长期以来一直是首选的负极材料，但是石墨的可逆容量极限值为372mAh/g，商业上的高端石墨产品已达到360～365mAh/g，已非常接近理论容量。

硅材料的理论容量为3580mAh/g，一直被认为是替代负极中石墨的理想元素。但由于Si/电解质循环期间体积变化非常大(大约在300％)，造成粉碎和老化，影响充放电循环次数，是硅材料使用的技术障碍。

如何解决硅材料的体积膨胀问题，是本领域需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种片状硅材料的制备方法，所述方法包括：

将分散有硅颗粒的悬浮液通入内径逐级变窄的微流道内，通过在所述微流道内流动进行微流道降级，获得片状硅材料；

所述微流道能够提供沿管路圆周切向的剪切作用。

本发明提供一种片状硅材料的制备方法，所述方法通过将硅颗粒的悬浮液通入流通通道逐级变窄的且具有圆周切向剪切作用的微流道中，实现硅颗粒的片层化。硅颗粒在所述微流道中，逐级变窄的微流道，在流道逐级变窄的过程中，流场的压力和剪切应力发生变化，对所述硅颗粒产生流向上的剪切作用；另一方面，在圆周切向的剪切作用下，对所述硅颗粒产生圆周周向上的剪切作用；而相反的，在圆周的径向上，剪切作用很小；最终两个剪切作用合力将硅颗粒的Si-Si键按照平行于流道流向的方向减薄，将硅颗粒沿流向和圆周切向所在的面进行切削，得到片状硅材料。在逐级变窄的微流道中，流道的尺寸的变小使得悬浮液的流速突变，液体如同刀片对硅颗粒产生切割作用，将硅颗粒沿流道流向切割；而圆周切向的剪切作用，则将硅颗粒沿圆周切向进行切割；最终实现了对硅颗粒片层化的效果。

在本发明提供的制备方法中，硅颗粒的片层化仅是物理过程，因此不改变硅颗粒的晶型结构，即硅颗粒是单晶则制备出的片状硅材料就是单晶，硅颗粒是多晶则制备出的片状硅材料就是多晶，硅颗粒是非晶则制备出的片状硅材料就是非晶。

优选地，所述剪切作用的剪切速率≥10000s^-1，例如10000s^-1、15000s^-1、20000s^-1、25000s^-1、30000s^-1、35000s^-1、40000s^-1等。

优选地，所述分散有硅颗粒的悬浮液通入所述微流道的次数大于1。

所述片状硅材料的制备方法中，所述分散有硅颗粒的悬浮液通入所述微流道的次数可以大于1(如2次、3次、5次、8次、10次、20次、50次、100次等)，即，可以反复通过所述微流道，实现对硅颗粒的片层化。

即，所述分散有硅颗粒的悬浮液通入所述微流道后受到剪切作用进行第一次片层化，然后将第一次片层化的悬浮液继续通入所述微流道后继续在剪切作用下进行第二次片层化，如此反复。

在实际操作过程中，所述分散有硅颗粒的悬浮液通入所述微流道的次数可以通过微流道的长度和流速进行计算。

优选地，所述微流道的流道设置流通通道尺寸不同的至少两个定径段和至少一个变径段。