一种制备高纯度硅颗粒的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于硅提纯领域，具体涉及一种制备高纯度硅颗粒的方法。
【背景技术】
[0002] 硅元素（Si)在地表中的含量很高，其广泛分布于灰尘、沙子或泥土中，元素含量 位居世界第二。但是，硅元素的存在的形式主要是硅酸盐或者硅的氧化物，很难在自然界中 直接获得纯度较高的硅。
[0003] 工业中大量使用的原料娃是娃铁（Ferrosilicon)。人们希望通过提纯原料娃获得 纯度尽可能高的单质硅，以用于光电转化或者电子设备。采用西门子法可以获得高纯度的 多晶硅，该方法通常包括将硅转化为挥发性液体（如三氯甲硅烷和四氯化硅）或气体硅烷 的步骤，然后通过蒸馏将上述化合物分离，再通过氧化还原反应或在高温下化学分解，将上 述化合物转化为高纯度硅。该方法在生产的过程中会消耗大量的能源，并且会产生很严重 的污染。此外，若要获得纳米结构的硅，还需要通过自顶向下的方法，如光刻，或自底向上的 方法，如化学气相沉积。这些都是复杂并且昂贵的方法。
[0004] 酸腐蚀提纯硅的方法自1919年被人们使用，但使用该方法获得的硅纯度很有 限。YuZL等人在Removalofironandaluminumimpuritiesfrommetallurgical grade-siliconwithhydrometallurgicalroute(2007) -文中，讨论了用酸洗的方法去 除原料硅中含有的杂质。该文认为，最优的反应条件为：酸浓度6mol/L，温度为60°C，反应 大约4天，原料直径约50微米。采用，但该方法对于原料硅中Fe和A1的去除率仅为85% 和 75%。
[0005] 现有技术仍需要更好的提纯硅的方法。
【发明内容】
[0006] 发明人发现，采用本发明的方法，能够有效地降低原料硅中杂质的含量，获得硅含 量较高的硅颗粒。本发明一个目的是提供一种制备高纯度硅颗粒的方法。本发明又一个目 的是提供一种低成本的制备硅颗粒的方法。本发明再一个目的是提供一种高效率的制备硅 颗粒的方法。本发明再一个目的是提供一种高产率的制备硅颗粒的方法。本发明再一个目 的是提供一种低污染的制备硅颗粒的方法。本发明再一个目的是提供一种可控性强的制备 硅颗粒的方法。本发明再一个目的是提供一种可规模化的制备硅颗粒的方法。
[0007] 为实现上述一个或多个目的，在本发明的一个实施方案中，本发明提供了 一种制 备高纯度硅颗粒的方法，该方法包括：
[0008] a)获得原料硅颗粒，所述原料硅颗粒的平均粒度小于或等于40微米；
[0009] c)酸洗所述原料娃颗粒。
[0010] 在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种制备高纯度硅颗粒的方法， 所述原料硅颗粒的平均粒度小于或等于20微米，再优选小于或等于10微米，再优选小于或 等于5微米，再优选小于或等于3微米，再优选小于或等于2微米、再优选小于或等于1微 米；
[0011] 进一步优选小于或等于0. 8微米，再优选小于或等于0. 5微米，再优选小于或等 于0. 3微米，再优选小于或等于0. 2微米，再优选小于或等于0. 15微米，再优选小于或等于 0. 11微米，再优选小于或等于0. 05微米。
[0012] 在本发明的一个实施方案中，提供了一种制备高纯度硅颗粒的方法，该方法包 括：
[0013]a)获得原料娃颗粒；
[0014] b)将所述原料硅颗粒在真空或非氧化气氛下热处理，热处理温度为500°C以上， 热处理时间为30分钟以上；
[0015] c)酸洗热处理后的原料硅颗粒。
[0016] 在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种制备高纯度硅颗粒的方法， 步骤a)所述原料娃颗粒的平均粒度小于或等于3_，优选小于或等于2_，再优选小于或等 于 1mm；
[0017] 进一步优选小于或等于800微米，再优选小于或等于600微米，再优选小于或等于 400微米，小于或等于200微米，再优选小于或等于100微米；
[0018] 进一步优选小于或等于80微米，再优选小于或等于60微米，再优选小于或等于40 微米，再优选小于或等于20微米，再优选小于或等于10微米，再优选小于或等于5微米，再 优选小于或等于3微米，再优选小于或等于2微米、再优选小于或等于1微米；
[0019] 进一步优选小于或等于0. 8微米，再优选小于或等于0. 5微米，再优选小于或等 于0. 3微米，再优选小于或等于0. 2微米，再优选小于或等于0. 15微米，再优选小于或等于 0. 11微米，再优选小于或等于0. 05微米。
[0020] 在本发明的一个实施方案中，本发明提供了一种高纯度硅颗粒，其中，硅的重量含 量为98. 9 %以上，优选为99. 9 %以上，再优选为99. 92 %以上，再优选为99. 94%以上，再 优选为99. 96 %以上，再优选为99. 98 %以上，再优选为99. 99 %以上，再优选为99. 992 % 以上，再优选为99. 994%以上，再优选为99. 996%以上，再优选为99. 998%以上，再优选为 99. 999% 以上。
[0021] 在本发明的一个实施方案中，本发明提供了一种高纯度硅颗粒，其中，杂质的重量 含量为1.1%以下，优选为0.1%以下，再优选为0. 08%以下，再优选为0. 06%以下，再优选 为〇. 04以下，再优选为0. 02%以下，再优选为0. 01 %以下，再优选为0. 008%以下，再优选 为0. 006%以下，再优选为0. 004%以下，再优选为0. 002%以下，再优选为0. 001%以下。
[0022] 在本发明的一个实施方案中，本发明提供了本发明所述的高纯度硅颗粒作为锂离 子电池负极材料的用途。
[0023] 除非特别说明，本发明中含量指重量含量。
[0024] 本发明中，硅颗粒的纯度是指硅颗粒中硅元素的重量含量。
[0025] 本发明采用粒度分析仪分析样品颗粒获得其平均粒度。粒度分析仪可以是动态光 散射粒度仪、或激光衍射粒度分析仪，例如可以是Malvern公司的Mastersizer3000粒度 分析仪。
[0026] 本发明的有益效果
[0027] 本发明制备高纯度硅颗粒的方法具有以下一种或多种优点：
[0028] (1)本发明方法可有效降低原料硅中杂质含量，将硅含量较低的原料硅，转化为硅 含量较高的纯化硅。
[0029] (2)本发明方法可有效除去原料硅中的多种杂质，包括Fe、Al、Ca、Mn、Mg、Ti、Cu、 B、P中的一种或多种。
[0030] (3)本发明方法效率高，尤其是本发明方法酸洗时间短。
[0031] (4)本发明方法能耗低。
[0032] (5)本发明方法污染低。
[0033] (6)本发明方法成本低。
[0034] (7)本发明方法步骤少，工艺简单，设备简单。
[0035] (8)本发明方法可控性强，可通过控制球磨、热处理或酸洗的参数，获得不同粒度、 不同硅含量的高纯度硅颗粒。
[0036] (9)本发明方法可规模化生产高纯度硅颗粒。
[0037] (10)本发明方法收率高；具体地，每1重量份的原料硅（硅含量约84重量％ )可 生产得到0. 6重量份的纯化硅（硅含量约99. 999重量％ )，收率高达71. 4%。
【附图说明】
[0038] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。在附 图中：
[0039] 图1为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的扫描电子显微镜（SEM)照片，其中a是原料硅 颗粒，b是纯化硅颗粒；
[0040] 图2为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的粒度频率分布直方图；
[0041] 图3为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的能量色散光谱图（EDS)，其中a是原料硅颗粒， b是纯化硅颗粒；
[0042] 图4为原料硅颗粒和纯化硅颗粒的透射电子显微镜（TEM)照片，其中a是原料硅 颗粒，b是纯化硅颗粒；
[0043] 图5为原料硅颗粒的X射线荧光光谱（XRF)曲线；
[0044] 图6为纯化硅颗粒的X射线荧光光谱（XRF)曲线；
[0045] 图7为纯化硅颗粒的硅含量与原料硅颗粒的平均粒度的关系曲线；
[0046] 图8为LIB-1至LIB-3的电池性能曲线，其中：
[0047] a为LIB-1和LIB-2的电池循环性能曲线；
[0048] b为LIB-3的电池循环性能曲线；
[0049] c为LIB-3的电压-比容量关系曲线；
[0050] d为LIB-3的放电容量随倍率变化曲线。 具体实施方案
[0051] 本发明提供了如下的具体实施方案以及他们之间的所有可能的组合。出于简洁的 目的，本申请没有逐一记载实施方案的各种具体组合方式，但应当认为本申请具体记载并 公开了所述具体实施方案的所有可能的组合方式。
[0052] 在本发明的一个实施方案中，本发明提供了一种制备高纯度硅颗粒的方法，该方 法包括：
[0053] a)获得原料硅颗粒，所述原料硅颗粒的平均粒度小于或等于40微米；
[0054] c)酸洗所述原料娃颗粒。
[0055] 在本发明的一个优选实施方案中，本发明提供了一种制备高纯度硅颗粒的方法， 所述原料硅颗粒的平均粒度小于或等于20微米，再优选小于或等于10微米，再优选小于或 等于5微米，再优选小于或等于3微米，再优选小