纳米硅粉,或称纳米硅微粉、纳米二氧化硅,是指粒径在700nm-60nm之间的超细微二氧化硅粉末,由于其小尺寸特性,因此一般具有高比表面积、高反应活性、高纯度、高球形度、低表观密度以及分布均匀等特性,可广泛用于电池、涂料、光伏、机械等领域。
其中电池是纳米硅粉最具发展潜力的应用领域,在该领域,纳米硅粉可与石墨复合或直接用于充电锂电池负极材料制造场景。目前市面上主流锂电池负极材料为石墨,但以石墨负极为代表的锂电池电池容量已接近极限,难以满足持续升级的新能源汽车要求。硅基负极或硅碳负极作为目前已知的最高嵌锂负极材料,已成为当下锂电负极材料发展的新趋势。
与此同时,硅基负极、硅碳负极的产业化发展还受膨胀问题制约,为解决这一问题,硅的纳米化成为研究的主要方向,随着研究愈发深入,纳米硅粉应运而生。使用纳米硅粉(粒径小于150nm)进行制备锂电负极不仅可有效解决硅在嵌脱锂过程中的体积膨胀问题,还可加大与电解液的亲和力,使得终端产品锂电池具备容量高(可达到4000mA/h)、充放电循环次数多等优势。未来在新能源汽车对锂电池要求不断升级背景下,纳米硅粉需求有望持续增长。
从生产端来看,纳米硅粉可通过机械研磨法、化学气相沉积法、等离子蒸发冷凝法等方法制备而成。其中机械研磨法是利用机械旋转与粒子间相互作用产生的机械碾压力、剪切力来研磨生成纳米硅粉的过程,其有着操作简单优点与产品纯度低、粒径控制困难、生产效率低等缺点。受行业起步时间较晚,技术、经验储备不足因素影响,我国纳米硅粉制造水平较落后,通常采用机械研磨法进行生产,主要企业包括冠宇工业、山田新材、山东信尔工业等,多为中小型企业。
新思界
行业分析人士表示,化学气相沉积法是指以硅烷为反应原料进行纳米硅粉生产的技术,有着生产效率低缺点与产品纯度高、粒径分布均匀优点,目前我国仅有中宁硅业具备使用该方法生产纳米硅粉的能力。等离子蒸发冷凝法是纳米硅粉难度最高的一类生产技术,当前通过该方法实现纳米硅粉工业生产的企业主要为加拿大泰克纳、日本帝人、美国杜邦、德国H.C.Stark等国际企业,我国仅有少部分科研机构处于实验水平。