超细球形粉体一般是指粒径在纳米尺度范围内、颗粒呈球形或类球形的氧化物粉体,因其比表面积大、导热性能好、具有灵活可调性,在电子陶瓷、电子封装、涂层等领域有重要应用。
在制备的众多方法中,高频热等离子体凭借能量密度大、温度高、冷却速率快、无电极污染、反应体系可控等优点,在高纯度粉体材料制备方面展现出明显的优势和潜力。它的作用方式一般分两种:
1.高频热等离子体用作热源,利用高温等离子体弧使粉体颗粒熔化、气化;
2.提供促进化学反应的活性粒子,提高材料合成效率。
高频热等离子体制备的特种粉体
利用上述特点,形状不规则的原料粉体在高温下迅速熔化或气化,此时熔融的颗粒因表面张力形成球形液滴,在极大的温差下迅速冷却固化,得到球形度很高的颗粒,这个过程就是“球化”。
高频热等离子体制备超细球形粉体领域已有许多优秀成果,如:利用该方法制备的纳米硅粉与多孔碳复合作为锂离子电池的硅碳负极,在经过50次循环后,比容量仍然是两种原材料的2-3倍,且电流密度降低时比容量恢复能力极强,通过改变工艺参数和对原材料进行预处理,还能获得纳米硅纤维,为纳米硅碳负极的商用提供了重要保证。
热等离子体制备的纳米硅粉和纳米硅纤维
那么,高频热等离子体技术该用什么样的设备实现,硅源又从何而来,以及后续的性能表征等处理该如何进行?
上述种种关于高频热等离子体制备纳米硅粉的内容,敬请关注即将于7月24-26日在成都举办的“2023全国新能源粉体材料暨钠离子电池产业创新发展论坛”,届时来自中国科学院过程工程研究所的袁方利研究员将带来报告《高频热等离子体制备纳米硅及用于锂电池硅碳负极研究进展》,报告内容如下:
1)热等离子体制备粉体技术介绍;
2)热等离子体制备超细球形硅粉研究进展;
3)超细球形硅粉用于锂离子电池负极性能表征;
4)热等离子体制备超细硅粉技术展望。
报告人简介
袁方利,研究员,博士生导师。主要开展特种粉体材料制备与应用研究,重点围绕热等离子体制备特种功能粉体进行设备研制、粉体材料研发和应用研究。热等离子体技术制备纳米粉体材料设备研制获得863计划的支持,研发了高频热等离子体制备粉体装置,实现了纳米球形氧化铝、氧化硅和球形难熔金属粉及纳米金属粉体等的宏量制备,开发了热等离子体制备纳米硅粉的绿色工艺,开展了硼化物和碳化物等超高温陶瓷粉体研制,实现了超高温陶瓷粉体的批量化制备。发表SCI论文100多篇,获授权发明专利6项。2010年获北京市科学技术奖二等奖,2011年获中国石油和化学工业科学技术奖三等奖,2016获中国颗粒学会-赢创颗粒学创新奖。中国力学学会等离子体专业委员会委员。
成都新能源论坛会务组
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