一种片状硅材料、其制备方法和用途
阅读说明：本技术 一种片状硅材料、其制备方法和用途 (Sheet silicon material, preparation method and application thereof ) 是由 赵增华 段春阳 钱建华 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：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。(The application discloses a preparation method of a sheet-shaped silicon material, which comprises the following steps: introducing the suspension dispersed with the silicon particles into a micro-channel with a flow channel gradually narrowed, and degrading the micro-channel by flowing in the micro-channel to obtain a sheet-shaped silicon material; the microchannels can provide a shearing action tangential to the circumference of the tubing. The preparation method adopts a physical method to carry out the laminarization of the silicon material, can keep the crystal form conformation of the silicon raw material, overcomes the reagent residue caused by a chemical method, has good compatibility with the preparation method of the silicon particle raw material, and reduces the preparation threshold of the silicon material.)
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。
所述定径段意指流通通道尺寸固定不变，可以理解为所述的定径段为具有特定尺寸的通道；所述变径段意指流通通道尺寸发生变化，可以理解为所述的变径段为圆台状通道。
流通通道逐级变窄的微流道内，设置内径不同的至少两个定径段，造成流道的变窄，硅颗粒在其中发生剪切，且在流体流动力的作用下，被片层化。而定径段的连接必然通过变径段实现，而变径段的长度越长，内径缩小越慢，悬浮液流动过程中会受到径向的力，劣化硅材料的片层化效果，而内径缩小的越快，这个力会很快弱化，很快进入流道方向的力和圆周方向剪切力较大的范围内，实现硅颗粒的片层化。
优选地，沿微流道的流道内液体流动方向，定径段的长度是与所述定径段上游连接的变径段的长度的10倍以上(例如11倍、12倍、13倍、14倍、15倍、16倍、17倍、18倍、19倍、22倍、25倍、28倍、30倍、34倍、37倍、39倍等)，优选10～40倍。
定径段的长度是与所述定径段连接的变径段的长度过小，意味着变径段相对长，如上所述，变径段会为硅颗粒造成一种径向的力，影响硅材料的片层化。
此外，硅颗粒在定径段受到的沿微流道内液体流动方向的力随着硅颗粒的片层化会越来越小，直至达到一种平衡，再继续增加定径段的长度，效果增加不在明显，所以优选定径段的长度是与所述定径段连接的变径段的长度的40倍以内。
优选地，所述定径段的流道尺寸为0.5mm～5.0mm中的任意值(例如0.6mm、0.8mm、1.5mm、1.8mm、2.5mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、4.8mm等)。
优选地，沿微流道的流道内液体流动方向，第一个定径段的流道尺寸为2～5mm(例如2.1mm、2.4mm、2.8mm、3.3mm、3.5mm、3.7mm、3.8mm、4.1mm、4.3mm、4.5mm、4.7mm、4.9mm等)，最后一个定径段的流道尺寸为0.5～0.8mm(例如0.6mm、0.7mm等)。
优选地，所述微流道的流道设置至少三个定径段和至少两个变径段。
上述微流道的具体尺寸并不是特定的，本领域技术人员可以根据硅颗粒原料的尺寸，以及目标片状硅材料的形貌进行设计。当硅颗粒原料的最大维度尺寸≤0.1mm，用来制备径厚比≥5，片径尺寸≥10nm，厚度≤5μm的片状硅材料时，优选所述微流道的定径段的流道尺寸为0.5mm～5.0mm中的任意值，沿微流道的流道内液体流动方向，第一个定径段的流道尺寸为2～5mm，最后一个定径段的流道尺寸为0.5～0.8mm，这种设计即能够保证硅颗粒的顺利流通，又能够提供合适的剪切作用，更高效的进行片状硅材料的制备。
在一个优选技术方案中，所述微流道包括流道壳体以及设置在所述流道壳体内部可以绕轴旋转的转动轴部件，从所述壳体与所述转动轴部件的间隙构成所述微流道的流道，所述转动轴部件的直径固定，所述微流道的流道尺寸的变化通过流道壳体内径变化实现。
在另一个优选技术方案中，所述微流道包括流道壳体以及设置在所述流道壳体内部可以绕轴旋转的转动轴部件，从所述壳体与所述转动轴部件的间隙构成所述微流道的流道，所述流道壳体的内径尺寸固定，所述微流道的流道尺寸的变化通过所述转动轴部件的尺寸变化实现。
在上述两个方案中，在圆周切向上的剪切作用均由转动轴的转动所带来的对微流道的流体扰动提供。
优选地，所述转轴的转速≥5000rpm，优选8000rpm～15000rpm，例如8500rpm、9000rpm、9500rpm、10000rpm、10500rpm、11000rpm、11500rpm、12000rpm、12500rpm、13000rpm、13500rpm、14000rpm、14500rpm等。
转速≥5000rpm的转轴更利于提供剪切速率≥10000s-1的剪切作用，若转轴转速过小，对于粘度较大的悬浮液，剪切速率较难达到10000s-1以上。
优选地，所述分散有硅颗粒的悬浮液中，固液比为1g/L～50g/L，例如5g/L、10g/L、15g/L、20g/L、25g/L、30g/L、35g/L、40g/L、45g/L、48g/L等，优选20g/L～30g/L。
所述分散有硅颗粒的悬浮液的固液比体现了悬浮液的浓度，浓度越大片层化悬浮液在所述微流道中的流速越快，循环效率越高，但是浓度过大也会造成悬浮液粘度的增大，硅颗粒在所述微流道中收到的剪切作用变弱，片层化效率降低。
优选地，在所述微流道内流动的悬浮液的流量为1～50L/min，例如3L/min、6L/min、9L/min、13L/min、16L/min、23L/min、27L/min、32L/min、38L/min、43L/min、48L/min等，优选15～25L/min。
悬浮液的流量小，会导致剪切作用变小，硅颗粒片层化效率降低。
优选地，所述分散油硅颗粒的悬浮液的溶剂包括水和有机溶剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述有机溶剂20℃的粘度≤1.2cps(例如1.1cps、1.0cps、0.8cps、0.5cps等)，沸点≥65℃(例如67℃、70℃、75℃、80℃、83℃、95℃等)。
所述有机溶剂的粘度一定程度上对所述悬浮液的粘度产生影响，有机溶剂粘度高会造成悬浮液粘度升高，降低硅颗粒的剪切作用，影响片层化效果。
同样地，上述微流道的具体操作并不是特定的，本领域技术人员可以根据硅颗粒原料的尺寸，以及目标片状硅材料的形貌进行设计。当硅颗粒原料的最大维度尺寸≤0.1mm，用来制备片径比≥5，片径尺寸≥10nm，厚度≤5μm的片状硅材料时，所述悬浮液的流量为1～50L/min、所述转轴的转速≥5000rpm、固液比为1g/L～50g/L、溶剂包括水和有机溶剂(20℃的粘度≤1.2cps，沸点≥65℃)，能够更高效、低成本的制备片状硅材料。本领域技术人员还可以根据使用的硅颗粒原料的尺寸和目标物片状硅材料的尺寸选择合适的流速、转速、固液比和溶剂。
优选地，所述硅颗粒包括冶金级硅、太阳能级硅或电子级硅中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述硅颗粒的纯度≥90％，例如92％、95％、97％等。
优选地，所述硅颗粒包括单晶硅颗粒、多晶硅颗粒或非晶硅颗粒中的任意一种或至少两种的组合。
由于本申请提供的方法是物理方法，不会对原料中硅的晶型、纯度等产生明显的影响，因此可以保留原料中的晶型、纯度等特性。
优选地，所述硅颗粒的最大维度尺寸≤0.1mm，例如0.08mm、0.06mm、0.05mm、0.03mm等。
本发明目的之二是提供一种硅材料，所述纳米硅材料呈片状，且所述纳米硅材料的片径比≥5，片径尺寸≥10nm，厚度≤5μm。
优选地，所述硅材料通过目的之一所述的制备方法制备得到。
优选地，所述纳米硅材料为单晶硅，所述纳米硅材料通过目的之一所述的制备方法制备得到，且所述硅颗粒为单晶硅；
或者，所述纳米硅材料为多晶硅，所述纳米硅材料通过目的之一所述的制备方法制备得到，且所述硅颗粒为多晶硅；
或者，所述纳米硅材料为非晶硅，所述纳米硅材料通过目的之一所述的制备方法制备得到，且所述硅颗粒为非晶硅。
本发明目的之三是提供一种如目的之二所述的硅材料的用途，所述硅材料用作锂离子电池负极材料、有机硅制备前驱体、耐火材料保护层、粘结剂添加剂中的任意一种或至少两种的组合。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供一种片状硅材料的制备方法，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。
(2)本发明提供的片状硅材料的制备方法对于片状硅材料的尺寸具有可控性，即优选方案中，可以通过所述微流道的设计、操作条件等，实现不同尺寸的片状硅材料的制备。
附图说明
图1为一种微流道装置的结构示意图；
图2为实施例1获得的片状硅材料的SEM图；
图3为实施例1获得的片状硅材料的TEM图；
图4为实施例2获得的片状硅材料的SEM图；
图5为另一种微流道装置的结构示意图；
图6为实施例3获得的片状硅材料的SEM图；
图7为实施例4获得的片状硅材料的SEM图；
图8为实施例5所获得的片状硅纳米材料的SEM图；
图9为实施例6获得的片状硅材料的SEM图；
图10为实施例7获得的片状硅材料的SEM图；
图11为对比例1获得的片状硅材料的SEM图；
图12为对比例2获得的片状硅材料的SEM图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
实施例1
一种片状硅材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将多晶硅颗粒粉(型号PS100，纯度为99％)分散在水中，配制固液比25g/L的硅颗粒悬浮液；所述硅颗粒的尺寸为100目；
(2)将所述硅颗粒悬浮液通入图1(图1为一种微流道装置的结构示意图)所示的微流道装置内，开启电机，启动旋转轴120在8000rpm-1下进行转动，关闭进口阀140和出口阀150，开启循环泵160，所述硅颗粒悬浮液以20L/min的速度进入所述微流道装置，并在所述微流道装置内循环流动2小时(此时所述悬浮液在所述微流道的流通次数在10次以上)，获得片状硅材料；
所述微流道装置具有3个并联的微流道，所述微流道具有壳体110，设置在所述壳体110内部的旋转轴120，所述壳体沿液体流动方向包括第一定径段111、第二定径段112、第三定径段113以及连接第一定径段111和第二定径段112的第一变径段114、连接第二定径段112和第三定径段113的第二变径段115；所述第一定径段111长度为300mm，内径为15mm；所述第二定径段112长度为500mm，内径为12mm；所述第三定径段113长度为700mm，内径为10.6mm；第一变径段114长度为20mm；第二变径段115长度为20mm；旋转轴120外径为10mm；所述微流道装置还设置一个电机130，与所述微流道的旋转轴120电联用于提供旋转动力；一个进口阀140和一个出口阀150用于控制悬浮液的输入与输出；一个循环泵160用于控制悬浮液的循环流动。
本实施例获得的片状硅材料的SEM图如图2所示，TEM图如图3所示；从图2可以看出本实施例制备得到的片状硅材料的片层尺寸平均为150nm，平均厚度为10nm，即径厚比平均为15，从图3可以看出本实施例制备得到的片状硅材料具有多晶形貌。
实施例2
一种片状硅材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将冶金硅粉体(型号MS50，纯度为98％)分散在水中，配制固液比30g/L的硅颗粒悬浮液；所述硅颗粒的尺寸为50目；
(2)将所述硅颗粒悬浮液通入图1(图1为一种微流道装置的结构示意图)所示的微流道装置内，开启电机，启动旋转轴120在转速12000rpm下进行转动，关闭进口阀140和出口阀150，开启循环泵160，所述硅颗粒悬浮液以15L/min的速度进入所述微流道装置，并在所述微流道装置内循环流动2小时(此时所述悬浮液在所述微流道的流通次数10次以上)；获得片状硅材料；
所述微流道装置具有3个并联的微流道，所述微流道具有壳体110，设置在所述壳体110内部的旋转轴120，所述壳体沿液体流动方向包括第一定径段111、第二定径段112、第三定径段113以及连接第一定径段111和第二定径段112的第一变径段114、连接第二定径段112和第三定径段113的第二变径段115；所述第一定径段111长度为600mm，内径为12mm；所述第二定径段112长度为600mm，内径为10.5mm；所述第三定径段113长度为600mm，内径为8.6mm；第一变径段114长度为20mm；第二变径段115长度为15mm；旋转轴120外径为8mm；所述微流道装置还设置一个电机130，与所述微流道的旋转轴120电联用于提供旋转动力；一个进口阀140和一个出口阀150用于控制悬浮液的输入与输出；一个循环泵160用于控制悬浮液的循环流动。
本实施例获得的片状硅材料的SEM图如图4所示；从图4可以看出本实施例制备得到的硅材料成片状，片层尺寸平均为500nm，平均厚度为20nm，即径厚比平均为25。
实施例3
一种片状硅材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将单晶硅粉体(型号SS100，纯度为99.9％)分散在水中，配制固液比20g/L的硅颗粒悬浮液；所述硅颗粒的尺寸为300目；
(2)将所述硅颗粒悬浮液通入图5(图5为另一种微流道装置的结构示意图)所示的微流道装置内，开启电机，启动旋转轴220在转速5000rpm下进行转动，关闭进口阀240和出口阀250，开启循环泵260，所述硅颗粒悬浮液以20L/min的速度进入所述微流道装置，并在所述微流道装置内循环流动1.5小时(此时所述悬浮液在所述微流道的流通次数8次以上)；获得片状硅材料；
所述微流道装置具有3个并联的微流道，所述微流道具有壳体210，设置在所述壳体210内部的旋转轴220，所述旋转轴220沿液体流动方向包括第一定径轴221、第二定径轴222、第三定径轴223以及连接第一定径轴221和第二定径轴222的第一变径轴224、连接第二定径轴222和第三定径轴223的第二变径轴225；所述第一定径轴221长度为300mm，外径为10.0mm；所述第二定径轴222长度为400mm，外径为14.0mm；所述第三定径轴223长度为500mm，外径为19.0mm；第一变径轴224长度为20mm；第二变径轴225长度为25mm；壳体210内径为20mm；所述微流道装置还设置一个电机230，与所述微流道的旋转轴220电联用于提供旋转动力；一个进口阀240和一个出口阀250用于控制悬浮液的输入与输出；一个循环泵260用于控制悬浮液的循环流动。
本实施例获得的片状硅材料的SEM图如图6所示；从图6可以看出本实施例制备得到的硅材料成片状，片层尺寸平均为300nm，平均厚度为15nm，即径厚比平均为20。
实施例4
与实施例3的区别在于，步骤(2)：将所述硅颗粒悬浮液通入图1(图1为一种微流道装置的结构示意图)所示的微流道装置内，开启电机，启动旋转轴120在转速10000rpm下进行转动，关闭进口阀140和出口阀150，开启循环泵160，所述硅颗粒悬浮液以25L/min的速度进入所述微流道装置，并在所述微流道装置内循环流动2小时(此时所述悬浮液在所述微流道的流通次数12次以上)；获得片状硅材料。
本实施例获得的片状硅材料的SEM图如图7所示；从图7可以看出本实施例制备得到的硅材料成片状，片层尺寸平均为200nm，平均厚度为10nm，即径厚比平均为20。
实施例5
一种片状硅材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于：
步骤(2)所使用的微流道装置的微流道内，第一变径段114长度为40mm；第二变径段115长度为60mm。
本实施例获得的片状硅材料片径约平均为10μm，片层平均厚度约为2μm，径厚比平均为5。图8所制备的材料虽然仍然呈片层，但是片层厚度是微米级，且径厚比较小，说明流通通道逐级变窄的微流道和沿管路圆周切向的剪切作用虽然能够对颗粒状硅粉进行片层化，但是变径段长度的增加会直接导致片层材料形貌的劣化。
实施例6
一种片状硅材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，
步骤(2)所使用的微流道装置的微流道内，所述微流道装置具有3个并联的微流道，所述微流道具有壳体，设置在所述壳体内部的旋转轴，所述壳体包括第一定径段、第二定径段以及连接第一定径段和第二定径段的第一变径段；所述第一定径段长度为900mm，内径为5mm；所述第二定径段长度为600mm，内径为2mm；第一变径段长度为20mm；旋转轴外径为0.3mm；所述微流道装置还设置一个电机，与所述微流道的旋转轴电联用于提供旋转动力；一个进口阀和一个出口阀用于控制悬浮液的输入与输出；一个循环泵用于控制悬浮液的循环流动。
本实施例获得的片状硅材料表现出明显的片层形貌。如图9所示，片状材料尺寸平均为3μm，片层平均厚度为200nm，径厚比平均为15。
实施例7
一种片状硅材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于：
步骤(1)中的多晶硅颗粒粉(型号PS100，纯度为99％)分散于乙醇/水混合溶液中，乙醇与水的体积比为3:1，硅颗粒悬浮液的固液比25g/L。
本实施例获得的片状硅材料的SEM图如图10所示，从图10可以看出本实施例制备得到的片状硅材料的片层尺寸平均为120nm，平均厚度为6nm，即径厚比平均为20。
实施例8～9
一种片状硅材料的制备方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(1)所述硅颗粒悬浮液的浓度为1g/L(实施例8)、50g/L(实施例9)。
实施例8获得的片状硅材料的片层尺寸平均为180nm，平均厚度为12nm，径厚比平均为15。
实施例9获得的片状硅材料的片层尺寸平均为240nm，平均厚度为20nm，径厚比平均为12。
对比例1
一种片状硅材料的制备方法，与实施例1的区别在于：
步骤(2)所使用的微流道装置的微流道内不设置旋转轴120。
对比例1制备得到的硅材料形貌类似于初始原料，为平均粒径为100μm的硅颗粒，如图11所示。
对比例2
一种片状硅材料的制备方法，与实施例1的区别在于：
步骤(2)所使用的微流道装置的微流道的壳体110内径不变，具体为5mm。
对比例2制备得到的硅材料片径平均为10μm，平均厚度为1μm，径厚比平均为10的微米级片层硅材料，如图12所示。
对比例3
以商购上海阿拉丁试剂S130844尺寸为100nm的球形的硅颗粒为对比例3。
性能测试：
将实施例和对比例得到的硅材料进行如下性能测试：
将实施例和对比例得到的硅材料组装成扣式锂离子电池，用于测试其比容量及循环稳定性。具体流程为：
先将硅材料、导电炭黑、LA133粘结剂按7:2:1的质量比放入烧杯中的去离子水中，搅拌8h，得到黑色浆料。之后将浆料转移到覆碳铜箔表面，并使用自动涂膜机将铜箔上的浆料涂覆均匀，涂膜厚度为120μm，之后将涂覆了浆料的铜箔放入80℃的烘箱干燥6h。用打孔机将干燥后的铜箔切成直径为15mm的电极片，并用压片机将极片压实，再放入真空干燥箱干燥8h。依次称量每片极片的质量并记录，极片与空白铜箔圆片的质量差再乘以硅材料的比例，即为该极片硅材料的质量。在手套箱中，根据扣式电池负极盖-极片-电解液-隔膜-电解液-金属锂片-扣式电池正极盖的顺序组装半电池(电解液选取1mol/L六氟磷酸锂，溶剂为碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯混合液(体积比＝1:1)，隔膜为涂层处理的聚酯膜)。电池组装完成后，将扣式电池取出，并在室温下静置10h，以便让电解液充分浸润极片与隔膜。之后利用扣式电池全自动化测试系统(LAND CT2001A)对电池进行电化学性能测试。恒电流充放电测试(GCD)的测试电压范围为0.01～1.5V。
(1)质量比容量：测试方法为将扣式电池接入全自动测试系统(LAND CT2001A)并在电流密度为200mA·g-1的条件下，测试恒电流充放电曲线，根据扣式电池电极片中硅材料的质量计算质量比容量。
(2)循环稳定性：测试方法为将扣式电池接入全自动测试系统(LAND CT2001A)并在电流密度为200mA·g-1的条件下，循环测试恒电流充放电性能，并当比容量降至初始容量的70％时停止测试，并用容量为初始容量70％时的循环次数表征循环稳定性。
(3)体积变化率：利用测试循环稳定性的方法对锂电池进行测试，当电池比容量降至初始容量的70％时停止测试，并拆开扣式电池，测试负极厚度，测试五个点位并取平均数作为测试后负极厚度。最后，用测试后负极厚度与测试前负极厚度的差值，与测试前负极厚度的比值作为体积变化率。
测试结果如表1：
表1
比容量(mA h g<sup>-1</sup>)
循环稳定性(次循环)
体积变化率(％)
实施例1
1462
132
53
实施例2
761
43
127
实施例3
935
93
91
实施例4
1142
120
72
实施例5
379
4
248
实施例6
534
12
150
实施例7
1745
158
51
实施例8
1375
126
58
实施例9
1173
119
64
对比例1
231
2
230
对比例2
425
3
215
对比例3
1235
21
85
从表1可以看出，实施例制备的片状硅材料的径厚比均在5以上，片径尺寸≤50nm，证明通过本申请提供的方法能够将尺寸较大的硅颗粒进行片层化，获得片状的纳米级硅颗粒。
从实施例5与实施例1的比较可以看出，所述微流道的变径段长度的增加会在径向上给硅颗粒作用，减弱圆周向和流道方向的剪切作用劣化片层的片状形貌，但是实施例5相较于对比例1和对比例2，仍然具有明显的片层形貌，即采用本申请的微流道能够获得硅材料的片层化。从表1的结果可以看出，实施例5提供的硅材料，由于片层较厚，循环稳定性明显低于其他实施例，但是仍然能够在循环4次后才达到200％以上的体积变化率。相较于对比例1和2，仅循环2次或3次就达到200％多的体积变化率，实施例5仍然表现出了显著的优势。即选用本申请提供的微流道能够有效的将硅材料进行片层化，并提供良好的电学性能。
从实施例6可以看出，设置3个不同流道尺寸的定径段更有利于对硅材料进行片层化，获得循环性能良好，体积变化率较小的电学性能。这可能是因为3个不同流道尺寸的定径段能够更有效的将硅颗粒片层化，在同样的循环时间下，3个不同流道尺寸能够在相同时间内更多次的进行片层化，获得硅材料的片层化效果。
从实施例7可以看出，对于分散有硅颗粒的悬浮液的溶剂，只要能够将硅颗粒进行分散，且具有一定的流动性既可以实现在所述微流道中进行硅材料的片层化。
从对比例1可以看出，在不设置旋转轴的微流道内，缺少轴向剪切作用，硅颗粒无法进行片层化，且得到的硅颗粒只能进行2次循环，体积变化率就到了200％以上。
从对比例2可以看出，在不设置多级流道尺寸的微流道内，缺少流动方向上的作用，硅颗粒的片层无法有效的降级和片层化，且得到的硅颗粒只能进行3次循环，体积变化率就到了200％以上。
从对比例3可以看出，选用纳米尺寸的硅颗粒可以将硅材料的比电容提高到1000mA h g-1以上，相较于尺寸同等级的实施例1、4、6、7、8、9，对比例3提供的硅材料的循环稳定性和体积变化率都较差，这可以证实片层结构能够有效的降低硅材料的体积变化率，提高电池的循环稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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