一种高烧结活性微米银粉的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种高烧结活性微米银粉的制备方法。

背景技术

全球碳减排的主流趋势下，光伏产业正迎来前所未有的高光时刻。当然，驱动行业持续向前的不变动力唯“效率”二字。从BSF（常规铝背场）到PERC（钝化发射级和背面），光伏电池效率提升至24%左右，组件功率更是突破600Wp。进一步升级的下一代电池技术备受关注。太阳能电池已经进入24%+量产效率时代，TOPCon和异质结（HJT）被认为是最有前景的下一代电池技术。

目前光伏行业最受关注的主流N型电池是TOPCon和HJT。TOPCon极限效率高，产线改造成本低，或成为未来2～3年电池技术发展方向；HJT量产效率高，降本路线清晰，或将成为更长期的电池技术。N型电池的爆发为浆料企业带来了新的市场，亚化咨询分析，2022年中国TOPCon银浆需求量将达到300吨以上。N型电池的发展在给导电浆料行业带来新的市场机遇的同时，也对浆料行业提出了更高的技术和性能要求。浆料企业需紧跟不断更新迭代的高效电池的特殊需求来设计所需的新型浆料，助力电池效率进一步突破。因组件生产工艺有所区别，TOPCon电池银浆所用银粉与目前常规PERC电池所用银粉有一定区别，具体表现在：烧结温度更低，稳定性要求更高，银耗量更低，规模化生产技术难度更大。因此需要匹配烧结活性更高的银粉满足TOPCon电池银浆需求。

最近十几年，随着光伏电池正面银浆国产化的需求，出现很多微米球形银粉的制备技术，并实现规模化生产（参见粒径可精确控制的纳米银粉的制备方法；CN104128616A一种金属粉末的制备方法和CN103394701A一种粒度均匀集中的超细银粉的制备方法）。按照主流银粉制备技术，当前国内较多使用气流粉碎处理设备，分级设备，整形设备等能耗高，损耗高的方式对银粉进行后处理，导致生产成本居高不下；且高压高速处理银粉的方式，会对银粉原有表面粗糙度带来较大的改变，出现银粉表面趋向于变得光滑等现象，影响最终烧结活性。

以上银粉制备技术主要都是针对BSF和PERC电池使用的银浆而进行的开发，对新型TOPCon电池银浆可能存在不匹配等现象。因此，针对新型的TOPCon电池银浆带来的需求变化，需要匹配对应可大规模生产的高烧结活性银粉。

发明内容

针对下游光伏技术进步带来的对银粉新的需求及现有技术不足，本发明提供一种高烧结活性微米银粉的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高烧结活性微米银粉的制备方法，包括如下步骤：

（1）将2000～5000g硝酸银溶于20～45L常温去离子水中，加入pH控制剂A，pH值调整至3.5～4，得到银含量为0.5～0.7mol/L的氧化液A；

（2）将2000～4000g医药级VC溶于20～45L常温去离子水中，加入pH控制剂B，pH调整至3.5～4，得到VC含量为0.5～0.7mol/L的还原液B；

（3）将分散剂和保护剂溶于酒精溶液中，再加入一定量的去离子水及pH控制剂C，pH值调整至3.5～4，得到混合液C；其中分散剂为不饱和脂肪酸中的油酸、硬脂酸等一种或多种的混合物，保护剂为脂肪酸环氧乙烷的加成物C17H33COO（CH2CH2O）nH、聚乙二醇型多元醇和聚乙烯亚胺衍生物等中的一种或多种混合物；分散剂添加量为银的0.8～2.5%，保护剂添加量为银的0.2～0.5%；

（4）用气动隔膜泵将将混合液C打入反应釜开启搅拌，在一定搅拌速度条件下，将氧化液A和还原液B按照均等速度加入混合液C，加完后继续搅拌10～15分钟，然后离心清洗至电导率10μs/cm，烘干，再用打粉机反复打4～5分钟后，用600目筛网筛分得到成品粉体。

所述的一种高烧结活性微米银粉的制备方法，其步骤（1）中的pH控制剂A为醋酸、碳酸、乳酸、苯甲酸、苯酚中的一种或多种混合。

所述的一种高烧结活性微米银粉的制备方法，其步骤（2）中的pH控制剂B为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。

所述的一种高烧结活性微米银粉的制备方法，其步骤（3）中的pH控制剂C为苯二甲酸氢盐或酒石酸氢钾或二者混合。

所述的一种高烧结活性微米银粉的制备方法，其步骤（4）中氧化液A、还原液B和混合液C反应前均保持在30～40℃，氧化液A和还原液B的加入速度为2～5L/min，搅拌速度为1000～1500r/min；所用打粉机为常见摇摆颗粒式打粉机。

本发明的有益效果是：

本发明采用硝酸银为银源，VC为还原剂，通过精准控制各反应物料的pH值，反应温度，加料速度及物料浓度，在指定分散剂及保护剂体系下，通过控制反应过程的pH值在窄范围内变化，得到的高烧结活性微米银粉粒度分布窄，分散性好，振实密度在4.8g/cm

本发明方法制备得到的银粉具有较高的烧结活性，在800℃左右即可烧结致密，本发明制备过程安全环保，工序少，批次稳定，适合工业化大规模生产。

附图说明

图1和图2是实施例1制备得到的高烧结活性微米银粉扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实例及附图进一步说明本发明，但应当理解，这些实例仅用于说明本发明，但不限于此。

实施例1

本实施例制备高烧结活性微米银粉的方法包括如下步骤：

（1）称取2000g硝酸银溶于20L常温去离子水中，加入10%的碳酸溶液，将pH值调整至4，得到氧化液A。

（2）称取2000g医药级VC溶于20L常温去离子水中，加入20%的氢氧化钠溶液，将pH调整至4，得到还原液B；

（3）分别称取25g硬脂酸和6g聚乙二醇型多元醇溶于300mL分析纯酒精溶液中，再加入200mL去离子水中，搅拌完全溶解后再加入酒石酸氢钾标准溶液，将pH值调整至4，得到混合液C。

（4）用气动隔膜泵将混合液C全部打入反应釜，开启搅拌，搅拌速度调整到1000r/min，将溶液A和溶液B按照均等速度加入混合液C，同时加完，加完后继续搅拌15分钟；然后离心清洗至电导率10μs/cm，烘干，再用打粉机反复打4分钟后，用600目筛网筛分得到成品粉体。

制备得到的高烧结活性微米银粉1.5k倍扫描电镜图如图1所示，8.0k倍扫描电镜图如图2所示。

实施例2

本实施例制备高烧结活性微米银粉的方法包括如下步骤：

（1）称取5000g硝酸银溶于45L常温去离子水中，加入5%的醋酸溶液，将pH值调整至3.5，得到氧化液A。

（2）称取4000g医药级VC溶于45L常温去离子水中，加入25%的氨水，将pH调整至3.5，得到还原液B。

（3）分别称取50g油酸和15g脂肪酸环氧乙烷溶于500mL分析纯酒精溶液中，再加入500mL去离子水中，搅拌完全溶解后再加入苯二甲酸氢盐标准溶液，将pH值调整至3.5，得到混合液C。

（4）用气动隔膜泵将混合液C全部打入反应釜，开启搅拌，搅拌速度调整到1500r/min，将溶液A和溶液B按照均等速度加入混合液C，同时加完，加完后继续搅拌10分钟；然后离心清洗至电导率10μs/cm，烘干，再用打粉机反复打5分钟后，用600目筛网筛分得到成。

实施例3

本实施例制备高烧结活性微米银粉的方法与实施例1的不同之处是：步骤（1）中所用pH控制剂A为乳酸、苯甲酸、苯酚中的一种或多种混合；步骤（2）中所用pH控制剂B为氢氧化钾溶液。

本发明以硝酸银为起始原料，在加入pH控制剂精确控制反应物料的pH值条件下，氧化液与还原液得到混合得到单质银颗粒。所得银粉颗粒呈近似球形或球形粉体，粒径分布集中、分散性好。

本发明通过控制pH控制剂加入量、分散剂种类及加入量，可在一定范围内精确控制银粉的粒径分布（D50在1.0～1.5μm）及振实密度（5.0～6.0g/cm

本发明根据不同物料及过程采用不同的pH控制剂，以匹配物料的特性及该体系反应的特点，使反应过程pH变化在极小范围内变动，保证了最终得到的银粉颗粒的均匀性及窄分布范围；

本发明采用的匀速对加氧化剂及还原剂的方式，保证了在精确控制pH值并加入足够分散剂的条件下，使银粉颗粒按照一定方向增长，保持良好的球形度；

本发明采用的分散剂，具有很强的疏水性，可以防止银粉颗粒在反应阶段聚集长大或异形；本发明采用的保护剂，可以在银粉烘干过程降低银粉表面张力，并提银粉高润湿性，使粉体具有良好的流动性。

对于本领域中技术人员可由本说明书所描述的内容很直观了解本发明专利的其他优点与功效。本说明书的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明专利的精神下进行各种修饰或者改变。