[发明专利]非晶硅粉体的制备方法、非晶硅粉体以及锂离子电池

说明书

本发明属于非晶硅制备技术领域，涉及一种非晶硅粉体的制备方法、非晶硅粉体以及锂离子电池。本发明提供的非晶硅粉体的制备方法，包括以下步骤：以冶金级硅为原料，采用熔炼的方式，制得母锭；采用单辊快速凝固的方式将所述母锭进行甩带，制得非晶硅带材；将所述非晶硅带材进行脆化处理，得到脆化带材；将所述脆化带材进行粉碎处理，得到非晶硅粉体。本发明提供的非晶硅粉体的制备方法，工艺简单、高效，对环境友好，成本较低，易于实现工业化生产。该非晶硅粉体，能够缓冲硅体积变化产生的应力，减轻电极的体积膨胀效应，进而提高电极材料的循环稳定性。

技术领域

本发明属于非晶硅制备技术领域，具体涉及一种非晶硅粉体的制备方法、非晶硅粉体以及锂离子电池。

背景技术

目前实际应用较多的锂离子电池负极材料是碳材料，如天然石墨、石墨化中间相碳微球等。在非碳负极材料中，硅具有极高的理论比容量，较低的储锂反应电压平台，并且硅在自然界中的分布很广，在地壳中的含量仅次于氧，因此硅基负极材料是一类极具发展前景的新型高能材料。然而，硅基材料面临的挑战是在锂化过程中的相变和体积膨胀会产生较大的应力，致使电极断裂粉化、电阻增大、循环性能骤降，因此，硅基材料的电化学循环性能较差；同时，由于硅是一种半导体材料，其电子电导率和离子电导率都相对较低，不能有效满足锂离子电池高倍率充放电的要求。

为了解决硅基材料电化学循环性能差的问题，可以通过减小颗粒尺寸、掺杂及包覆等手段来实现，即通过降低硅本身的体积效应，提高其电化学反应速率，来改善硅基材料的电化学循环性能。因此，颗粒尺寸均匀分布的硅粉材料同样是锂离子电池负极材料－硅碳负极材料的核心前驱体材料。

目前，锂离子电池负极材料中，商业化的硅微粉(微米级硅粉)主要通过机械研磨的方法进行制备，通常将硅粉和分散剂高速分散均匀后，加入到研磨机中，在温度为10～60℃的情况下，经过研磨得到硅微粉。而对于负极材料中用到的非晶硅微粉的制备，主要采用气相沉积的方法。非晶硅与晶体硅相比较而言，晶体硅导电性较差，充放电过程缓慢，且在循环过程中由于体积膨胀而导致硅的粉化、脱落；而非晶硅能减轻电极体积膨胀效应，非晶硅电极的机械稳定性和电化学稳定性均较高。因此，非晶硅粉体的制备对于锂电池负极材料的发展起着重要的作用。然而，现有的气相沉积法等的制备方式，成本高，能耗高，原料的利用率低，产量低，难以大批量生产，极大的限制了非晶硅作为锂电池负极材料的应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种非晶硅粉体的制备方法，工艺简单、高效，对环境友好，成本较低，易于实现工业化生产。

本发明的第二目的在于提供一种非晶硅粉体，能够缓冲硅体积变化产生的应力，减轻电极的体积膨胀效应，进而提高电极材料的循环稳定性。

本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池的负极材料中包含上述非晶硅粉体，具有比容量高，机械稳定性和电化学循环稳定性好的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种非晶硅粉体的制备方法，包括以下步骤：

以冶金级硅为原料，采用熔炼的方式，制得母锭；

采用单辊快速凝固的方式将所述母锭进行甩带，制得非晶硅带材；

将所述非晶硅带材进行脆化处理，得到脆化带材；

将所述脆化带材进行粉碎处理，得到非晶硅粉体。

作为进一步优选技术方案，所述冶金级硅中硅的含量为97wt％～99wt％；

优选地，所述母锭中硅的含量为99.1wt％～99.999wt％。

作为进一步优选技术方案，所述熔炼采用的是非自耗真空电弧炉；