[发明专利]一种利用光伏产业废料制备锂离子电池负极材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及废料利用技术领域，特别涉及利用光伏产业废料制备锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

气候变暖，环境恶化，化石燃料的枯竭等严峻挑战，迫使人们对绿色环保的新能源具有迫切的需求。与此同时互联网技术的高速发展，各种移动电子设备日新月异，对于能量密高，便于携带，安全的电源的需求也是日益增长。锂离子电池以其能量密度高、循环性能好、清洁便携等特点，引起了人们广大的兴趣。

目前商用锂离子电池负极材料为石墨，但是石墨的理论比容量较低(330mAh/g),而且石墨负极容易出现“析锂”,发生安全隐患。这些致命的缺陷已无法满足目前人们对于高容量电池的需求，而硅材料以其较高的比容量(4200mA/h)，地壳中含量丰富，脱嵌锂电位低，不会发生由于“析锂”而出现安全隐患等诸多优点，成为了人们的研究热点。

同时，硅负极在应用过程中面临体积膨胀效应的挑战：1在脱嵌锂过程中会发生400％的体积膨胀效应，引起硅颗粒由于应力作用而破碎，从而失去电化学活性；2由于体积效应，不能形成稳定的固体电解质界面膜，造成电解液的多次分解，降低了材料的电导率；3由于体积效应而与集流体失去电接触。这将会导致电池内阻增加，容量与循环性能下降明显，是阻碍锂离子电池硅负极进入商业化应用的主要问题，因此如何缓解硅负极在充放电过程中的体积效应与增加硅负极的电导率成为了此研究领域亟待解决的难点问题，也是此领域学者进行前沿性研究的重点方向。

中国专利公开第CN106025243 A号公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，它设计了一种双壳层结构的硅碳复合材料，内层为碳包覆层，外壳为导电聚合物薄膜，这种特殊的结构有效缓解了硅材料在充放电过程中的体积膨胀效应，提高了材料的循环性能和倍率性能。

中国专利公开第CN105958326号公开了一种用碳材料包覆硅颗粒的方法，分别利用两种不同的碳来对纳米硅颗粒进行二次碳包覆，通过这两次的碳包覆，有效的解决了硅材料的导电性能不足和抑制体积膨胀。

现有的技术都是对商业化的纳米硅颗粒，生产成本过于高昂，且整个生产工艺流程复杂，无法进行大规模的工业化生产，这严重限制了硅负极的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用光伏产业废料制备锂离子电池负极材料的方法，以解决上述技术问题。本发明通过对光伏产业废料进行处理，通过一种简单易行可以工业化应用的方法对硅原料进行改性，促进硅负极的商业化应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用光伏产业废料制备锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：

1)光伏产业废料预处理：

1.1)、将光伏产业废料焙烧，然后自然冷却至室温；

1.2)、将步骤1.1)得到的产品球磨；

1.3)、将球磨过的样品，用各向同性的氢氟酸/硝酸混合液和各向异性的氢氧化钾各进行一次刻蚀、清洗，然后干燥获得硅粉；

2)锂离子电池负极材料的制备：

2.1)、将步骤1)制备的硅粉与分散剂加入到溶剂中，分散使硅粉形成均匀、分散的纳米硅颗粒；硅粉与分散剂的质量比为4比1；

2.2)、将引发剂过硫酸铵加入到步骤2.1)的溶液中，超声分散；引发剂的与2.4)中单体的质量比例为1比2.5；

2.3)、酸化处理溶液，调节溶液的pH为1-3；

2.4)、随后逐滴加入单体对硅颗粒进行包覆，并在冰浴条件下搅拌反应8-12小时；

2.5)、反应完成后，将所得液体离心，洗涤至中性，然后在真空干燥，研磨得到锂离子电池负极材料。

进一步的，步骤1.1)中将光伏产业废料在氮气环境下450℃焙烧5小时。

进一步的，步骤1.2)中球磨时加入丙酮使之没过原料，球磨机转速为500r/min，球磨4-8h；原料与珠子质量比1：10-15。

进一步的，步骤1.3)中每次刻蚀时间为8-12小时；氢氟酸/硝酸混合液中氢氟酸和硝酸的体积比为10:1；氢氧化钾的浓度为2mol/L。

进一步的，步骤2.1)中分散剂为多羟基离子液体、烷基离子液体或咪唑离子液体，分散剂浓度为2-5mol/L。

进一步的，步骤2.3)中通过浓盐酸进行酸化处理。

进一步的，步骤2.4)中的单体为胺、噻吩或吡咯，硅粉与单体的质量比为1：2-4；硅颗粒包覆层的厚度为0.2-0.5um。

进一步的，光伏产业废料中硅含量在85％-95％，尺寸为300nm-500nm，形貌为片状结构。