[发明专利]用于锂电池负极的硅碳颗粒

说明书

本发明公开了用于锂电池负极的硅碳颗粒，属于硅材料制备技术领域；包括球形的碳颗粒和球形的硅颗粒，硅颗粒与碳颗粒的粒径比为0.6‑1:4‑6，碳颗粒的表层连接有多个硅颗粒；其中，球形的硅颗粒包括球状单质硅内芯，球状单质硅内芯表面包裹有氧化硅外层，氧化硅外层上贯通分布有多个孔洞；本发明的硅颗粒结构，有利于与石墨充分混合形成球状结构，有利于缓解硅的体积效应，与碳颗粒形成的球状包裹结构使硅颗粒与碳颗粒的结合更加稳定，电极材料在充放电过程中，形成的硅碳颗粒在集流体上不易粉化从集流体上剥落，不易形成新的固相电解质层，提高锂电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于硅材料制备技术领域，具体涉及用于锂电池负极的硅碳颗粒。

背景技术

锂离子电池是目前储能技术中应用最广泛的储能电芯，提高电芯能量存储密度是全世界追求的目标，电芯能量密度的提高主要依赖于其正、负极材料的发展进步。

人们普遍采用碳基负极材料作为锂离子电池的负极材料，但碳基负极材料能量密度低(理论比容量372mAh/g，实际可逆比容量为330mAh/g)。硅是目前已知比容量（理论比容量4200mAh/g）最高的锂离子电池负极材料，但由于其巨大的体积效应（>300%），硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落，使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触，同时不断形成新的固相电解质层SEI，最终导致电化学性能的恶化。

晶体硅切片约40%的材料通过金刚线切割变成粉末流失，以多晶硅棒为例，2018年8月份每公斤约105元，2018年上半年产量约50GW，折合晶棒约20万吨，切片流失40%，折合10万吨，而且该粉末粒径过小（粒径分布200nm~2.5um），常规方法无法处理，对环境保护形成较大的压力。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，解决光伏行业晶体硅金刚线切片后废料无法回收利用的问题，提供一种利用金刚线切割废硅粉制备的用于锂电池负极的硅碳颗粒，可解决因硅负极嵌锂和脱锂导致的硅负极结构崩坍、粉化的现象。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：利用金刚线切割废硅粉制备锂电池负极材料的方法，包括以下步骤：

a）将金刚线切割废硅粉使用0.1~0.5mol/L的盐酸、质量分数为30%~50%的硫酸、20%~45%的硝酸的混合溶液浸泡3~6h；之后漂洗并干燥。

b）在惰性气体保护下，将干燥后的金刚线切割废硅粉在180~260℃高温煅烧2~5小时；再使用0.03~0.08mol/L的氢氟酸浸泡，并磁力搅拌30~100min，获得表面改性硅粉A。

c）对表面改性硅粉A采用湿法研磨的方法进行粒径一致性处理得到一致性硅粉B，所述的一致性硅粉B粒径为D95粒径 30~50nm，且D20粒径<10nm。

d）从所述的一致性硅粉B中分选出粒径为30~50nm的分选硅粉C，将所述的分选硅粉C进行碳化处理后，得到锂电池硅碳负极材料。

优选的，在所述的步骤a）前先去除金刚线切割废硅粉中残存的杂质。

优选的，所述的盐酸、硫酸、硝酸体积比为1-2.5:0.8-1.5:1。

优选的，其特征在于，盐酸、硫酸、硝酸的混合溶液的温度为40-80℃。

优选的，所述的步骤b）的磁力搅拌叠加强迫振动，并形成强迫对流，强迫振动包括超声、机械搅拌、反应器晃动、电磁振动的任意一种。

所述的粒径一致性处理是将所述的表面改性硅粉A按照粒径每增加100-200nm进行分档形成不同粒径级别的表面改性硅粉，将各个级别的表面改性硅粉加入混合液H，进行研磨后干燥混合得到所述的一致性硅粉B，所述的混合液H包括分散剂、表面活性剂、添加剂，所述的添加剂为二乙醇胺或三乙醇胺。