[发明专利]一种硅碳复合材料、其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种硅碳复合材料、其制备方法和用途。所述方法包括如下步骤：(1)将报废太阳能板进行机械力处理，得到纳米硅，然后将所述纳米硅进行化学腐蚀，得到多孔纳米硅；(2)制备含有所述多孔纳米硅和硅烷偶联剂的分散液，将所述分散液过滤；(3)在惰性气氛下，将步骤(2)过滤得到的固体产物煅烧，得到硅碳复合材料。本发明通过采用低成本的报废太阳能硅板进行处理得到多孔纳米硅，之后与硅烷偶联剂在高温条件下反应制备出硅碳复合材料，硅烷偶联剂与纳米硅之间产生协同效应，即纳米硅表面硅烷偶联剂表面水解生成硅羟基，所述硅碳复合材料吸附电子生成结构稳定的复合体，从而提高锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种硅碳复合材料、其制备方法和用途。

背景技术

根据国家新能源车发展规划，新能源车产业对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。对于锂离子电池来说，负极材料是其重要组成部分并影响电池能量密度的重要因素。

目前市场化的负极材料主要以石墨类材料为主，但是石墨类材料的克容量偏低限制了锂离子电池能量密度的提高。而硅负极材料以其克容量高、资源丰富等优点而受到研究者的重视，并应用于高比能量密度锂离子电池等领域。但是，硅材料膨胀率高、导电性差及其价格太高成为制约其广泛应用的因素。

目前制备硅碳的方法主要采用固相法制备，即主要通过机械方法制备出纳米硅材料或硅氧化合物材料。但是，所述机械方法由于收成率低、工序复杂及其提纯过程要求高，造成其硅碳材料的价格偏高，比如纯硅氧材料纳米硅的单价达到(1～2)万元/kg，远高于石墨材料(40～100)元/kg，造成其硅氧材料与石墨混合后价格远高于纯石墨材料的价格。

同时，纳米硅材料的前驱体由于对材料的纯度要求较高造成其材料的价格过高。如CN103199252B公开了锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，其制备过程为：将SiO_x碳化，使单颗粒Si分散在SiO_x(SiO_x为晶体和/或非晶体)中形成混合物，球磨，之后将含氧硅基材料石墨粉体混合并分散、溶合得到硅碳负极材料。但是，由于其制备过程复杂，原材料成本高，造成其制备出的硅碳材料成本过高。

CN109119601A公开了锂离子二次电池负极硅-碳材料及其制备方法、锂离子二次电池负极材料和锂离子二次电池。所述锂离子二次电池负极硅-碳材料的制备方法包括：S1、将原料硅材料粉碎成纳米硅；S2、将密度ρ≥1.1g/ml的树木木材进行炭化，制得木炭；S3、将木炭粉碎成木炭粉，并干燥去除水份；S4、将干燥后的木炭粉进行加热前处理，去除挥发粉和杂质；S5、将纳米硅和前处理后的木炭粉进行混合，使纳米硅嵌在木炭粉的气孔内；S6、将混合后的纳米硅和木炭粉进行真空热处理。但是，所述方法得到的锂离子二次电池负极硅-碳材料成本高。

因此，本领域需要开发一种新型硅碳复合材料制备方法，所述方法可有效降低硅碳复合材料的制备成本，且得到的硅碳复合材料电化学性能优异。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硅碳复合材料、其制备方法和用途。所述硅碳复合材料的制备方法可有效降低硅碳复合材料的制备成本，且得到的硅碳复合材料电化学性能优异。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种硅碳复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将报废太阳能板进行机械力处理，得到纳米硅，然后将所述纳米硅进行化学腐蚀，得到多孔纳米硅；

(2)制备含有所述多孔纳米硅和硅烷偶联剂的分散液，将所述分散液过滤；

(3)在惰性气氛下，将步骤(2)过滤得到的固体产物煅烧，得到硅碳复合材料。