[发明专利]一种硅颗粒材料及其制备锂离子电池负极材料的用途

说明书

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种刻蚀法制备的硅颗粒材料，并进一步公开其制备方法，以及其制备锂离子电池负极材料的用途。本发明所述的硅颗粒材料，以铝硅合金材料为制备原料，采用刻蚀的方式进行制备，以去除硅铝合金中全部或部分铝得到硅铝合金粉或硅粉。该方法不仅可制得尺寸均匀且颗粒可控的硅颗粒材料，反应所得硅颗粒及硅铝颗粒的形貌及组分可控，且原材料易于获取、去除铝工艺简单，生产速度及产品成分、形貌可控，所得材料杂质低，缩短了工艺流程，可实现在常温情况下直接制备硅铝粉末或纯硅粉末材料，便于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种刻蚀法制备的硅颗粒材料，并进一步公开其制备方法，以及其制备锂离子电池负极材料的用途。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池即充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间往复移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：而充电时，Li⁺则从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，使负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池因其环境相容性好、循环寿命长、自放电率低的优势，已发展成为最常用的储能设备，广泛的应用在便携式设备和电动汽车上。

已有研究表明，锂离子电池能否成功应用，关键在于能否可逆的嵌入和脱嵌锂离子的负极材料，因此，负极材料是锂离子电池的主要组成部分，而负极材料的性能更是直接影响了锂离子电池的性能。硅作为锂离子电池的常见负极材料，具有环境友好、天然储量丰富(地球上含量第二)的优点，而硅与锂下会形成Li₂₂Si₅，其理论比容量高达4200mAh·g^-1，因此，硅也具有高容量的优势。并在制备锂离子电池负极材料上也具有广阔的应用前景。

然而，现有研究表明，不同结构及形貌的Si材料在应用中分别具有不同的、各自独特的优缺点。如Si材料在制备锂离子电池负极材料的应用中，就一直受阻于其较差的电导率(＜10^-3S·cm^-1、25℃)和脱嵌锂后体积膨胀率较大(～400％)的缺陷。所以，硅在制备电池负极材料时，通常通过添加一定量的铝来抑制硅的膨胀，并提高硅材料的导电性。目前，电池用硅负极材料的生产主要包括气相法、CVD、等离子体技术、机械球磨法、熔融电解和还原纳米尺寸SiO_x等方法，但普遍存在投资大、成本高、生产效率低、能耗高、污染大、杂质多等缺点。如现有技术中通过球磨和热解合成技术制备的硅颗粒，具有易于大规模生产、低成本、易混合等优点。然而，由于尺寸效应会导致当制得的纳米颗粒表面积/体积达到一定比例时，会发生纳米颗粒团聚现象，对锂离子电极的制备极为不利。

因此，为满足锂离子电池电极性能的要求，需要制备更易分散的硅颗粒材料，尤其是纳米尺度的硅颗粒材料，而开发一种新的制备易分散硅颗粒材料的方法，对于锂离子电池的制备更具有积极的意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种刻蚀法制备的硅颗粒材料，并进一步公开其制备方法；

本申请所要解决的第二个技术问题在于提供由上述硅颗粒材料制备的锂离子电池负极材料。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种硅颗粒材料的制备方法，所述方法以硅铝合金材料为原料，在溶剂存在下，通过加入酸或碱对所述硅铝合金进行酸化刻蚀或碱化刻蚀反应，以去除所述硅铝合金中全部或部分铝，制得所需硅颗粒材料；

所述硅铝合金材料的元素组成为(x)Si(y)Al，其中，

Si的质量百分含量x为2-98wt％，Al的质量百分含量y为2-98wt％。

所述硅铝合金材料为颗粒、片状、管状或块状多种形貌中的一种或几种组合的粉末。

优选的，所述溶剂包括水、醇水混合溶剂、有机酸或醇类溶剂；并且所述硅铝合金材料可以与所述溶剂以任意比例进行混合。