[发明专利]一种采用硅片废料制备复合型锂离子电池负极材料的方法

说明书

本发明公开了一种采用硅片废料制备复合型锂离子电池负极材料的方法，按以下步骤进行：（1）将金刚线切割硅片废料水洗、酸洗后固液分离,真空干燥得到高纯硅粉；（2）将微米级高纯硅粉通过高能球磨法研磨，获得纳米级高纯硅粉；（3）将纳米级高纯硅粉与碳化钛、石墨按照不同比例混合，通过高能球磨法研磨获得将Si/TiC/C复合材料；（4）将Si/TiC/C复合材料与粘结剂、导电剂、溶剂按一定比例混合均匀后，涂覆于负极铜集流体表面，烘干获得负极极片。本发明在解决了现有金刚线切割硅片废料回收利用项目附加值低的同时提供了一种新颖的硅基负极复合材料的制备思路与方法，将废弃资源朝着绿色、高效、高收益的方向发展。

技术领域

本发明涉及材料综合应用领域，特别涉及一种采用金刚线切割硅片废料制作Si/TiC/C复合型锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

在太阳能光伏产业快速发展的今天，对硅材料的消耗需求日益增大，目前在制备晶硅型太阳能电池时，大多数采用多线切割技术将多晶硅片切割成硅片。由于切割线的直径和硅片的厚度很接近，导致至少有40%以上的晶硅被切磨成硅粉进入切割液中，流失的硅粉内部具有相当高的纯度。在回收利用方面，由于粉体微米级别粒径以及在切割过程中污染的因素增加了回收利用的难度系数，以至于这个资源基本上处于闲置或低价值利用状态。

锂离子电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度范围宽和安全可靠等优点，在现代通讯、便携式电子产品和混合动力汽车等领域有广阔的应用前景。

目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料，其实际容量已接近理论值(372mAh.g^-1)，已经不能满足如今社会对高能量密度锂离子微电池的需求。在目前的众多可选材料中，硅的理论比容量值最高可达4200mAh.g^-1，是石墨的10倍多。但同时硅材料也面临着很多的挑战，如在锂电池充放电循环过程中会产生剧烈的体积膨胀(约300%)，剧烈的体积膨胀会导致在充放电过程中形成的SEI膜不断地破裂重组，大量消耗了电解液中锂离子，这些都将导致硅电极在电化学锂化、脱锂过程中急速粉末化或者出现裂痕，使电池的寿命，容量以及库伦效率急速衰减，严重阻碍了其在实际中的应用。

在已发表的文献中,已有若干以金刚线切割片废料制备锂离子电池负极材料的例子。

如公开号为CN 109904407 A的中国专利文献公开了一种制备多孔硅/碳复合材料的方法。该方法先对原料进行化学刻蚀制备多孔硅，然后将其与有机碳源经高温处理得到硅碳复合材料。但是该方法流程复杂,在热解过程中极易造成团聚现象。

如公开号为CN 108987677 A的中国专利文献公开了一种废料粉末回收利用于锂离子电池负极材料的工艺方法。该方法侧重于原料的前期表面杂质元素与有机粘污的去除，所用到的化学试剂种类繁多，处理工艺较为繁琐。在循环性能方面，经过10次充放电后，各实施例中得到的负极材料比容量降为0 mAh.g^-1。

发明内容

针对上述技术问题,本发明提供一种金刚线切割硅片废料制作Si/TiC/C锂离子电池负极材料的方法。本发明为在光伏产业中金刚线切割硅片废料回收制备锂离子电池的一种思路与方法,通过一系列预处理方法有效去除包覆在硅粉表面的SiO₂膜，并通过高能球磨法与石墨、碳化钛混合得到纳米级别的复合材料，碳化钛的添加在可以将硅进行无定型化，可以很大程度上提升其电化学性能，并且碳化钛与碳层形成的夹层可以支撑并缓冲充放电过程中硅的体积膨胀，获得稳定的SEI膜；石墨与碳化钛可以弥补硅作为无机非金属导电性差的劣势，进而发挥出复合材料优异的电化学性能。

一种采用硅片废料制备复合型锂离子电池负极材料的方法，具体步骤如下：