[发明专利]利用冶金废硅粉制备锂离子电池用硅碳复合负极材料的方法

说明书

本发明提供了利用冶金废硅粉制备锂离子电池用硅碳复合负极材料的方法，包括以下步骤：将冶金级废硅粉进行浸泡纯化处理和金属辅助刻蚀处理，得到多孔纳米硅粉；将一定质量比的多孔纳米硅粉、微粉石墨、碳纳米管、可碳化粘结剂均四种原料加入去离子水中，进行超声混合分散，得到混合浆料；将混合浆料在氮气或氩气下进行高温煅烧，煅烧结束后自然冷却至室温，得到锂离子电池用硅碳复合负极材料。该锂离子电池用硅碳复合负极材料的制备采用冶金级废硅粉作为原料，原料易得，制备过程操作简单，对实验设备的要求不高，制备成本低，并且该负极材料的结构稳定性和循环稳定性高，充放电过程中体积膨胀极小，适合大规模产业化生产和应用。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，涉及锂离子电池用硅碳复合负极材料的制备方法。

背景技术

新能源领域的快速发展对与之相适应的储能材料提出了新的要求。近二十年里，锂离子电池已经成功主导了便携式电子市场，正在迈入电动汽车动力电池量产化的轨道。然而，从目前的状况来看，即使研究发展迅速，仍然不能满足电动汽车市场对于比容量及能量密度的需求，因此提高锂电池比容量及能量密度的研究迫在眉睫。

锂离子电池的容量取决于正极材料的活性锂离子以及负极材料的嵌脱锂的能力。电极的性能在很大程度上决定了锂离子电池的综合性能。然而，目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳负极材料，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，严重限制了锂离子电池的进一步发展。硅因其较高的理论容量4200mAh/g、丰富的可用性、环境友好性及较高的能量密度，被认为是下一代锂离子电池最有前途的负极材料之一。然而，低电导率的硅材料在锂化过程中由于体积膨胀，容易粉化，导致电极容量严重衰退。解决硅基材料在充放电过程中的体积膨胀问题就是提高其循环性能的最主要途径。硅与碳的耦合实现了硅的高储锂能力和碳材料优异的导电性能可以良好结合在一起，使硅碳复合材料成为锂离子电池负极的理想候选材料。

公开号CN107732200A的发明专利，公开了一种利用光伏产业废料制备锂离子电池负极材料的方法，将光伏产业废料预处理获得硅粉，再进行锂离子电池负极材料的制备，通过对光伏产业废料进行处理，对硅原料进行改性，促进硅负极的商业化应用。但所获得硅粉的粒度为300-500nm，粉体粒度较大会导致硅材料在充放电过程中具有显著的体积效应，不利于硅碳合负极材料循环性能的发挥，且该方法所制备的硅碳材料首次库伦效率不足70％，很难在实际产业化生产中实现应用。授权公开号CN109037665B的发明专利，公开了一种利用光伏产业废硅渣制备纳米硅负极材料的方法，粉碎得到废硅粉，通过二次纯化、粗粉和细粉处理、喷雾干燥，获得纳米硅负极材料。但在制备过程中多次采用重复的物理粉碎方式，效率较低，利用喷雾干燥方式直接干燥处理纳米级别硅材料，硅粉收率低损耗大，80-150℃的喷雾干燥温度很难完全热解挥发剔除细粉处理过程中的助磨剂，新引入杂质将影响最终负极材料的电化学性能及安全性。

发明内容

为解决背景技术中所述的问题，本发明提供了利用冶金废硅粉制备锂离子电池用硅碳复合负极材料的方法。

本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)将冶金级废硅粉置于碱-醇溶液中进行浸泡纯化处理，固液分离后，用去离子水洗涤固体至洗涤液为中性，得到纯化硅粉；

(2)将纯化硅粉置于HF-AgNO₃-去离子水溶液体系进行金属辅助刻蚀处理，固液分离后，用去离子水洗涤固体至洗涤液为中性，得到多孔纳米硅粉；

(3)将一定质量配比的多孔纳米硅粉、微粉石墨、碳纳米管、可碳化粘结剂这四种原料加入去离子水中，进行超声混合分散，得到混合浆料；

(4)将混合浆料在氮气或氩气下进行高温煅烧，煅烧结束后自然冷却至室温，得到锂离子电池用硅碳复合负极材料。