[发明专利]一种利用光伏锯末浆制备多孔纳米硅基复合负极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用光伏锯末浆制备多孔纳米硅基复合负极材料的方法，以光伏锯末浆为原料，通过酸溶去除其中的金属杂质；接着通过碱溶使微米硅粉产生多孔结构，并利用强碱性溶液产生的静电分层特性分离出多孔微米硅粉；接下来通过还原性醇类有机溶剂剥离多孔微米硅粉，使得多孔微米硅粉沿解理面剥离，分裂出光滑片状平面，得到具有良好嵌入作用的多孔纳米片状硅，然后将具有光滑片状平面的多孔纳米片状硅与导电炭黑复合，并通过粘结剂的交联作用，增强多孔纳米硅与导电炭黑复合材料的结合力，最后通过喷雾造粒的方式得到多孔纳米硅基复合负极材料，有助于环保、低能耗实现光伏锯末浆中微米硅粉的回收利用。

技术领域

本发明属于资源回收再利用制备电池负极材料的技术领域，具体而言，涉及一种利用光伏锯末浆制备多孔纳米硅基复合负极材料的方法。

背景技术

光伏硅片是制作太阳能电池的核心材料，为了得到适宜厚度的光伏硅片，需要对高纯硅锭进行锯切成片处理，在锯切过程中，只有不到60%的硅锭被锯切成光伏硅片，其余40%的硅锭则成为亚微米级的光伏锯末废料损失在切割液中。目前国内外普遍使用的是线切割技术，即利用电机带动金刚石切割丝线高速旋转，在金刚石切割丝线与等待锯切的高纯硅锭之间，以掺有表面活性剂的聚乙二醇作为切割液、碳化硅微粉作为磨粒来完成锯切工序。锯切完成后，光伏锯末废料与切割液的混合浆料形成光伏锯末浆，光伏锯末浆的主要成分为30%左右高纯的微米硅粉、30%左右的碳化硅粉、30%左右的聚乙二醇、4%左右的石墨、1%左右的金属杂质。

由于线切割过程处于切割液的充分冷却下，微米硅粉并没有发生氧化，因此，光伏锯末浆经过杂质分离后，所得到的微米硅粉纯度较高，可以作为锂电池硅基复合负极材料的原料，有助于环保、低能耗实现微米硅粉的回收利用。

硅拥有高达4200mAh/g的理论克容量，相较目前大规模应用的石墨（理论克容量372mAh/g）来说，极具替代应用前景，因此，利用如上微米硅粉制备出高附加值、高性能的锂电池用多孔纳米硅基复合负极材料，能够实现资源的循环利用。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种利用光伏锯末浆制备多孔纳米硅基复合负极材料的方法，不仅有助于环保、低能耗实现光伏锯末浆中微米硅粉的回收利用，还能制备高附加值、高性能的锂电池用多孔纳米硅基复合负极材料，实现资源的循环利用。

为实现上述目的，本申请通过以下实施例的方式来实现：

一种利用光伏锯末浆制备多孔纳米硅基复合负极材料的方法，包括如下步骤：

步骤S1酸溶：室温条件下搅拌光伏锯末浆并往其中加入有机酸溶解金属杂质，固液分离得到以微米硅粉和碳化硅粉为主的掺杂少量石墨的混合物。

步骤S2碱溶：室温条件下往上述混合物中加入强碱性物质，强碱性物质与微米硅粉反应，溶解掉部分硅，形成多孔微米硅粉，与此同时，强碱性环境下的静电排斥力使得比重小的微米硅粉、石墨漂浮在悬浮液上面，颗粒大且比重相对较大的碳化硅粉沉于悬浮液底部，进而可分离得到多孔微米硅粉（混有少量石墨）并干燥；需要说明的是，光伏锯末浆里的石墨具有优良的导电性，是目前主流的锂电池负极材料，也是纳米硅基复合负极材料的改性掺杂材料，因此，石墨不需要额外的方式去除，后续描述中也不做另外说明。

步骤S3解理纳米化：将分离干燥后的多孔微米硅粉与还原性醇类有机溶剂加入砂磨机，使多孔微米硅粉沿解理面剥离，形成多孔纳米片状硅。

步骤S4均质分散：往多孔纳米片状硅与还原性醇类有机溶剂的混合浆料中加入导电炭黑和粘结剂，并进行均质分散，获得均一浆料。

步骤S5喷雾造粒：利用均一浆料喷雾造粒形成多孔纳米硅基复合负极材料。