[發明專利]一種基于光伏硅廢料的鋰離子電池負極材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201410387828.7
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN105336922B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 張力
• 申請（專利權）人: 江蘇載馳科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧唯

1.一種基于光伏硅廢料的鋰離子電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

第1步，光伏硅廢料先經過稀HCl和稀HNO₃分別清洗三次，隨后置于強氧化液體中加熱至60-120度，并保持0.5-3小時；表面氧化后的樣品分別使用去離子水、乙醇、丙酮洗滌；清洗后的材料經過60-200℃空氣環境烘干后，置于管式爐中，在惰性氣氛下400-1000℃加熱1-6小時，使表面殘留有機物徹底碳化；根據硅廢料批次的差異，在顆粒較大的情況下，將采用濕法刻蝕對顆粒粒徑進行消減，使之達到微米至亞微米的尺度，所述的顆粒較大的情況是指顆粒平均粒徑超過10微米，刻蝕體系包括各向同性腐蝕體系或者各向異性腐蝕體系；所述的各向同性腐蝕體系是指硝酸和氫氟酸；所述的各向異性腐蝕體系是指氫氧化鉀；濕法刻蝕后的硅材料再進行清洗和提純，即可作為鋰離子電池負極材料使用；

第2步，稱取處理后光伏硅材料，所述的處理后光伏硅材料粒徑在100nm-10μm之間；稱取一定量有機糖類，控制有機糖類中的碳原子與處理后光伏硅材料的質量比在1：100至5：100之間；稱取一定質量過渡金屬無機鹽，控制過渡金屬無機鹽與硅材料的質量比在1：100至1：1000之間；將三者混合并充分研磨至均勻分散；將上述混合物均勻分散在坩堝或者瓷舟中，并置于密閉管式爐中央，反應在氬氣和氫氣混合氣體中進行，控制溫度上升至600-1000℃，并恒溫1-6h;最后在氬氣和氫氣混合氣體中冷卻至室溫，產物經過硝酸洗滌2-5次，離心得到最終產物，真空60℃烘干；

第3步，將第2步得到的硅基材料與水性高分子樹脂以及導電劑按混合，并使硅基材料的質量分數在50-90%范圍內，在高速攪拌條件下，使三者均勻混合；隨后加入金屬陽離子，所述的金屬陽離子與水性高分子樹脂摩爾比控制在0.01-0.2之間，通過金屬陽離子絡合、交聯、改性大幅提高粘結劑網絡的強度，用以克服硅基材料的體積效應；上述混合物經過均勻分散后得到負極漿料，最后將該漿料均勻涂覆于負極集流體表面，烘干得到負極極片；

第4步，將上述步驟制備的負極極片和相應正極極片、多孔隔離膜通過層疊或者卷繞方式制作成裸電芯，其中負極極片活性物質負載量為對應正極極片負載量的10-20%；隨后將上述裸電芯裝進外包裝中，除去裸電芯中的水分，定量加入電解液，靜置，預封裝；最后對電池進行預充電，并除去外包裝中的氣體，最后進行真空封裝制得高比能量鋰離子電池；

強氧化液體包括濃硝酸、 濃硫酸、 過氧化氫、硝酸銨、硝酸鉀、高氯酸及其鹽、重鉻酸及其鹽、高錳酸及其鹽、過氧化苯甲酸、過磷酸、五氧化二磷以及其中任意試劑的組合形式；

有機糖類包括葡萄糖、蔗糖中的一種或幾種；

過渡金屬無機鹽包括鎳、鐵、鈷、錳陽離子與硫酸根、鹽酸根、硝酸根、醋酸根陰離子構成的鹽類；

水性高分子樹脂是酚醛樹脂型、氨基樹脂型、聚丙烯酸脂型、橡膠型乳液膠、乙烯-乙酸乙脂型中的一種或幾種；用于交聯絡合的金屬陽離子包括Mg²⁺、Ba²⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Sr²⁺、 Co²⁺、 Fe²⁺、 Ni²⁺、 Al³⁺的任意組合形式。