[發明專利]非晶硅粉體的制備方法、非晶硅粉體以及鋰離子電池

有效

• 申請號: 201710777314.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107572529B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 白巖;馬書良;成信剛;董陽陽
• 申請（專利權）人: 北方奧鈦納米技術有限公司;銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021;B02C19/06;B02C19/18;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王素麗

本發明屬于非晶硅制備技術領域，涉及一種非晶硅粉體的制備方法、非晶硅粉體以及鋰離子電池。本發明提供的非晶硅粉體的制備方法，包括以下步驟：以冶金級硅為原料，采用熔煉的方式，制得母錠；采用單輥快速凝固的方式將所述母錠進行甩帶，制得非晶硅帶材；將所述非晶硅帶材進行脆化處理，得到脆化帶材；將所述脆化帶材進行粉碎處理，得到非晶硅粉體。本發明提供的非晶硅粉體的制備方法，工藝簡單、高效，對環境友好，成本較低，易于實現工業化生產。該非晶硅粉體，能夠緩沖硅體積變化產生的應力，減輕電極的體積膨脹效應，進而提高電極材料的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于非晶硅制備技術領域，具體涉及一種非晶硅粉體的制備方法、非晶硅粉體以及鋰離子電池。

背景技術

目前實際應用較多的鋰離子電池負極材料是碳材料，如天然石墨、石墨化中間相碳微球等。在非碳負極材料中，硅具有極高的理論比容量，較低的儲鋰反應電壓平臺，并且硅在自然界中的分布很廣，在地殼中的含量僅次于氧，因此硅基負極材料是一類極具發展前景的新型高能材料。然而，硅基材料面臨的挑戰是在鋰化過程中的相變和體積膨脹會產生較大的應力，致使電極斷裂粉化、電阻增大、循環性能驟降，因此，硅基材料的電化學循環性能較差；同時，由于硅是一種半導體材料，其電子電導率和離子電導率都相對較低，不能有效滿足鋰離子電池高倍率充放電的要求。

為了解決硅基材料電化學循環性能差的問題，可以通過減小顆粒尺寸、摻雜及包覆等手段來實現，即通過降低硅本身的體積效應，提高其電化學反應速率，來改善硅基材料的電化學循環性能。因此，顆粒尺寸均勻分布的硅粉材料同樣是鋰離子電池負極材料－硅碳負極材料的核心前驅體材料。

目前，鋰離子電池負極材料中，商業化的硅微粉(微米級硅粉)主要通過機械研磨的方法進行制備，通常將硅粉和分散劑高速分散均勻后，加入到研磨機中，在溫度為10～60℃的情況下，經過研磨得到硅微粉。而對于負極材料中用到的非晶硅微粉的制備，主要采用氣相沉積的方法。非晶硅與晶體硅相比較而言，晶體硅導電性較差，充放電過程緩慢，且在循環過程中由于體積膨脹而導致硅的粉化、脫落；而非晶硅能減輕電極體積膨脹效應，非晶硅電極的機械穩定性和電化學穩定性均較高。因此，非晶硅粉體的制備對于鋰電池負極材料的發展起著重要的作用。然而，現有的氣相沉積法等的制備方式，成本高，能耗高，原料的利用率低，產量低，難以大批量生產，極大的限制了非晶硅作為鋰電池負極材料的應用。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種非晶硅粉體的制備方法，工藝簡單、高效，對環境友好，成本較低，易于實現工業化生產。

本發明的第二目的在于提供一種非晶硅粉體，能夠緩沖硅體積變化產生的應力，減輕電極的體積膨脹效應，進而提高電極材料的循環穩定性。

本發明的第三目的在于提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池的負極材料中包含上述非晶硅粉體，具有比容量高，機械穩定性和電化學循環穩定性好的特點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

根據本發明的一個方面，本發明提供一種非晶硅粉體的制備方法，包括以下步驟：

以冶金級硅為原料，采用熔煉的方式，制得母錠；

采用單輥快速凝固的方式將所述母錠進行甩帶，制得非晶硅帶材；

將所述非晶硅帶材進行脆化處理，得到脆化帶材；

將所述脆化帶材進行粉碎處理，得到非晶硅粉體。

作為進一步優選技術方案，所述冶金級硅中硅的含量為97wt％～99wt％；

優選地，所述母錠中硅的含量為99.1wt％～99.999wt％。

作為進一步優選技術方案，所述熔煉采用的是非自耗真空電弧爐；