[實(shí)用新型]一種用于鋰電池負(fù)極的復(fù)合硅碳顆粒

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821489678.0
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208722987U
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張軍彥;杜海文;周社柱;薛巍;王起飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山西中電科新能源技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于鋰電池負(fù)極的復(fù)合硅碳顆粒，屬于硅材料制備技術(shù)領(lǐng)域；包括球形的碳顆粒和片狀的硅顆粒，碳顆粒的粒徑為200?300nm，碳顆粒的表層與多個(gè)所述的硅顆粒的側(cè)壁相連接；硅顆粒包括片狀單質(zhì)硅內(nèi)芯，片狀單質(zhì)硅內(nèi)芯上下表面具有氧化硅外層，氧化硅外層上貫通分布有多個(gè)孔洞；本實(shí)用新型的片狀硅顆粒結(jié)構(gòu)，有利于與石墨充分混合形成分枝狀或網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，有利于緩解硅的體積效應(yīng)，與碳顆粒形成的空間交錯(cuò)結(jié)構(gòu)使硅顆粒與碳顆粒的結(jié)合更加穩(wěn)定，電極材料在充放電過(guò)程中，形成的硅碳顆粒在集流體上不易粉化從集流體上剝落，不易形成新的固相電解質(zhì)層，提高鋰電池的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于硅材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋰電池負(fù)極的復(fù)合硅碳顆粒。

背景技術(shù)

鋰離子電池是目前儲(chǔ)能技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)能電芯，提高電芯能量存儲(chǔ)密度是全世界追求的目標(biāo)，電芯能量密度的提高主要依賴(lài)于其正、負(fù)極材料的發(fā)展進(jìn)步。

人們普遍采用碳基負(fù)極材料作為鋰離子電池的負(fù)極材料，但碳基負(fù)極材料能量密度低(理論比容量372mAh/g，實(shí)際可逆比容量為330mAh/g)。硅是目前已知比容量（理論比容量4200mAh/g）最高的鋰離子電池負(fù)極材料，但由于其巨大的體積效應(yīng)（>300%），硅電極材料在充放電過(guò)程中會(huì)粉化而從集流體上剝落，使得活性物質(zhì)與活性物質(zhì)、活性物質(zhì)與集流體之間失去電接觸，同時(shí)不斷形成新的固相電解質(zhì)層SEI，最終導(dǎo)致電化學(xué)性能的惡化。

晶體硅切片約40%的材料通過(guò)金剛線切割變成粉末流失，以多晶硅棒為例，2018年8月份每公斤約105元，2018年上半年產(chǎn)量約50GW，折合晶棒約20萬(wàn)噸，切片流失40%，折合10萬(wàn)噸，而且該粉末粒徑過(guò)小（粒徑分布200nm~2.5um），常規(guī)方法無(wú)法處理，對(duì)環(huán)境保護(hù)形成較大的壓力。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決光伏行業(yè)晶體硅金剛線切片后廢料無(wú)法回收利用的問(wèn)題，提供一種利用金剛線切割廢硅粉制備的一種用于鋰電池負(fù)極的復(fù)合硅碳顆粒，可解決因硅負(fù)極嵌鋰和脫鋰導(dǎo)致的硅負(fù)極結(jié)構(gòu)崩坍、粉化的現(xiàn)象。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：利用金剛線切割廢硅粉制備鋰電池負(fù)極材料的方法，包括以下步驟：

a）將金剛線切割廢硅粉使用0.1~0.5mol/L的鹽酸、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%~50%的硫酸、20%~45%的硝酸的混合溶液浸泡3~6h；之后漂洗并干燥。

b）在惰性氣體保護(hù)下，將干燥后的金剛線切割廢硅粉在180~260℃高溫煅燒2~5小時(shí)；再使用0.03~0.08mol/L的氫氟酸浸泡，并磁力攪拌30~100min，獲得表面改性硅粉A。

c）對(duì)表面改性硅粉A采用濕法研磨的方法進(jìn)行粒徑一致性處理得到一致性硅粉B，所述的一致性硅粉B粒徑為D95粒徑 30~50nm，且D20粒徑<10nm。

d）從所述的一致性硅粉B中分選出粒徑為30~50nm的分選硅粉C，將所述的分選硅粉C進(jìn)行碳化處理后，得到鋰電池硅碳負(fù)極材料。

優(yōu)選的，在所述的步驟a）前先去除金剛線切割廢硅粉中殘存的雜質(zhì)。

優(yōu)選的，所述的鹽酸、硫酸、硝酸體積比為1-2.5:0.8-1.5:1。

優(yōu)選的，其特征在于，鹽酸、硫酸、硝酸的混合溶液的溫度為40-80℃。

優(yōu)選的，所述的步驟b）的磁力攪拌疊加強(qiáng)迫振動(dòng)，并形成強(qiáng)迫對(duì)流，強(qiáng)迫振動(dòng)包括超聲、機(jī)械攪拌、反應(yīng)器晃動(dòng)、電磁振動(dòng)的任意一種。

所述的粒徑一致性處理是將所述的表面改性硅粉A按照粒徑每增加100-200nm進(jìn)行分檔形成不同粒徑級(jí)別的表面改性硅粉，將各個(gè)級(jí)別的表面改性硅粉加入混合液H，進(jìn)行研磨后干燥混合得到所述的一致性硅粉B，所述的混合液H包括分散劑、表面活性劑、添加劑，所述的添加劑為二乙醇胺或三乙醇胺。