[實用新型]一種用于鋰電池負極的片狀硅粒

有效

• 申請號: 201821489679.5
• 申請日: 2018-09-12
• 公開（公告）號: CN208722988U
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 杜海文;張軍彥;周社柱;張瑾;薛巍
• 申請（專利權）人: 山西中電科新能源技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本實用新型公開了一種用于鋰電池負極的片狀硅粒，屬于硅材料制備技術領域；包括片狀單質硅內芯，所述的片狀單質硅內芯上下表面具有氧化硅外層，所述的氧化硅外層上貫通分布有多個孔洞；本實用新型的硅顆粒結構，有利于與石墨充分混合形成分支狀及網絡狀結構，有利于緩解硅的體積效應，滿足鋰電池硅碳負極中對硅材料的要求，實現金剛線切割廢料的再利用，并實現巨大的經濟效益。

技術領域

本實用新型屬于硅材料制備技術領域，具體涉及一種用于鋰電池負極的片狀硅粒。

背景技術

鋰離子電池是目前儲能技術中應用最廣泛的儲能電芯，提高電芯能量存儲密度是全世界追求的目標，電芯能量密度的提高主要依賴于其正、負極材料的發展進步。

人們普遍采用碳基負極材料作為鋰離子電池的負極材料，但碳基負極材料能量密度低(理論比容量372mAh/g，實際可逆比容量為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極材料，但由于其巨大的體積效應（>300%），硅電極材料在充放電過程中會粉化而從集流體上剝落，使得活性物質與活性物質、活性物質與集流體之間失去電接觸，同時不斷形成新的固相電解質層SEI，最終導致電化學性能的惡化。

晶體硅切片約40%的材料通過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年上半年產量約50GW，折合晶棒約20萬噸，切片流失40%，折合10萬噸，而且該粉末粒徑過小（粒徑分布200nm~2.5um），常規方法無法處理，對環境保護形成較大的壓力。

實用新型內容

本實用新型克服現有技術的不足，解決光伏行業晶體硅金剛線切片后廢料無法回收利用的問題，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極的片狀硅粒，可解決因硅負極嵌鋰和脫鋰導致的硅負極結構崩坍、粉化的現象。

為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案為：利用金剛線切割廢硅粉制備鋰電池負極材料的方法，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、質量分數為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；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）對表面改性硅粉A采用濕法研磨的方法進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進行碳化處理后，得到鋰電池硅碳負極材料。

優選的，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。

優選的，所述的鹽酸、硫酸、硝酸體積比為1-2.5:0.8-1.5:1。

優選的，其特征在于，鹽酸、硫酸、硝酸的混合溶液的溫度為40-80℃。

優選的，所述的步驟b）的磁力攪拌疊加強迫振動，并形成強迫對流，強迫振動包括超聲、機械攪拌、反應器晃動、電磁振動的任意一種。

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進行分檔形成不同粒徑級別的表面改性硅粉，將各個級別的表面改性硅粉加入混合液H，進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。

優選的，所述的表面活性劑為SDBS，所述的分散劑為聚乙二醇200。