[發(fā)明專利]一種碳包覆硅納米顆粒材料及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112582620A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鎖國權(quán);程妍;張佳琪;侯小江;馮雷;葉曉慧;張荔;楊艷玲
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/134;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

一種碳包覆硅納米顆粒材料及其制備方法和應(yīng)用，包括硅納米顆粒和表面包覆的無定形碳薄膜，所述硅納米顆粒粒徑為1?50nm,表面無定形碳厚度為0.1?10nm。本發(fā)明以廢棄硅晶為硅原料，采用水熱方法制備碳包覆硅納米材料，解決了廢棄硅晶回收問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池電極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳包覆硅納米顆粒材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會對能源需求的激增，針對太陽能、風(fēng)能以及核能等可替代能源向電能的轉(zhuǎn)化研究得到了不斷發(fā)展。相應(yīng)的，為電能儲存工具而進行的研究也在不斷進行。其中，鋰離子電池因具有能量密度高、循環(huán)壽命長以及無記憶效應(yīng)等優(yōu)點成為重點發(fā)展對象。現(xiàn)階段，科研工作者主要集中在提高鋰離子電池的能量密度，以期滿足對能量密度要求高的應(yīng)用需求。因此，具有高達4200mAh g-1理論容量的硅負(fù)極吸引了眾多科研工作和的注意力。

現(xiàn)階段，為解決硅材料的低電導(dǎo)率和脫嵌鋰過程體積膨脹問題，主要通過對硅材料進行表面碳包覆。具有良好導(dǎo)電性能的表面包覆碳可有效提高硅基負(fù)極材料的電導(dǎo)率。同時，表面包覆層還可抑制硅基材料脫嵌鋰過程的體積膨脹效應(yīng)。另外，隨著時間的推移，太陽能電池用硅晶圓將會退役，會產(chǎn)生大量廢棄硅晶，如何經(jīng)濟合理地回收這些廢棄硅晶將是巨大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種碳包覆硅納米顆粒材料及其制備方法和應(yīng)用，以廢棄硅晶為硅原料，采用水熱方法制備碳包覆硅納米材料，解決了廢棄硅晶回收問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種碳包覆硅納米顆粒材料，包括硅納米顆粒和表面包覆的無定形碳薄膜，所述硅納米顆粒粒徑為1-50nm,表面無定形碳厚度為0.1-10nm。

一種碳包覆硅納米顆粒材料的制備方法，包括以下步驟；

a.將廢棄的硅晶圓碎渣加入到一定濃度的水溶液中，得到溶液A；

b.在溶液A中加入一定量的碳前驅(qū)體，攪拌均勻后得到溶液B；

c.將溶液B轉(zhuǎn)移到不銹鋼反應(yīng)釜中，在一定溫度下水熱反應(yīng)一定時間后，得到沉淀C；

d.將沉淀C離心清洗并烘干后，即可得到碳包覆硅納米顆粒材料。

所述廢棄硅晶圓碎渣為太陽能電池用n型，p型及高電阻硅等硅晶，包括單晶及多晶硅。

所述水溶液為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、甲胺、三乙胺、肼、氫氧化四甲銨、碳酸鈉、氯化鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉中任意一種或兩種或兩種以上配比一起。

所述水溶液中溶質(zhì)濃度為0.1-20M。

所述步驟b中碳前驅(qū)體為葡糖糖、多巴胺等常規(guī)碳源中的任意一種。

所述步驟b中碳前驅(qū)體濃度為10mM-500mM。

所述步驟c中水熱反應(yīng)溫度為120-200℃。

所述步驟c中水熱反應(yīng)時間為12-96h。

所述碳包覆硅納米顆粒材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明實現(xiàn)了太陽能電池用硅晶圓的廢棄硅的高價值回收利用；實現(xiàn)了鋰離子電池硅負(fù)極材料的納米化及碳包覆，解決了硅負(fù)極在充放電過程中的體積膨脹。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。

實施例1

(1)將廢棄的硅晶圓碎渣加入到1M濃度的氨水溶液中，得到溶液A。