[發明專利]一種低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法及材料

有效

• 申請號: 202110944589.0
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113644247B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 王有治;王力君;賀金味;羅才坤;吳旭翔;張明;黃強
• 申請（專利權）人: 成都硅寶科技股份有限公司;成都硅寶新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 龔海月

1.一種低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將硅太陽能電池廢料或邊角料、材料廠不達標的SiO尾料分別經過初次破碎、篩選、酸洗、干燥、焙燒，得到硅原料、SiO原料；

(2)將硅原料、SiO原料混合，添加分散劑、表面活性劑，砂磨得到納米Si/SiO漿料；

(3)向納米Si/SiO漿料中加入酸，調節其pH值為4-6，加入偶聯劑，進行聚合反應，得到粘稠凝膠狀漿料；偶聯劑是甲基丙烯酸酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、疏丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、縮水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷中的一種，偶聯劑質量與硅原料、SiO原料總質量之比為(0.001～0.1):1

(4)向粘稠凝膠狀漿料中加入粘結劑、導電劑、鋰源后研磨，超聲分散，干燥，熱合反應，造粒，得到類球狀前驅體；

(5)用碳源包覆類球狀前驅體，經焙燒，得到納米硅/SiO負極復合材料。

2.根據權利要求1所述的低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法，其特征在于，步驟(1)所述的酸洗使用的酸為硝酸、硫酸、鹽酸、高氯酸、氫溴酸中的一種，酸溶液pH值控制為pH＝1-3；步驟(1)所述焙燒是在氮氣、氬氣、氫氬混合氣中的一種氣體保護下，在600～1100℃，保溫1～6h。

3.根據權利要求1所述的低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法，其特征在于，步驟(2)將硅原料、SiO原料按照質量比(10～1000):100混合；分散劑為去離子水、無水乙醇、乙二醇、甲醇、正己烷、環己烷中的一種或多種，所用分散劑體積與硅原料、SiO原料總質量之比為(3～19)mL:1g；表面活性劑為硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯、月桂酸、十二烷基三甲基溴化銨、3-氨丙基三乙基硅烷、十二烷基二甲基芐基氯化銨、聚二甲基二烯丙基氯化銨中的一種或多種，表面活性劑與分散劑的體積之比為1:(10～1000)。

4.根據權利要求1所述的低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法，其特征在于，步驟(3)所述的酸是草酸、氫溴酸、檸檬酸、氫氟酸、甲酸、乙酸、次氯酸、硅酸、硬脂酸、油酸中的一種或多種。

5.根據權利要求1所述的低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法，其特征在于，步驟(4)所述鋰源為LiPF₆、LiH、硼氫化鋰、LiOH、Li₂CO₃、惰性鋰金屬粉末、鋰合金中的一種，鋰源的質量與硅原料、SiO原料的總質量之比為(0.001～0.5):1；步驟(4)所述導電劑為炭黑、乙炔黑、石墨烯、碳納米管、聚苯胺中的一種或多種，導電劑的質量同硅原料、SiO原料的總質量之比為1:(19～99)；步驟(4)所述粘結劑為蔗糖、葡萄糖、淀粉、酚醛樹脂、脲醛樹脂、瀝青、PVP、醋酸纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯腈、檸檬酸中的一種，粘結劑的質量同硅原料、SiO原料的總質量之比為1:(5～100)。

6.根據權利要求1所述的低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法，其特征在于，步驟(4)所述熱合反應是指將干燥后的物料，在真空爐中，真空度維持在10^-1～10^-5Pa，以2～10℃/min升溫至500～1300℃，保溫0.5～6h，冷卻至室溫。

7.根據權利要求1所述的低成本制備鋰電池負極用高容量高倍率納米硅/SiO負極復合材料的方法，其特征在于，步驟(5)所述碳源是羧甲基纖維素鈉、N-甲基吡咯烷酮、蔗糖、乙炔、葡萄糖、酚醛樹脂、脲醛樹脂、甲烷、乙烯、檸檬酸、瀝青、PVP、丙酮、甲醛、乙醛、苯酚中的一種或多種，碳源與被包覆物料的質量比為(2～30):100。