[发明专利]亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法

说明书

本发明属于锂离子电池的负极材料技术领域，涉及亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，采用常规机械球磨设备，制得尺寸于0.3μm～5μm颗粒，使其内部形成单质硅网络窝峰状结构，具体为在同一台高温炉内，相对温度区间完成氧扩散穿透反应和氢氧还原反应，制得亚微米级三维空间网络窝峰状结构的单质硅，采用PVC法形成氮化反应，制得单质硅表面形成氮化硅保护层，然后对已包覆氮化硅的表面再进行第二次碳包覆，得到锂离子电池的负极材料，首次放电比最高容量可达到2586mah/g，充电比容量可达到2094.6mah/g，首次库伦效率达81％，300次循环后容量保持率化75％以上。

技术领域

本发明属于锂离子电池的负极材料技术领域，特指一种亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法。

背景技术

参照中国专利CN 106784732 A，采用氢氟酸溶液，对硅颗粒内部形成的氧化硅材料进行化学刻蚀反应，其利用酸腐蚀刻蚀，其缺点在于：一是造成大量的呛鼻、臭呕废气产生(酸热反应)及废水(去除烯释硅表面HF酸的附着)产生排放，以年产万吨该材料计算、保守估值计算，全年需消耗氢氟酸比1:1比例需万吨。因固液分离到基本干燥，硅粉吸收氢氟酸为50％，在对基本已干燥的硅微粉需3～5遍清洗干净、清洗时一般固液(去离子水)为1:5～6，每次需消耗去离子水是硅微粉的重量、体积的5～6倍，再剩以3～5次，即为15～25倍，对硅微粉的清洗发水，全年将排放15～25万吨的含氢氟酸的废水及大危害大气环境和土壤、河流的污点；二是氢氟酸是高危化学产品，从制造运输装运及使用过程中，因一线工作人员安全意识差异不等，若人体肌肤接触到氢氟酸溶液，不及时有效处理肌肤，若有100cm²以上面积的氢氟酸，接触到肌肤，就会造成人体生命危险，目前全球没有有效控制的药品来抑制氢氟溶液对人体肌肤的腐蚀。

所以，采用CN106784732A公开的方法，极大危害了空气质量、污染土壤及河流，同时危及员工的生命安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法。

本发明的目的是这样实现的：

亚微米级硅颗粒/氮化硅/碳复合材料的生产方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将0.3μm～5μm的亚微米级的硅颗粒物料送入密闭的高温炉内，并向高温炉内通入含氧气体或含氧气体与惰性气体的混合气体，在380℃～1400℃温度范围内进行氧扩散渗透反应，反应时间1～24小时，使硅颗粒形成三维空间网络窝峰状结构的氧化硅和三维空间网络窝峰状结构的单质硅；

步骤(2)：停止向步骤(1)的高温炉内通入含氧气体或含氧气体与惰性气体的混合气体，在380℃～1400℃温度范围内通入含氢气体与惰性气体的混合气体，氢气与惰性气体混合比为1:(15～30)，对密闭的高温炉内已形成的三维空间网络窝峰状结构的氧化硅进行氢氧高温还原反应，产生H₂O蒸汽排出，使硅颗粒全部形成三维空间网络窝峰状结构的单质硅，氢氧还原时间控制于1～24小时；

步骤(3)：停止向步骤(2)的高温炉内通入含氢气体与惰性气体的混合气体，将炉内温度控制于1150℃～1500℃后，通入含氮或含氨或含氮氨的混合气体，对步骤(2)已形成的三维空间网络窝峰状结构的单质硅的外表面及内表面进一步采用PCD化学气相法氮化反应，三维空间网络窝峰状结构的单质硅外表面及内表面包覆有一层氮化硅层，氮化反应时间控制于2～48小时，氮化硅层的重量小于或等于单质硅重量的45％。

还包括步骤(4)：控制步骤(3)的高温炉内的温度为600℃～1400℃，向步骤(3)的高温炉内加入高分子聚合物材料经高温碳化形成碳包覆层，所述的高分子聚合物材料包括下述材料的一种或多种：酚醛树脂、沥青、蔗糖、淀粉、葡萄糖、聚丙烯晴、聚甲基丙烯酸甲脂、聚氟乙烯、氧化石墨烯；