[发明专利]回收硅片切屑复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种回收硅片切屑复合负极材料及其制备方法，包括以下步骤：(1)首先收集硅片切割过程中产生的硅屑，将硅屑分离除杂干燥；(2)将干燥硅屑与金属粉混合均匀，加入真空球磨罐进行间歇性球磨得到硅基复合物；(3)将球磨后的硅基复合物与包覆材料继续球磨进行包覆形成最后的三元复合材料；本发明将硅粉与金属粉进行球磨包覆，解决了硅的导电性差的问题，同时由于金属粉的加入也改善了硅基材料的结构稳定性，最后将硅铁复合材料与包覆材料进行球磨包覆，再一次提高复合材料的结构稳定性，最重要的是有效避免材料的团聚并缓冲膨胀，整个材料制备过程中不产生废物，加入原料全部得到利用，制备过程无材料损耗，收率接近100％。

技术领域

本发明涉及一种利用回收硅片切屑制备负极材料的应用技术领域，具体涉及一种利用回收硅片切屑制备负极材料的方法。

背景技术

从21世纪开始，随着全球经济的快速发展，能源问题已经成为人类社会面临的最重要问题之一。新型能源材料的开发以及应用越来越受到人们的关注，锂离子电池因具有优异的循环稳定性、高能量密度和功率密度、安全性好、工作电压高、环境友好等优点，广泛应用于各种移动电子设备中，并逐渐成为电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)的主要电源。随着我国新能源汽车行业的快速发展，迫切需要研发出能量密度高、稳定性能优异的动力锂离子电池。

锂电池的正负极材料、电解液和隔膜的性能同时影响并制约着锂离子电池的性能，每一种材料都具有其重要作用，其中负极材料对提升锂电性能起到至关重要的作用。目前，商业化高端石墨材料的实际容量已经接近理论容量(理论容量372mAh/g)，已经不能满足动力电池高能量密度的要求。在研究发现，硅是目前理论容量最大的负极材料，远高于石墨的理论容量，锂在硅中形成Li4.4Si时，比容量高达4200mAh/g，且硅具有嵌锂电位低和成本低的优势，有望替代石墨成为下一代锂离子电池负极材料。

硅碳材料取代传统石墨材料成为下一代锂离子电池负极材料已经是业内公认的事实。虽然硅具有这么多有点，但是由于一些关键性问题使其仍然难以商业化。阻碍硅基负极材料商业化的问题主要有：①硅在嵌锂脱锂过程中伴随着严重的体积膨胀和收缩，达到了400％，容易导致材料粉化、从集流体上脱落而丧失电化学性能；②硅表面的SEI膜持续增长也会造成容量的不可逆的衰减；③硅的导电性能很差，高倍率下容量得不到有效释放使其倍率性能较差。通过改变纳米工艺将硅制成纳米线、纳米球、纳米管等能够在一定程度上缓解硅在循环过程中的膨胀，提高循环稳定性能。然而纳米硅制备过程复杂、制作成本较高使得纳米硅难以大规模生产，硅的过度纳米化一方面大大提高了加工成本，同时由于粒径过小使其容易二次团聚成颗粒，导致电极容量降低；而纳米硅具有较大的比表面积，在充放电时也会消耗过多的锂离子而降低电池的库伦效率和循环稳定性；这些因素都制约了纳米硅材料的商业化应用。

将硅适度纳米化和优化硅、碳复合方式，制备出结构稳定的硅碳复合材料是提高锂离子电池循环稳定性的有效方法。纳米硅结构在一定程度上能够缓解体积膨胀，与碳材料复合可有效避免材料的团聚并缓冲膨胀，同时提高材料的导电性，提高首圈效率、改善电池的循环稳定性及倍率性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种回收硅片切屑复合负极材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种回收硅片切屑复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先收集硅片切割过程中产生的硅屑，将硅屑分离除杂干燥；

(2)将干燥硅屑与金属粉混合均匀，加入真空球磨罐进行间歇性球磨得到硅基复合物；

(3)将球磨后的硅基复合物与包覆材料继续球磨进行包覆形成最后的三元复合材料。

作为优选方式，金属粉为铁粉、锰粉、镍粉、铜粉、钴粉、锡粉、钛粉、钒粉、以及这些材料的衍生物中的至少一种。衍生物可以为氧化物及其合金。