一种硅碳复合材料、其制备方法和用途.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111682186A(43)申请公布日2020.09.18(21)申请号202010598006.9(22)申请日2020.06.28(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人赵晓锋(74)专利代理机构北京远智汇知识产权代理有限公司11659代理人王岩(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种硅碳复合材料、其制备方法和用途(57)摘要本发明涉及一种硅碳复合材料、其制备方法和用途。所述方法包括如下步骤：(1)将报废太阳能板进行机械力处理，得到纳米硅，然后将所述纳米硅进行化学腐蚀，得到多孔纳米硅；(2)制备含有所述多孔纳米硅和硅烷偶联剂的分散液，将所述分散液过滤；(3)在惰性气氛下，将步骤(2)过滤得到的固体产物煅烧，得到硅碳复合材料。本发明通过采用低成本的报废太阳能硅板进行处理得到多孔纳米硅，之后与硅烷偶联剂在高温条件下反应制备出硅碳复合材料，硅烷偶联剂与纳米硅之间产生协同效应，即纳米硅表面硅烷偶联剂表面水解生成硅羟基，所述硅碳复合材料吸附电子生成结构稳定的复合体，从而提高锂离子电池的电化学性能。CN111682186ACN111682186A权利要求书1/2页1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将报废太阳能板进行机械力处理，得到纳米硅，然后将所述纳米硅进行化学腐蚀，得到多孔纳米硅；(2)制备含有所述多孔纳米硅和硅烷偶联剂的分散液，将所述分散液过滤；(3)在惰性气氛下，将步骤(2)过滤得到的固体产物煅烧，得到硅碳复合材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述机械力处理包括：将所述报废太阳能板依次进行削片和砂磨的过程；优选地，所述削片采用盘式削片机进行，优选在进行削片的过程中，削片刀与报废太阳能板之间滴加0.5wt％～5.0wt％的有机硅消泡剂；优选地，所述削片后，报废太阳能板的粒径为500～1000μm；优选地，所述纳米硅的粒径为50～200nm。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述机械力处理之后，还包括清洗和过滤的过程；优选地，所述清洗为超声清洗。4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述化学腐蚀的过程包括：将所述纳米硅浸泡在酸性刻蚀液中；优选地，所述酸性刻蚀液为氢氟酸。优选地，所述酸性刻蚀液的浓度为0.1～0.5mol/L；优选地，所述浸泡的时间为1～24h；优选地，所述化学腐蚀之后，还包括将得到的产物进行清洗和干燥的过程。5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述分散液中还包括分散剂、功能添加剂和有机溶剂；优选地，步骤(2)所述分散液的制备过程包括：将硅烷偶联剂和有机溶剂混合，得到混合溶液；然后将所述混合溶液、多孔纳米硅、分散剂和功能添加剂混合，超声，得到分散液；优选地，所述混合溶液中，硅烷偶联剂的浓度为1～10wt％；优选地，所述超声的时间为1～12h；优选地，所述分散液中，硅烷偶联剂：多孔纳米硅：分散剂：功能添加剂的质量比＝(0.5～2):(1～5):(0.5～2):(0.5～2)。6.如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、甲基丙烯酰氧基官能团烷氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；优选地，所述有机溶剂包括四氯化碳、二苯胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和环己烷中的至少一种；优选地，所述分散剂包括聚乙二醇和/或聚乙烯醇；优选地，所述功能添加剂包括氯化硅和/或四溴化硅。7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述煅烧的温度为500～800℃；2CN111682186A权利要求书2/2页优选地，所述煅烧的时间为1～6h。8.如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将报废太阳能板进行削片至粒径为500～1000μm，然后进行砂磨并分级，得到粒径为50～200nm的纳米硅，超声清洗和过滤；(2)将所述纳米硅浸泡在浓度为0.1～0.5mol/L的氢氟酸中1～24h，进行化学腐蚀，清洗，干燥，得到多孔纳米硅；(3)将硅烷偶联剂和有机溶剂混合，得到硅烷偶