含硅材料的制备方法、锂离子电池负极材料及锂离子电池负极元件的制备方法技术

本发明专利技术公开一种含硅材料的制备方法、锂离子电池负极材料及锂离子电池负极元件的制备方法，其含硅材料的制备方法包括：使用一线切割组件切割一硅基材，以获得混合浆料；以固液分离法分离该混合浆料，以获得一固态混合物；粒径分选该固态混合物与移除该固态混合物中的切割线的材料，以制得本发明专利技术的含硅材料。据此，本发明专利技术提供一种适用于大量生产含硅材料的制备方法，其能大幅降低用于锂离子电池的含硅材料的制备成本，并且同时改善硅受热而膨胀的问题，进而提高锂离子电池的循环稳定性与电性质量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种，其含硅材料的制备方法包括：使用一线切割组件切割一硅基材，以获得混合浆料；以固液分离法分离该混合浆料，以获得一固态混合物；粒径分选该固态混合物与移除该固态混合物中的切割线的材料，以制得本专利技术的含硅材料。据此，本专利技术提供一种适用于大量生产含硅材料的制备方法，其能大幅降低用于锂离子电池的含硅材料的制备成本，并且同时改善硅受热而膨胀的问题，进而提高锂离子电池的循环稳定性与电性质量。【专利说明】
本专利技术涉及一种含硅材料的制备方法及其应用，尤指一种线切割硅材制得锂离子电池负极材料用的含硅材料的方法。
技术介绍
锂离子电池由于具备低电极电位、高循环效率及循环寿命长等优点，已被广泛地应用于移动电话或笔记本型计算机等高科技产品及电动汽机车中。传统锂离子电池负极材料多半为碳系材料，例如:天然石墨、人工石墨和介相浙青碳等。使用碳系材料作为锂离子电池负极材料虽具有良好的安全性，但其理论电容值仅约372mAh/g，已无法符合现今高科技产品或长距离环保电动汽机车对高电容量的配备需求。因此，为了顺应高电容量的使用需求，转而开发以硅作为锂离子电池负极材料的主要成分，借以将锂离子电池的理论电容值提高至约4400mAh/g。然而，使用硅作为锂离子电池负极材料仍有几项需克服的问题:(1)锂离子与硅形成锂合金相时，密度变小，致使硅在充/放电过程中体积膨胀为原有体积的300%至400%，此剧烈的体积膨胀易造成负极电极板崩裂，进而缩短锂离子电池的循环使用寿命；(2)高电容量的锂离子电池在充/放电过程中容易产生大量的热，反而劣化锂离子电池的循环稳定性与电性质量。为了克服前述问题，必需使用微细化的硅作为锂离子电池的负极材料，以避免硅因膨胀造成电极极板崩裂而降低锂离子电池的电容量和循环使用寿命的问题；此外，亦可于锂离子电池负极材料中添加非活性材料(inactive materials),使其具备导热或传热能力，借以提升锂离子电池的循环稳定性与电性质量。然而，无论是利用化学气相沉积法制备硅薄膜，或是以高能球磨法或化学合成法制备纳米硅颗粒，皆有成本过高而无法量产等问题，致使含硅材料至今仍迟迟无法取代碳系材料，广泛地适用于制造锂离子电池的负极材料。因此，目前亟需发展一种可以量产供用于制造锂离子电池电极的含硅材料的方法，以提升含硅材料在锂离子电池中的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，使其所制得的含硅材料可同时兼具微细化与可使用作为非活性材料的特性，故其特别适合用于制作锂离子电池负极元件。为实现前述目的，本专利技术提供一种含硅材料的制备方法，其包含下列步骤:提供一线切割组件，该线切割组件包括一切割线及施用于该切割线的一切割浆料，其中该切割浆料含有一切割液及分散于该切割液中的多个研磨颗粒，且该研磨颗粒的粒径介于I微米至50微米之间；使用该线切割组件切割一硅基材，以获得一混合浆料；使用固液分离法分离该混合浆料，以获得一液态混合物及一固态混合物，其中该固态混合物含有硅与切割线的材料及研磨颗粒的材料；以及粒径分选该固态混合物与移除该固态混合物中的切割线的材料，以制得该含硅材料。据此，本专利技术提供一种工艺简易又能大量生产含硅材料的方法，其先利用线切割组件切割一硅基材获得大量预定粒径范围的含硅细屑，再经由适当的纯化步骤去除不想要的杂质，借以令所制得的含硅材料主要由硅与研磨颗粒所组成，而适合用于作为锂离子电池负极材料。据此，依据本专利技术的制备方法，可大量制造适用于锂离子电池负极元件的含硅材料，进而大幅降低锂离子电池负极元件的制备成本与工艺复杂性。依据本专利技术，切割浆料以均匀地被喷洒在切割线的方式施用，借以使切割浆料均匀分布于该切割线的外围。当使用一线切割组件切割一硅基材时，高速移动的切割线将带动分布于其上的切割浆料，进而使切割浆料中的多个研磨颗粒与硅基材产生相对研磨运动，借以自线切割过程中获得大量的含硅细屑。依据本专利技术，所述的“混合浆料”包括使用线切割组件切割硅基材所产生的混合物，其包括自硅基材掉落的含硅细屑、所选用的切割线的材料和所选用的研磨颗粒的材料、所选用的切割液或其混合物。依据本专利技术，所选用的切割线的材料包含铁、铜、镍及其合金或其组合。其中，依据本专利技术，所选用的研磨颗粒的材料选自于下列所组成的群组:钻石、类钻碳、碳化硅、碳化硼、氮化硼、氮化铝、二氧化锆及其组合。所述的研磨颗粒可作为锂离子电池负极材料中的非活性材料，借以使所制得的含硅材料具备导热或传热能力。较佳的，可选用的研磨颗粒 例如:碳化硅、钻石、或氮化硼，借以使混合浆料可包含有硅及前述研磨颗粒或其碎片，进 而提升本专利技术的含硅材料应用于锂离子电池的散热效果。其中，依据本专利技术，该切割浆料的切割液包含具有一定黏度的油性切割液、水溶性切割液或合成切割液。其中，该油性切割液包含矿物油；水溶性切割液可包含矿物油、乳化剂、防腐剂、防锈剂、消泡剂或其组合；其中，合成切割液包含:乙二醇(ethylene glycol, EG)、丙二醇(propyleneglycol, PG)、聚烷基二醇醚(polyalkylene glycol, PAG)、聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)、二乙二醇(diethylene glycol,DEG)、三乙二醇(triethyleneglycol, TEG)或其组合。依据本专利技术，所述的娃基材包括单晶娃基材、多晶娃基材或非晶娃基材。依据本专利技术，前述的硅基材的型式可为硅棒、硅碇、硅块，但并非仅限于此。依据本专利技术，硅基材更可进一步掺杂有一掺杂成份，该掺杂成份选自下列所组成的群组:硼、磷、砷、锑、铝、锗、铟及其组合。较佳的，添加成份占整体硅基材的0.1至0.0001重量百分比。较佳的，添加成份占整体硅基材的IO13原子/立方厘米至IO15原子/立方厘米。较佳的，研磨颗粒的粒径大约介于2微米至50微米之间；该研磨颗粒的重量和相对于硅基材的重量的比值介于0.05至2.00之间。其中，较佳的，切割线的线径介于80微米至500微米之间；更佳的，切割线的线径介于80微米至200微米之间。据此，本专利技术可借由选用适当粒径大小的研磨颗粒及/或切割线的线径，获得微细化的含硅材料，使其得以应用于锂离子电池中。其中，较佳的，所述的含硅材料的粒径介于5纳米至15微米之间。于此，所述的含硅材料的粒径范围为尚未发生团聚现象前的一次粒径与发生团聚现象后的二次粒径范围。依据本专利技术，当使用含有粒径介于I微米至50微米的研磨颗粒的线切割组件切割硅基材时，在尚未移除该固态混合物中的切割线的材料及粒径分选步骤前，混合浆料中主要含有粒径大约介于5纳米至50微米之间的硅和研磨颗粒的材料。其中，较佳的，于本专利技术含硅材料的制备方法中，该固液分离法包括:离心分离法、压滤分离法、沉降分离法、膜过滤法或倾析分离法。其中，较佳的，本专利技术含硅材料的制备方法包括使用磁选法移除该固态混合物中切割线的材料，该切割线的材料为铁、镍或其组合，进而提高所制得的含硅材料的纯度。其中，较佳的，本专利技术含硅材料的制备方法亦包括使用酸溶法移除该固态混合物中的切割线的材料，该切割线的材料为铜、铁、镍或其组合。其中，包括使用如硫酸、盐酸、硝酸或其组合的酸性溶液酸溶该固态混合物中的切割线的材料及其氧化物，并将其加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含硅材料的制备方法，其特征在于，其包含下列步骤：提供一线切割组件，该线切割组件包括一切割线及施用于该切割线的一切割浆料，其中该切割浆料含有一切割液及分散于该切割液中的多个研磨颗粒，且该研磨颗粒的粒径介于1微米至50微米之间；使用该线切割组件切割一硅基材，以获得一混合浆料；使用固液分离法分离该混合浆料，以获得一液态混合物及一固态混合物，其中该固态混合物含有硅、研磨颗粒的材料及切割线的材料；以及粒径分选该固态混合物与移除该固态混合物中的切割线的材料，以制得该含硅材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程东科，萧立殷，
申请(专利权)人：全安资源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71