【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米硅线材料制备方法，尤其属于二次资源利用的，公开了一种利用废光伏电池硅片制备硅纳米线材料的方法及应用。
技术介绍
1、光伏太阳能电池在20世纪90年代投入使用，其使用寿命约25～30年硅片作为晶硅光伏太阳能电池的基础材料，废弃量巨大，若不能进行循环再生，将导致高纯二次金属资源的严重浪费。
2、硅材料是下一代高能量密度锂离子电池负极最有前景的候选材料，其比容量约为石墨负极的十倍，并且安全性能好；然而，硅在充放电过程产生的巨大体积变化和导电性差的问题严重制约其在锂离子电池领域的应用。硅材料纳微结构设计与调控是改善硅负极存在问题的有效手段。硅纳米线材料因其独特的结构优势脱颖而出，用于锂离子电池负极可稳定电极结构。因此，再生废光伏电池硅片为硅纳米线材料用于锂离子电池负极，将是实现光伏硅废料高值化循环更具前景的路径。
3、目前，废光伏电池硅片主要通过多步酸洗-精炼分离除杂联合工艺进行再生循环，但仅能实现降级利用作为制备高纯硅锭的原料。cn107321766a专利公开了一种废电池片的回收工艺，利用酸洗逐步去除硅片表面粘附的铝层、银层获得硅片；cn116371879a公开了一种报废光伏组件全组分回收利用的方法，该方法将电池片破碎、分选分离镀锡铜带和电池片粉末，采用酸溶去除银和氮化硅层，最后硅粉与铝合成硅铝合金。此外，对于废光伏电池硅片增值循环制备锂离子电池硅碳负极的工作较少，主要是将其制备纳米颗粒硅/碳负极材料，但制备过程复杂、成本高，难以规模化应用；cn116253325a公开了一种报废光伏电池片中硅
4、综上所述，开发短程、高效的废光伏电池硅片的增值循环利用方法，不仅可以实现废硅片的增值循环，而且还可以降低硅纳米线材料的制备成本，促进光伏和锂电行业的有效融合。
5、本
技术实现思路
6、鉴于现有废光伏电池硅片回收技术存在问题，本专利技术提供了一种利用废光伏电池硅片制备硅纳米线材料的方法及应用，所述制备方法将废光伏电池层间分离后获得的废硅片进行酸洗去除银和铝，再制备粒径尺寸为0.05～100μm的废硅片原料，随后将其负载于碳基底，在电致热冲击装置中控制热冲击过程参数和环境，制备硅纳米线材料。使用所述制备方法可以制备均匀、长直的硅纳米线材料，将所述硅纳米线材料用于锂离子电池负极时，展现出优异的长循环稳定性；所述制备方法以短程、高效、低能耗和低成本的方式实现废光伏电池硅片的增值循环利用。
7、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
8、一种制备硅纳米线材料的方法，包括以下步骤：
9、s1、制备具有一定粒径尺寸和去除金属银、铝的废硅片原料；
10、s2、将步骤s1所述的废硅片原料通过干法或湿法负载于碳基底；
11、s3、将步骤s2所述的负载废硅片的碳基底施加一定的电压和电流，控制热冲击过程温度、气氛和时间，制备直径可调的硅纳米线材料。
12、进一步的，所述废硅片原料经太阳能电池板层间分离后产生为毫米或厘米级尺寸硅片；
13、选取的原料含有硼、磷、氮元素掺杂。
14、进一步的，步骤s1所述废硅片原料除金属银和铝具体包括以下步骤：
15、s101、所述废硅片原料预先经酸洗去除硅片表面粘附的银、铝；
16、s102、处理后所述废硅片原料氧含量低于1％；
17、其中，所述酸包括盐酸、硝酸、氢氟酸中的任意一种或至少两种组合。
18、进一步的，步骤s2所述的将废硅片原料负载于碳基底，通过湿法浆料粘附或干法直接喷撒的方式实现；
19、所述湿法浆料粘附，浆料固含为1％～80％，溶剂为乙醇、水、甲醇、聚乙二醇中的一种或至少两种的组合；
20、所述干法为粉末直接撒于碳基底表面；
21、所述碳基底包括碳布、碳毡、碳纸、石墨纸、碳纳米纤维纸、石墨烯膜、石墨片、石墨坩埚、碳纤维制品中的任意一种或至少两种的组合。
22、进一步的，步骤s3所述热冲击在电致热冲击装置中进行，所述电压为1～400v，电流为1～1000a，所述热冲击过程温度为800～3000℃，所述热冲击过程时间为0.01～60s，所述硅纳米线直径为10～1000nm。
23、进一步的，步骤s3所述热冲击过程的气氛为含氧0.0001％～5％的惰性气体，所述惰性气体为氩气、氮气、二氧化碳气体中的任意一种或至少两种的组合。
24、进一步的，包括如下步骤：
25、s1将层间分离后获得的废光伏电池硅片，经过酸洗去除硅片表面粘附的银和铝后，研磨至粒径尺寸为0.05～100μm；所述废光伏电池硅片来源于光伏太阳能电池组件；
26、s2将步骤s1获得的废硅片原料负载于碳基底，所述碳基底为碳布、碳毡、碳纸、石墨纸、碳纳米纤维纸、石墨烯膜、石墨片、石墨坩埚、碳纤维制品中的任意一种或至少两种的组合；
27、s3将步骤s2获得的负载废硅片原料的碳基底置于电致热冲击装置，进行热冲击制备硼或磷元素掺杂硅纳米线材料；通过控制热冲击过程环境气氛为含氧0.0001％～5％的惰性气体，热冲击过程的电压或电流分别为1～400v或1～1000a，热冲击过程温度为800～3000℃，热冲击过程时间为0.01～60s，制备直径为10～1000nm的硅纳米线。
28、本专利技术另一目的在于，公开一种根据前述内容制备制得的硅纳米线材料。
29、进一步的，将其用于制备锂离子电池负极。
30、本专利技术另一目的在于，公开一种锂离子电池负极，用于制备锂离子电池。
31、有益效果：
32、(1)本专利技术所述制备方法一步制备硅纳米线材料，一方面所述制备方法制得的硅纳米线材料形貌尺寸均匀，且自带硼或磷元素掺杂，可提高导电性；另一方面，制备过程流程短、效率高、能耗低，所述制备方法操作简单、成本低，适用于大规模生产。
33、(2)本专利技术所述制备方法获得的硅纳米线材料，通过控制热冲击过程参数，可实现纳米线材料直径及成分的控制，使用所述硅纳米线材料制备的锂离子电池负极具有优异的长循环稳定性。
34、(3)本专利技术以废光伏电池硅片为原料制备硅纳米线材料，不仅降低了硅纳米线材料的生产成本、扩大了制备硅纳米线材料的原料来源，同时还可实现高纯二次金属资源的高值化利用，可节省巨大的能源和资源消耗。
35、当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备硅纳米线材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于，所述废硅片原料为经太阳能电池板层间分离后产生的毫米或厘米级尺寸硅片；
3.根据权利要求1或2所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于，步骤S1所述废硅片原料除金属银和铝具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于，步骤S2所述的将废硅片原料负载于碳基底，通过湿法浆料粘附或干法直接喷撒的方式实现；
5.根据权利要求3所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于：步骤S3所述热冲击在电致热冲击装置中进行，所述电压为1～400V，电流为1～1000A，所述热冲击过程温度为800～3000℃，所述热冲击过程时间为0.01～60s，所述硅纳米线直径为10～1000nm。
6.根据权利要求3所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于：步骤S3所述热冲击过程的气氛为含氧0.0001％～5％的惰性气体，所述惰性气体为氩气、氮气、二氧化碳气体中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据
8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的制备方法制得的硅纳米线材料。
9.根据权利要求8所述的一种硅纳米线材料，其特征在于，用于制备锂离子电池负极。
10.一种锂离子电池负极，其特征在于，用于制备锂离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种制备硅纳米线材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于，所述废硅片原料为经太阳能电池板层间分离后产生的毫米或厘米级尺寸硅片；
3.根据权利要求1或2所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于，步骤s1所述废硅片原料除金属银和铝具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于，步骤s2所述的将废硅片原料负载于碳基底，通过湿法浆料粘附或干法直接喷撒的方式实现；
5.根据权利要求3所述的制备硅纳米线材料的方法，其特征在于：步骤s3所述热冲击在电致热冲击装置中进行，所述电压为1～400v，电流为1～1000a，所述热冲击...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆继军，马文会，李绍元，王燕凤，席风硕，童仲秋，万小涵，魏奎先，伍继君，陈正杰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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