活性Si原料及其制备方法、负极材料前驱体及其制备方法、负极材料及其制备方法和负极极片与流程

本发明涉及硅负极材料，尤其涉及一种活性si原料及其制备方法、负极材料前驱体及其制备方法、负极材料及其制备方法和负极极片。

背景技术：

1、硅负极材料被认为是下一代锂离子电池负极的理想选择，因为纯硅（si）作为负极材料活性物质，其理论容量高达4200 mah/g。然而，纯硅在充放电过程中会经历显著的体积膨胀（可达300%以上），这导致了电极材料的破裂和电池性能的迅速衰减，从而使得纯硅的直接应用在锂电负极上面临重大挑战。

2、为了克服这一问题，研究者们开发了硅氧化物（siox，其中0<x≤2）材料。这些材料在首次嵌锂过程中能够形成非活性的li2o和li4sio4等惰性物质，这些惰性物质作为缓冲层可以显著减少在嵌锂过程中的体积膨胀。此外，通过对氧化亚硅表面进行碳包覆，不仅可以提高材料的整体导电性，而且碳层对亚硅的膨胀有一定的限制作用，从而提升材料的整体循环性能。

3、在工业生产中，氧化亚硅的大规模制备通常采用微米级别的硅粉和石英粉作为原料，在充分混合后，再进入高温真空炉进行烧制。这种方法虽然操作简单且可行，但其对原料的依赖性较强，特别是对高纯度硅粉的需求。高纯度硅粉的价格昂贵，这直接导致了氧化亚硅材料生产成本的上升，从而限制了其大规模商业应用的可能性。

4、因此，开发成本效益高的硅粉和氧化亚硅的合成方法，对于推动硅基负极材料在商业锂离子电池中的应用至关重要。

技术实现思路

1、为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本发明提供种活性si原料及其制备方法、负极材料前驱体及其制备方法、负极材料及其制备方法和负极极片。

2、本发明提供一种活性si原料的制备方法，其包括：

3、将硅泥物料进行晾干脱水，得到晾干硅泥；

4、对所述晾干硅泥依次进行造粒和过筛，得到颗粒硅泥和粉末硅泥；

5、将所述颗粒硅泥和粉末硅泥掺混，得到掺混硅泥；

6、将所述掺混硅泥进行高温烘干，得到烘干硅泥；

7、对所述烘干硅泥进行解聚，得到活性si原料。

8、进一步地，所述硅泥物料的含水量为45wt%~55wt%，晾干脱水过程的水分去除率为3wt%~10wt%；和/或，所述颗粒硅泥的粒径为0.5~5cm，所述粉末硅泥的粒径小于0.5cm。

9、进一步地，所述掺混硅泥中粉末硅泥的含量为0.5wt%~10wt%；和/或，所述高温烘干的温度为450～850℃，时间为3～5小时。

10、本发明还提供一种活性si原料，其按照上述任意一项所述的方法制备；所述活性si原料的氧含量小于5wt%，碳含量小于0.5wt%，粒度d50为0.5~1.0um。

11、本发明还提供一种负极材料前驱体的制备方法，其包括：

12、以上述的活性si原料与sio2为原料进行歧化反应，产物经粉碎分级制得负极材料前驱体；

13、所述活性si原料与sio2的混合比例为1：（1.5~2.5）；所述歧化反应的温度为1250~ 1450℃，压力为0.01 ~ 100 pa。

14、本发明还提供一种负极材料前驱体，其按照上述的方法制备。

15、进一步地，所述负极材料前驱体的粒度d50为5.5±1um。

16、本发明还提供一种负极材料的制备方法，其包括：

17、对上述的负极材料前驱体进行包碳处理后过筛，得到负极材料；所述包碳处理为固相包碳或气相包碳。

18、本发明还提供一种负极材料，其按照上述的方法制备；所述负极材料的粒度d50为7±1um。

19、本发明还提供一种负极极片，其包括负极集流体和沉积在所述负极集流体上的负极活性材料层；所述负极活性材料层中包含上述的负极材料。

20、本发明还体用一种负极极片，其包括负极集流体和沉积在所述负极集流体上的负极活性材料层；所述负极活性材料层中包含所述负极材料。

21、本发明提供的活性si原料的制备方法可以包括以下有益效果：

22、1、该方法将硅泥经过晾干脱水、造粒过筛，混掺烘干的方式实现硅泥中水和有机质的去处。晾干后造粒获得体积较为一致的颗粒形态的硅泥，保证烘干均匀性和最大程度的减少氧化发生。在烘干过程中引入粉末硅泥与颗粒硅泥的混合烘干方法，利用粉末硅泥易燃的特性，在烘干过程中产生瞬间高温，以帮助充分挥发如切削液和冷却液等残留在硅泥中的有机质。由此，通过该方法既有效降低了硅泥在烘干过程中的自燃风险，保障了生产安全，又获得了原料粒度均匀，氧和碳的含量低的高品质活性si原料。

23、2、该方法以硅泥为原料，通过优化纯化工艺提高了硅泥的利用率，降低了活性si原料的生产成本，制得的活性si原料氧和碳的含量低，有助于提高其下游产品，如氧化亚硅、负极材料等的性能，为相关行业提供了具有竞争力的原材料，提升了经济效益。

24、综上所述，本发明提供的活性si原料的制备方法具有成本低，安全性高，产品性能好的优点。

25、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

技术特征：

1.一种活性si原料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅泥物料的含水量为45wt%~55wt%，晾干脱水过程的水分去除率为3wt%~10wt%；和/或，所述颗粒硅泥的粒径为0.5~5cm，所述粉末硅泥的粒径小于0.5cm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述掺混硅泥中粉末硅泥的含量为0.5wt%~10wt%；和/或，所述高温烘干的温度为450～850℃，时间为3～5小时。

4.一种活性si原料，其特征在于，其按照权利要求1至3任意一项所述的方法制备；所述活性si原料的氧含量小于5wt%，碳含量小于0.5wt%，粒度d50为0.5~1.0um。

5.一种负极材料前驱体的制备方法，其特征在于，包括：

6.一种负极材料前驱体，其特征在于，其按照权利要求5所述的方法制备。

7.根据权利要求6所述的负极材料前驱体，其特征在于，所述负极材料前驱体的粒度d50为5.5±1um。

8.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括：

9.一种负极材料，其特征在于，其按照权利要求8所述的方法制备；所述负极材料的粒度d50为7±1um。

10.一种负极极片，其特征在于，包括负极集流体和沉积在所述负极集流体上的负极活性材料层；所述负极活性材料层中包含权利要求9所述的负极材料。

技术总结
本发明涉及硅负极材料技术领域，尤其涉及一种活性Si原料及其制备方法、负极材料前驱体及其制备方法、负极材料及其制备方法和负极极片。上述活性Si原料的制备方法包括：将硅泥物料进行晾干脱水，得到晾干硅泥；对所述晾干硅泥依次进行造粒和过筛，得到颗粒硅泥和粉末硅泥；将所述颗粒硅泥和粉末硅泥掺混，得到掺混硅泥；将所述掺混硅泥进行高温烘干，得到烘干硅泥；对所述烘干硅泥进行解聚，得到活性Si原料。该制备方法具有成本低，安全性高，产品性能好的优点。

技术研发人员：宋信信,杜宁,杨家梅,刘家森,刘聪,谭成荣,岳敏,郑佳
受保护的技术使用者：浙江锂宸新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/13