本发明属于光伏硅废料循环利用，具体而言，涉及一种制备硅负极材料的方法和装置。
背景技术：
1、在过去的三十年中，全球光伏装机容量持续增长。到2021年，全球累计装机容量将超过900gw，预计未来还将继续增加。根据国际可再生能源机构(irena)的预测，到2050年，全球光伏(pv)装机容量将超过8500gw。硅基光伏组件凭借其高转换效率和丰富的硅储量占据主导地位，市场份额超过95％。这些模块预计将保留在在可预见的未来占据主导地位。一般来说，硅基光伏组件的使用寿命通常在25-30年左右。光伏装置的持续增长将大幅增加报废硅基光伏组件的数量。
2、根据国际可再生能源机构的预测，到2050年，全球退役的光伏组件将达到惊人的7800万吨。面对如此庞大的报废光伏组件，如何高效回收利用是光伏产业绿色可持续发展的关键。传统的硅基光伏组件主要由铝框架、钢化玻璃、太阳能电池、乙烯-醋酸乙烯(eva)共聚物和背板组成。太阳能电池是组件的核心部件，虽然其质量比例仅占整个组件的3％，但其成本却占到60％以上。因此，实现太阳能电池的高效增值回收是组件回收的关键环节。
3、通常业界采用的光伏硅废料回收制备硅负极材料有两种形式，其中之一如：cn114975959a公开了一种硅切割废料制备碳包覆硅负极的方法，包括以下步骤：①通过机械砂磨将微米尺寸的废料硅减小到亚微米，②将减薄后的硅颗粒进行预氧化、化学提纯(酸洗)，得到纯化的硅颗粒，③以蔗糖为碳源与纯化硅水热反应得到聚合物包覆硅颗粒的前驱体，固液分离后前驱体在氩气下热解得到碳包覆硅复合材料。其中另一如：cn111799460a公开了一种基于切割硅废料制备硼掺杂纳米金属/多孔硅碳复合负极的方法，包括以下步骤：将切割硅废料除杂(酸洗)后进行金属辅助刻蚀处理得到纳米金属/多孔硅复合材料，纳米金属/多孔硅复合材料经与硼源混合后高温处理，使硼对硅形成替位式掺杂，再与碳材料复合得到硼掺杂纳米金属/多孔硅碳复合负极。上述两种方式，分别通过硅与碳源研磨获得碳包覆硅复合材料负极，与多孔硅复合碳负极，本质来说硅尺寸一般为微米及亚微米级，硅尺寸偏大，且缺乏硅负载的载体。作为硅负极材料利用时，电池的比容量及循环性能也表现一般。
技术实现思路
1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于光伏硅废料制备硅负极材料的方法和装置，本技术的方法得到的硅负极材料具有较好的比容量，有利于改善电池的循环性能。
2、在本发明的第一个方面，本发明提出了一种制备硅负极材料的方法，根据本发明的实施例，所述方法包括：s1、回收光伏组件中的硅废料，在氩气气氛下对硅废料进行热解后，清洗和化学除杂，得到纯净的硅颗粒；s2、将硅颗粒置于反应室中的正极和负极之间，调整反应室中的真空度，向反应室中充入氦气和氮气的混合气体，调节反应室中的压力；s3、在正极和负极通入第一电流，根据正极和负极之间的距离调整正极和负极之间的第一电压，使正极和负极之间形成等离子电弧，将硅颗粒电离成硅原子沉积在多孔碳基体上，得到纳米级硅碳产物；s4、当硅颗粒充分电离之后，向体系中通入含碳气体，调节正极和负极之间的第二电流和第二电压，对纳米级硅碳产物进行气相包覆，得到硅负极材料。由此，采用本技术的方法得到硅负极材料具有较好的比容量，有利于提高电池的循环性能。
3、根据本发明上述实施例的方法，通过将回收处理得到的纯净的硅颗粒置于反应室中，利用等离子体电弧对硅颗粒直接进行电离得到硅原子，使得硅颗粒具有更优秀的纳米尺寸效应，有利于改善硅原子在多孔碳传输膜上的分散性和均匀性，进而有利于提高电池的容量和首效，进一步通过采用含碳气体对沉积得到硅碳产物进行气相碳包覆处理，在纳米级硅碳产物的外表面形成碳包覆层，一方面可以保护硅碳材料免受电解液的直接侵蚀，从而提高其化学稳定性，有助于改善电池的循环性能。另一方面可以形成导电通路，增强负极电子导电性。
4、另外，根据本发明上述实施例的方法可以具有如下附加技术特征：
5、在本发明的一些实施例中，回收光伏组件中的硅废料的方法包括：将光伏组件进行拆解，得到太阳能电池，对太阳能电池进行分割后，置于甲苯溶液中浸泡16h～32h，得到硅废料。
6、在本发明的一些实施例中，所述热解的温度为400℃～600℃。由此，可以去除硅废料中包含的有机杂质，如封装材料、粘合剂等，从而获得纯度较高的硅颗粒。
7、在本发明的一些实施例中，所述热解的时间为1h～3h。由此，能够获得纯度较高的硅颗粒。
8、在本发明的一些实施例中，对反应室进行抽真空后，所述反应室的真空度为1×10-2torr～3×10-2torr。由此，能够避免空气中氧气分子对于反应过程的影响，有利于硅颗粒的电离。
9、在本发明的一些实施例中，所述氦气和氮气的质量比为1:(3～5)。由此，有利于等离子体电弧的产生，便于后续对硅颗粒的电离，从而能够得到具有较好比容量的硅负极材料。
10、在本发明的一些实施例中，所述反应室中的压力为200torr～600torr。由此，有利于等离子体电弧的产生，便于后续对硅颗粒的电离，从而能够得到具有较好比容量的硅负极材料。
11、在本发明的一些实施例中，所述第一电流为200a～400a。由此，可以控制等离子体的形态和运动轨迹，从而实现对等离子体形态的有效控制，进而有利于形成等离子体电弧对硅颗粒进行电离。
12、在本发明的一些实施例中，所述第一电压为30v～40v。由此，可以加速电子和离子，有助于产生更多的等离子体粒子，进而可以促进硅颗粒的电离。
13、在本发明的一些实施例中，所述含碳气体包括乙炔和乙烯中的至少一种。
14、在本发明的一些实施例中，通入含碳气体的气流量为2l/min～4l/min。由此，可以控制碳的供应量，从而精确控制碳包覆层的厚度。
15、在本发明的一些实施例中，所述第二电流为80a～120a。由此，可以促进碳原子在硅表面的吸附和扩散，形成良好的碳层结构和界面结合。
16、在本发明的一些实施例中，所述第二电压为30v～50v。由此，可以提供足够的能量，促进碳离子在硅表面的沉积和扩散。
17、在本发明的第二个方面，本技术提出了一种制备上述硅负极材料的装置，根据本发明的实施例，该装置包括：反应室、沉积室、收集仓、第二管道和第三管道，所述反应室的一侧设有第一开口和第二开口，所述第一开口与进气组件连接，所述反应室的上侧还设有第三开口，所述反应室内设有等离子体发生组件，用于形成等离子体电弧；所述沉积室位于所述反应室的一侧，所述沉积室与所述反应室之间通过第一管道连通，使得所述反应室中的电离产物由所述第一管道进入所述沉积室中，所述沉积室内设有沉积传送带，用于沉积电离产物，所述沉积室的一侧还设有第四开口；所述收集仓位于所述沉积室的下方，且与所述沉积室连通，用于收集所述沉积传送带上掉落的材料；所述第二管道的一端与所述第二开口连通，另一端与所述第四开口连通，用于所述反应室和所述沉积室之间的气体循环，在所述第二管道靠近所述第二开口处设有第一阀门，在所述第二管道靠近所述第四开口处设有循环气泵，在所述循环气泵和所述第四开口之间设有排气阀；所述第三管道的一端与第一管道连通，另一端与所述第二管道连通，在所述第三管道靠近所述第一管道处设有第二阀门。由此，采用本技术提供的装置能够得到分散性和均匀性较好的硅负极材料，进而有利于改善电池的循环性能
18、在本发明的一些实施例中，所述等离子体发生组件包括正极电极和负极电极，所述负极电极位于所述反应室的底部，所述正极电极位于所述负极电极的上方，所述正极电极和所述负极电极之间还设有承载台，用于承载待电离材料。由此，能够得到电离原子，有利于负极材料的制备。
19、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
1.一种制备硅负极材料的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，回收光伏组件中的硅废料的方法包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热解的温度为400℃～600℃；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对反应室进行抽真空后，所述反应室的真空度为1×10-2torr～3×10-2torr。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氦气和氮气的质量比为1:(3～5)；
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电流为200a～400a；
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳气体包括乙炔和乙烯中的至少一种；
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二电流为80a～120a；
9.一种制备权利要求1-8中任一项所述硅负极材料的装置，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述等离子体发生组件包括正极电极和负极电极，所述负极电极位于所述反应室的底部，所述正极电极位于所述负极电极的上方，所述正极电极和所述负极电极之间还设有承载台，用于承载待电离材料。
