一种硅碳负极电池的制备制造技术

本发明专利技术公开了一种硅碳负极电池的制备，硅碳负极电池的制备包括以下步骤：将SiO颗粒分散在镍网上，然后放入管式炉中，用氮气吹扫内部空气，在大气压下，在氮气、氢气和乙炔气的混合物中将样品加热，在高纯度氮气中持续歧化，在自然冷却至室温后，电池性能测试，通过添加LiF可以提高初始库仑效率，氟化锂用作添加剂，其可以改善一氧化硅基电极的初始库仑效率，LiF添加剂使得电极具有良好性能，电解液添加剂DFEC对SiO@C/石墨阳极的长期循环性能和界面稳定性有积极影响，在DFEC的保护下，电极上产生的氧化锂产物较少。

Preparation of a silicon carbon negative electrode battery

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳负极电池的制备
本专利技术涉及电池领域，具体是一种硅碳负极电池的制备。
技术介绍
作为一种储能装置，可充电锂离子电池（LIBs）由于其自放电低，寿命长，环保等特点而受到极大关注。迄今为止，石墨已被用作LIBs中的商业阳极材料，由于其高导电性和小体积变化。石墨的固有优势决定了其优越的循环稳定性。然而，由于石墨的理论比容量低，需要提高LIB的能量密度。此外，低倍率的性能限制了石墨的应用，特别是在电动汽车领域。因此，开发具有高能量密度和长循环稳定性的新电池材料对于下一代LIBs是至关重要的。由于其低价格，无毒性和高理论容量，一氧化硅被认为是替代传统石墨材料的理想候选者。然而，SiO材料的广泛应用受到限制，因为它们具有大量的体积膨胀和低的初始库仑效率。目前，长久以来，锂离子电池商用负极材料一直为石墨类，其中包括天然石墨、人工石墨、中间相碳微球，以及近来备受关注的软碳、硬碳材料等，目前的能量密度较低，已经难以满足高里程电动汽车的需求，而欲将锂离子电池动力汽车达到目前具有实际推广意义的300km以上续航里程，其电池的能量密度需要达到200-250Wh/kg，传统石墨材料受理论容量的限制，难以满足该能量密度要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅碳负极电池的制备，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种硅碳负极电池的制备，所述硅碳负极电池的制备包括以下步骤：S1：将SiO颗粒分散在镍网上，然后放入管式炉中，用500sccm氮气吹扫内部空气，然后，在氮气气氛中以5℃/min的加热速率将管式炉的温度升至900℃，在大气压下，在240sccm的氮气、30sccm的氢气和30sccm乙炔气的混合物中将样品在900℃下进一步加热90分钟，在高纯度氮气中在900℃下持续歧化150分钟后，在自然冷却至室温后，得到黑色粉末SiO@C，最后，通过将SiO@C和石墨在无水乙醇中均匀混合，然后离心分离并在80℃下干燥过夜来制备SiO@C/石墨复合物，将750g的LiF溶解在2000mL去离子水中，同时搅拌并超声处理30分钟以形成均匀的混浊溶液，随后，将1000g的SiO@C/石墨复合物加入悬浮液中并剧烈搅拌2小时，离心溶液并在85℃下干燥固体复合物24小时后，得到最终产物SiO@C/石墨-LiF；S2:负极制浆：将12KgSiO@C/石墨-LiF投入30L的搅拌罐中，加入CMC胶液3kg，去离子水4kg，预搅拌60分钟收刮料，再次加入CMC胶液3kg，并且预搅拌及刮料，第三次加入CMC胶液2kg高速搅拌，加入溶剂NMP0.5kg，去离子水0.9kg，粘接剂0.9kg，开始预搅拌，在低于-85℃的环境中进行消泡，慢搅拌保存；正极制浆：将钴酸锂正极20kg、碳纳米管2kg、胶液1.5kg、NMP0.5kg在20L的搅拌罐中预搅拌30分钟，结束后刮胶，而后全力搅拌2小时，再次加入胶液1.5kg，NMP0.2kg预搅拌30分钟后，全力搅拌150分钟，真空消泡60分钟，慢搅拌保存；S3：将制备的阴极和阳极材料涂覆在集电器上，在100℃烘烤24h后对极片进行辊压，将电极片分成具有单个电池尺寸的条带，正极的组成为钴酸锂、粘合剂和碳纳米管，活性阳极材料在Cu箔上过量10％，隔膜为9+3陶瓷混胶，将阴极、隔离膜和阳极卷起并放入冲坑铝塑膜中，完成聚合物软包电池的组装，注液前，将电池在85℃的真空烘箱中干燥48小时，对于阳极的电解质，将1.2mol/L的LiPF6溶解在重量比为3:5:2的碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙烯中作为参比电解质，以2%浓度的DFEC为研究对象，每个电池的电解质注入量为7g，对于阴极的电解液，将1.2mol/L的LiPF6溶解在重量比为3:5:2的碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙烯中作为参比电解液，以浓度2%的DFEC为研究对象，每个电池的电解质注入量为7g，上述注液均在充满氩气的手套箱中进行；S4：电池性能测试：注液后的电池经过45℃高温静置24小时后，进行高温夹具化成，温度85℃，恒流充电及恒流恒压充电至4.1V，分容时，恒流恒压补满电4.4V，800mA恒流放电至3.0V，休眠3分钟后，恒流恒压充电至3.93V，成品电池在室温23±3℃的环境下，0.5C充电至4.4V，而后0.5C放电至3.0V，设置循环周数1000周。作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤S1中SiO@C与石墨重量比为5：5。作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤S2中粘接剂的材料为SBR。作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤S3中活性阳极材料由羧甲基纤维素、SP、SWCNT和聚合的丁苯橡胶组成，所述羧甲基纤维素、SP、SWCNT和聚合的丁苯橡胶比例为95:1:0.5:1.5:2。作为本专利技术再进一步的方案：所述步骤S3中粘合剂为聚偏二氟乙烯和PDVF中的一种或者多种，所述钴酸锂、粘合剂和碳纳米管的质量比为97.8：1.2：1。作为本专利技术再进一步的方案：所述电池的包装过程包括搅拌、涂布、碾压、分条、卷绕、封装、注液、化成、成型、分容等工序。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过简单的两步法制备SiO@C/石墨-LiF阳极材料，在SiO基颗粒表面上构造的碳层可以防止电解质和活性材料之间的直接接触，同时，碳层可以改善锂离子传输并增强离子传导性，此外，石墨的添加可以用作缓冲剂并限制SiO基颗粒的膨胀，LiF稳定SiO基阳极的固体电解质中间SEI层，预期通过稳定SEI层和减少副反应的LiF添加来改善SiO基阳极的电化学性质，通过添加LiF可以提高初始库仑效率，氟化锂用作添加剂，其可以改善一氧化硅基电极的初始库仑效率，LiF添加剂使得电极具有良好性能，电解液添加剂DFEC对SiO@C/石墨阳极的长期循环性能和界面稳定性有积极影响，在DFEC的保护下，电极上产生的氧化锂产物较少。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一：一种硅碳负极电池的制备，硅碳负极电池的制备包括以下步骤：S1：将SiO颗粒分散在镍网上，然后放入管式炉中，用500sccm氮气吹扫内部空气，然后，在氮气气氛中以5℃/min的加热速率将管式炉的温度升至900℃，在大气压下，在240sccm的氮气、30sccm的氢气和30sccm乙炔气的混合物中将样品在900℃下进一步加热90分钟，在高纯度氮气中在900℃下持续歧化150分钟后，在自然冷却至室温后，得到黑色粉末SiO@C，最后，通过将SiO@C和石墨在无水乙醇中均匀混合，SiO@C与石墨重量比为5：5，然后离心分离并在80℃下干燥过夜来制备SiO@C/石墨复合物，将750g的LiF溶解在2000mL去离子水中，同时搅拌并超声处理30分钟以形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅碳负极电池的制备，其特征在于：所述硅碳负极电池的制备包括以下步骤：/nS1：将SiO颗粒分散在镍网上，然后放入管式炉中，用500sccm氮气吹扫内部空气，在氮气气氛中以5℃/min的加热速率将管式炉的温度升至900℃，在大气压下，在240sccm的氮气、30sccm的氢气和30sccm乙炔气的混合物中将样品在900℃下进一步加热90分钟，在高纯度氮气中在900℃下持续歧化150分钟后，在自然冷却至室温后，得到黑色粉末SiO@C，最后，通过将SiO@C和石墨在无水乙醇中均匀混合，离心分离并在80℃下干燥过夜来制备SiO@C/石墨复合物，将750g的LiF溶解在2000mL去离子水中，同时搅拌并超声处理30分钟以形成均匀的混浊溶液，将1000g的SiO@C/石墨复合物加入悬浮液中并剧烈搅拌2小时，离心溶液并在85℃下干燥固体复合物24小时后，得到最终产物SiO@C/石墨-LiF；/nS2:负极制浆：将12KgSiO@C/石墨-LiF投入30L的搅拌罐中，加入CMC胶液3kg，去离子水4kg，预搅拌60分钟收刮料，再次加入CMC胶液3kg，并且预搅拌及刮料，第三次加入CMC胶液2kg高速搅拌，加入溶剂NMP0.5kg，去离子水0.9kg，粘接剂0.9kg，开始预搅拌，在低于-85℃的环境中进行消泡，慢搅拌保存；/n正极制浆：将钴酸锂正极20kg、碳纳米管2kg、胶液1.5kg、NMP0.5kg在20L的搅拌罐中预搅拌30分钟，结束后刮胶，而后全力搅拌2小时，再次加入胶液1.5kg，NMP0.2kg预搅拌30分钟后，全力搅拌150分钟，真空消泡60分钟，慢搅拌保存；/nS3：将制备的阴极和阳极材料涂覆在集电器上，在100℃烘烤24h后对极片进行辊压，将电极片分成具有单个电池尺寸的条带，正极的组成为钴酸锂、粘合剂和碳纳米管，活性阳极材料在Cu箔上过量10％，隔膜为9+3陶瓷混胶，将阴极、隔离膜和阳极卷起并放入冲坑铝塑膜中，完成聚合物软包电池的组装，注液前，将电池在85℃的真空烘箱中干燥48小时，对于阳极的电解质，将1.2mol/L的LiPF6溶解在重量比为3:5:2的碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙烯中作为参比电解质，以2%浓度的DFEC为研究对象，每个电池的电解质注入量为7g，对于阴极的电解液，将1.2mol/L的LiPF6溶解在重量比为3:5:2的碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙烯中作为参比电解液，以浓度2%的DFEC为研究对象，每个电池的电解质注入量为7g，上述注液均在充满氩气的手套箱中进行；/nS4：电池性能测试：注液后的电池经过45℃高温静置24小时后，进行高温夹具化成，温度85℃，恒流充电及恒流恒压充电至4.1V，分容时，恒流恒压补满电4.4V，800mA恒流放电至3.0V，休眠3分钟后，恒流恒压充电至3.93V，成品电池在室温23±3℃的环境下，0.5C充电至4.4V，而后0.5C放电至3.0V，设置循环周数1000周。/n...

【技术特征摘要】
20190925 CN 20191090778531.一种硅碳负极电池的制备，其特征在于：所述硅碳负极电池的制备包括以下步骤：
S1：将SiO颗粒分散在镍网上，然后放入管式炉中，用500sccm氮气吹扫内部空气，在氮气气氛中以5℃/min的加热速率将管式炉的温度升至900℃，在大气压下，在240sccm的氮气、30sccm的氢气和30sccm乙炔气的混合物中将样品在900℃下进一步加热90分钟，在高纯度氮气中在900℃下持续歧化150分钟后，在自然冷却至室温后，得到黑色粉末SiO@C，最后，通过将SiO@C和石墨在无水乙醇中均匀混合，离心分离并在80℃下干燥过夜来制备SiO@C/石墨复合物，将750g的LiF溶解在2000mL去离子水中，同时搅拌并超声处理30分钟以形成均匀的混浊溶液，将1000g的SiO@C/石墨复合物加入悬浮液中并剧烈搅拌2小时，离心溶液并在85℃下干燥固体复合物24小时后，得到最终产物SiO@C/石墨-LiF；
S2:负极制浆：将12KgSiO@C/石墨-LiF投入30L的搅拌罐中，加入CMC胶液3kg，去离子水4kg，预搅拌60分钟收刮料，再次加入CMC胶液3kg，并且预搅拌及刮料，第三次加入CMC胶液2kg高速搅拌，加入溶剂NMP0.5kg，去离子水0.9kg，粘接剂0.9kg，开始预搅拌，在低于-85℃的环境中进行消泡，慢搅拌保存；
正极制浆：将钴酸锂正极20kg、碳纳米管2kg、胶液1.5kg、NMP0.5kg在20L的搅拌罐中预搅拌30分钟，结束后刮胶，而后全力搅拌2小时，再次加入胶液1.5kg，NMP0.2kg预搅拌30分钟后，全力搅拌150分钟，真空消泡60分钟，慢搅拌保存；
S3：将制备的阴极和阳极材料涂覆在集电器上，在100℃烘烤24h后对极片进行辊压，将电极片分成具有单个电池尺寸的条带，正极的组成为钴酸锂、粘合剂和碳纳米管，活性阳极材料在Cu箔上过量10％，隔膜为9+3陶瓷混胶，将阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良彬，陈华，戈志敏，王乾，
申请(专利权)人：东莞赣锋电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44