一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法技术

本发明专利技术提出一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，所述方法是将硅粉、分散剂、导电剂和锂水玻璃制成粘稠浆料，然后将球形石墨粉、PVA共混压制得到碳膜，接着依次向模具中贴铜集流体、碳膜，涂布浆体，再贴碳膜，进行等静压成型，在成型过程中向模具中注入酸液，保压烘干，经无水乙醇洗涤干燥，获得锂电池硅碳负极极片。本发明专利技术提供的方法，通过简单的压制、涂布、成型工艺在集流体上一步形成硅碳负极层，免去现有工艺中的硅碳复合和高温烧结工艺，整个工艺方便简便实用，适宜于大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法
本专利技术涉及锂电池负极材料的
，特别是涉及一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法。
技术介绍
锂离子电池作为现有新能源汽车的主要动力来源之一，因其优异的性能已经在便携式消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。同时，在纯电动汽车、混合动力汽车以及储能等领域也显示了良好的应用前景。锂离子电池的负极材料主要为改性天然石墨和人造石墨，尽管制备技术已相当成熟，但其理论比容量小，难以满足市场对大容量锂离子电池的需求。锂离子电池大容量负极材料的研究和应用普遍受到重视，其中，硅碳负极材料因其大容量性能而受到关注。作为负极材料，硅具有较高的理论比容量和较低的嵌锂电位而引起广泛关注。但硅作负极却存在天然的缺陷，即锂嵌入脱出硅的晶胞时，会导致硅材料发生严重的体积变化，造成容量衰减迅速。经过科学家大量的研究发现，将硅与其他材料复合能够有效缓解硅的体积效应，增长其循环寿命，而硅-碳复合物是其中最具有应用前景的复合材料。硅-碳复合负极材料中硅作为活性物质提供储锂容量；碳作为分散基体缓冲硅颗粒嵌脱锂时的体积变化，保持电极结构的完整性，并维持电极内部电接触。硅-碳复合负极材料受到了越来越高的重视，科学家称之为“锂电负极材料的新大陆”。目前的硅碳负极生产方案较为复杂，这也是制约硅碳负极发展的重要因素。中国专利技术专利申请号201811061348.6公开了一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，它是用球形石墨与纳米硅复合，并在外层包覆碳层得到核壳结构的硅碳复合材料；该专利技术先是采用湿法球磨使球形石墨与纳米硅均匀分散，并产生一定的机械结合，而后将得到的浆料喷雾干燥，从而使复合结构表面包覆有机碳层，烧结碳化，最终得到相应硅碳负极材料。中国专利技术专利申请号201910753059.0公开了一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，所述负极材料为核壳结构，核为纳米硅、多孔隙石墨和碳纳米管，纳米硅通过超细研磨制备，多孔隙石墨由天然石墨或人造石墨经强酸侵蚀而成，纳米硅通过液相法渗入石墨的孔隙中，碳纳米管通过CVD沉积穿插纳米硅颗粒之间，壳为有机裂解碳。为了简化硅碳负极材料的制备工艺，特别是解决球磨法生产硅碳负极工艺复杂、循环性能差的问题，有必要提出一种新型简易化生产硅碳负极材料的方法，进而促进硅碳负极材料的规模化工业生产。
技术实现思路
针对目前球磨法生产硅碳负极工艺复杂，循环性能差的问题，本专利技术提出一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，从而简化了硅碳负极材料的制备工艺，适宜于规模化工业生产。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，具体生产方法如下：（1）将硅粉、分散剂、导电剂和锂水玻璃混合，快速机械搅拌均匀，形成粘稠浆料；（2）将球形石墨粉、PVA混合均匀，然后置于压力成型机中，压制得到厚度为100-200μm的碳膜；（3）将锂电池用铜集流体置于模具底部，将碳膜紧贴在铜集流体表面，加压后保压5-8min，然后向表面涂布粘稠浆体，接着加压后保压5-8min，贴合碳膜，再进行等静压成型，压制10-30min后缓慢加入酸液，保压1-2h，接着对模具进行加热烘干处理，最后使用无水乙醇洗涤烘干，即可得到所需的动力锂电池硅碳负极极片。优选的，所述硅粉的平均粒度为50-300nm。优选的，所述分散剂为PVP30。优选的，所述导电剂为平均粒度为10-20nm的纳米碳。优选的，所述球形石墨粉的平均粒径为1-50μm。优选的，所述酸液为醋酸、磷酸中的一种。优选的，所述压力成型机压制及保压的压力为10-50Mpa。优选的，步骤（1）中粘稠浆料制备中，硅粉、分散剂、导电剂、锂水玻璃的质量比例为5-10：0.5-1：1-10：20-30。其中，锂水玻璃的质量浓度为15%。优选的，步骤（2）中所述碳膜制备中，球形石墨粉、PVA的质量比例为5-10：0.2-0.5。优选的，步骤（2）中所述加热烘干处理温度为60-80℃，加热时间1-3h。公知的，锂电池硅碳负极材料在使用过程中硅锂合金的形成伴随着巨大的体积变化，导致硅碳负极材料的循环容量不佳，目前解决这一问题的主要手段为使用碳对硅进行包覆，目前的硅碳负极生产方案较为复杂，通常需要高能球磨和高温碳化工艺。本专利技术创造性地通过球形碳颗粒的自发堆积形成的四面体空隙将硅粉包覆在内部，通过无机粘接剂固化形成硅碳负极材料，实现了简易化生产硅碳负极材料的目的。本专利技术首先将硅粉、分散剂、导电剂与锂水玻璃混合制成粘稠浆料，其中，硅粉、分散剂、导电剂有助于在后续工艺制得的碳膜表面形成膜层并深入碳粉内部，而锂水玻璃在固化后使得浆料中的有效成分与碳膜中的碳粉牢固结合，形成结合紧密的硅碳负极材料。进一步的，将球形石墨粉与PVA共混压制成碳膜，然后再碳膜表面涂布含有硅粉的锂水玻璃粘稠浆料，进行压制后，碳粉密集堆积形成四面体空隙，涂布的硅粉与锂水玻璃形成的浆体被限制在四面体空隙中，在保持压力下加入酸液，可以将锂水玻璃固化，烘干后形成球形石墨密堆积结构嵌入硅粉的复合结构。更进一步的，本专利技术通过简单的叠合使硅粉嵌入球形石墨密堆积结构形成的四面体空隙中，经锂水玻璃固化形成石墨包覆硅粉的复合结构，其制备方法简单，可以在集流体表面一步成型，对于传统工艺中的合成、涂布、装配等工艺具有较为明显的简化。现有的球磨法生产硅碳负极工艺复杂，循环性能差的问题，限制了其应用。鉴于此，本专利技术提出一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，将硅粉、分散剂、导电剂和锂水玻璃混合后均匀搅拌，形成粘稠浆料；将球形石墨与PVA共混后置于压力成型机中压制为膜；将铜集流体置于模具底部，厚膜紧贴在铜集流体表面，加压后保压，之后向表面涂布粘稠浆体，加压后保压，贴合碳膜，之后进行等静压成型，压制后缓慢加入酸液，保压；最后对模具进行加热烘干处理，使用无水乙醇洗涤，获得所需的硅碳负极。本专利技术提供的方法，通过简单的压制、涂布、成型工艺在集流体上一步形成硅碳负极层，免去现有工艺中的硅碳复合和高温烧结工艺，整个工艺方便简便实用，适宜于大规模工业化生产。本专利技术提出一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、本专利技术通过球形石墨压制为膜状，形成密堆积结构，将硅粉与分散剂、锂水玻璃战结合涂布后进行反复压制，形成碳-硅-碳复合层状结构，压制完成后的酸液促进锂水玻璃固化，烘干后使四面体内部的硅粉完全被限制在碳粉大颗粒内部，得到性能优异的碳硅负极材料。2、本专利技术通过简单的压制、涂布、成型工艺在集流体上一步形成硅碳负极层，免去现有工艺中的硅碳复合和高温烧结工艺，整个工艺方便简便实用，适宜于大规模工业化生产。附图说明图1：本专利技术的方法生产过程中粉末成型示意图，其中，1-球形碳粉，2-纳米硅颗粒。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，其特征在于具体生产方法如下：/n（1）将硅粉、分散剂、导电剂和锂水玻璃混合，快速机械搅拌均匀，形成粘稠浆料；/n（2）将球形石墨粉、PVA混合均匀，然后置于压力成型机中，压制得到厚度为100-200μm的碳膜；/n（3）将锂电池用铜集流体置于模具底部，将碳膜紧贴在铜集流体表面，加压后保压5-8min，然后向表面涂布粘稠浆体，接着加压后保压5-8min，贴合碳膜，再进行等静压成型，压制10-30min后缓慢加入酸液，保压1-2h，接着对模具进行加热烘干处理，最后使用无水乙醇洗涤烘干，即可得到所需的动力锂电池硅碳负极极片。/n

【技术特征摘要】
1.一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，其特征在于具体生产方法如下：
（1）将硅粉、分散剂、导电剂和锂水玻璃混合，快速机械搅拌均匀，形成粘稠浆料；
（2）将球形石墨粉、PVA混合均匀，然后置于压力成型机中，压制得到厚度为100-200μm的碳膜；
（3）将锂电池用铜集流体置于模具底部，将碳膜紧贴在铜集流体表面，加压后保压5-8min，然后向表面涂布粘稠浆体，接着加压后保压5-8min，贴合碳膜，再进行等静压成型，压制10-30min后缓慢加入酸液，保压1-2h，接着对模具进行加热烘干处理，最后使用无水乙醇洗涤烘干，即可得到所需的动力锂电池硅碳负极极片。


2.根据权利要求1所述的一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，其特征在于，所述硅粉的平均粒度为50-300nm。


3.根据权利要求1所述的一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，其特征在于，所述分散剂为PVP30。


4.根据权利要求1所述的一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，其特征在于，所述导电剂为平均粒度为10-20nm的纳米碳。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，刘超，白涛，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51