一种硅基负极导电网络体系及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种硅基负极导电网络体系及其制备方法和用途。所述制备方法包括：将硅基负极活性物质、导电炭黑和碳纳米管进行一次混合，然后加入片状导电石墨进行二次混合，最后加入分散剂溶液进行分散，得到所述硅基负极导电网络体系。本发明专利技术通过在硅基负极体系中，将导电炭黑、碳纳米管以及片状导电石墨按比例组成三维导电网络，可有效增加硅基负极活性物质与导电物质的接触面积，进而增加负极端的导电性，起到了降低内阻的作用，同时，在循环过程中，此稳定的导电网络可有效改善硅材料因体积变化而与导电网络脱离的现象，大大提升了硅基负极的循环性能。负极的循环性能。负极的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基负极导电网络体系及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于锂离子电池的
，涉及一种硅基负极导电网络体系及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]随着未来动力电池能量密度要求的逐渐提高，硅碳负极材料凭借着高储锂容量和低电压平台等优势，有望替代石墨负极应用于下一代高比能锂离子电池。但在电池充放电过程中，高硅含量负极会发生严重的体积膨胀与收缩，传统采用导电炭黑制备的点对点的一维导电网络在体积变化过程中会发生炭黑与硅材料脱离现象，导致电池在循环过程中快速衰竭。
[0003]目前应用于硅负极的导电剂多为导电炭黑，其所构造的点对点的一维导电网络无法有效的抑制高硅含量负极在充放电过程中的膨胀，进而导致在循环中负极活性材料从导电网络中的脱离，造成循环过程中容量的显著衰竭。
[0004]CN108511685A公开了一种含有导电涂层的锂离子电池负极片及其制备方法；该负极片包括铜箔集流体、导电涂层和负极活性物质层，负极活性物质层由负极浆料固化而成，负极浆料包括以下物质：93～95份的石墨，1.5～2.5份的导电炭黑SP，1～2份的羧甲基纤维素钠，2～3份的丁苯橡胶，130～150份的去离子水；导电涂层由导电浆料固化而成，导电浆料包括以下物质：复合碳源10～95份，粘结剂5～50份，分散剂5～40份，有机溶剂450～550份。本专利技术通过在集流体上涂覆一层特殊的导电浆料，其比表面积大，阻抗小，可大幅提高极片粘结力，增强导电性，并减少粘结剂和导电剂添加量，提高电池的能量密度。然而该申请的设计忽略了电极材料主体之间的粘接性。
[0005]CN1014022257A公开了一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料、制备方法及其用途。通过固相包覆的方法在氧化亚硅粉末表面形成涂覆碳层，该碳层较难均匀包覆在微米级颗粒表面，仍有部分颗粒表面裸露在外面。而裸露的氧化亚硅与电解液接触，在充放电时产生较多不可逆反应，导致首次库伦效率低，循环性能差。
[0006]CN1013384007A公开了一种碳纳米管/石墨烯复合负极材料及其制备方法、锂电池。该复合负极材料属于碳纳米管与石墨烯的复合，形成的导电网络属于线面交联，其不足在于，对导电性的改善效果有限。
[0007]因此，如何进一步抑制硅基负极材料的体积膨胀与收缩，提升其电化学性能，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种硅基负极导电网络体系及其制备方法和用途。本专利技术通过在硅基负极体系中，将导电炭黑、碳纳米管以及片状导电石墨按比例组成三维导电网络，可有效增加硅基负极活性物质与导电物质的接触面积，进而增加负极端的导电性，起到了降低内阻的作用，同时，在循环过程中，此稳定的导电网络可有效改善硅材料因体积变化
而与导电网络脱离的现象，大大提升了硅基负极的循环性能。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种硅基负极导电网络体系的制备方法，所述制备方法包括：
[0011]将硅基负极活性物质、导电炭黑和碳纳米管进行一次混合，然后加入片状导电石墨进行二次混合，最后加入分散剂溶液进行分散，得到所述硅基负极导电网络体系。
[0012]本专利技术中，硅基负极有多种选择，可选自硅碳负极、硅氧负极、或纳米硅纯硅负极等，同时，导电炭黑、碳纳米管和片状导电石墨作为导电剂。
[0013]在硅基负极材料体系中，传统的采用导电炭黑构建的点对点的一维导电网络，在体积变化过程中会发生炭黑与硅材料脱离现象，导致电池在循环过程中快速衰竭。因此本专利技术在一维导电网络的基础上，通过掺混碳纳米管以及片状导电石墨来构建点、线和面的三维导电网络，；导电炭黑作为三维导电网络结构中的点，起到了短程内连接活性物质的作用；而碳纳米管作为三维导电网络中的线，起到了长程连接活性物质的作用，片状导电石墨的作为三维导电网络中的面，可大幅提升电子传导能力，降低电池阻抗，同时面状导电网络通过增大导电剂与活性物质的接触面积来减少循环过程中脱离活性物质的量，进而提升了循环性能，三者在本专利技术所提供的导电网络体系中缺一不可，与硅基负极活性物质一起，有效地改善硅基负极因体积膨胀导致循环过程中出现的容量衰减问题，进而大大提升了电池的循环性能。
[0014]优选地，所述片状导电石墨、碳纳米管和导电炭黑的质量比为(0.5～5):(0.5～2):1，例如0.5:0.5:1、2:2:1、5:2:1、5:1:1或2:1:1等。
[0015]本专利技术中，片状导电石墨的量过多，会减少活性物质的占比，导致容量损失，而片状石墨的量过少，又会导致导电网络在循环过程中的不稳定。
[0016]优选地，所述片状导电石墨为柔性片状导电石墨，柔性片状导电石墨即为粉体压实密度在1.7g/cm3以上的片状石墨。
[0017]本专利技术中，选用柔性片状导电石墨，更有利于极片的加工性能和测试性能。
[0018]优选地，所述片状导电石墨的中值粒径为12.8～16.8μm，例如12.8μm、13μm、14μm、15μm、16μm或16.8μm等。
[0019]优选地，以硅基负极活性物质、导电炭黑、碳纳米管和片状导电石墨的总和为100％计，所述硅基负极活性物质的质量占比为20～90％，例如20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％等。
[0020]优选地，所述硅基负极活性物质中硅的含量≥20wt％，例如20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％、70wt％或80wt％等。
[0021]本专利技术中，硅基负极活性物质中，硅含量在上述范围时，虽然容量较高，但是其导电性较弱，因此更对本专利技术所提供的导电网络的依赖性较大，通过增大导电网络与硅材料的接触面积可有效提升负极的导电性，进而降低内阻，在循环过程中，硅材料严重的体积效应会使其与点状导电剂脱离，但通过构建本专利技术所提供的稳定的三维导电网络，可有效改善此脱离现象，进而起到提升循环性能的作用。
[0022]优选地，所述硅基负极活性物质包括硅氧材料，纳米硅材料、多孔硅材料及硅碳相关材料。
[0023]优选地，所述一次混合的方法包括搅拌，搅拌的时间为20～30min，例如20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min等。
[0024]优选地，所述二次混合的方法包括搅拌，搅拌的时间为30～60min，例如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等。
[0025]优选地，加入分散剂溶液后，分散过程中温度≤40℃，例如40℃、35℃、30℃或25℃等。
[0026]本专利技术在分散过程中，保持温度在40℃以下，更有利于浆料的稳定及活性物质的稳定。
[0027]优选地，所述分散剂溶液中的分散剂包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、羧甲基纤维素锂、苯丙胶乳或丁苯胶乳中的任意一种或至少两种的组合。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极导电网络体系的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将硅基负极活性物质、导电炭黑和碳纳米管进行一次混合，然后加入片状导电石墨进行二次混合，最后加入分散剂溶液进行分散，得到所述硅基负极导电网络体系。2.根据权利要求1所述的硅基负极导电网络体系的制备方法，其特征在于，所述片状导电石墨、碳纳米管和导电炭黑的质量比为(0.5～5):(0.5～2):1；优选地，所述片状导电石墨为柔性片状导电石墨；优选地，所述片状导电石墨的中值粒径为12.8～16.8μm；优选地，以硅基负极活性物质、导电炭黑、碳纳米管和片状导电石墨的总和为100％计，所述硅基负极活性物质的质量占比为20～90％。3.根据权利要求1或2所述的硅基负极导电网络体系的制备方法，其特征在于，所述硅基负极活性物质中硅的含量≥20wt％；优选地，所述硅基负极活性物质包括硅氧材料，纳米硅材料、多孔硅材料及硅碳材料中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的硅基负极导电网络体系的制备方法，其特征在于，所述一次混合的方法包括搅拌，搅拌的时间为20～30min。5.根据权利要求1
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4任一项所述的硅基负极导电网络体系的制备方法，其特征在于，所述二次混合的方法包括搅拌，搅拌的时间为30～60min。6.根据权利要求1
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5任一项所述的硅基负极导电网络体系的制备方法，其特征在于，加入分散剂溶液后，分散过程中温度≤40℃；优选地，所述分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李若楠，李昊，黄鹏，李晋，孙化雨，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：