碳硅负极浆料的制备方法、碳硅负极浆料和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种碳硅负极浆料的制备方法、碳硅负极浆料和锂离子电池，碳硅负极浆料制备方法的步骤包括：以质量份数计，将0.2～0.5份分散剂、第一溶剂搅拌得到第一溶液；将2.5～3.5份聚丙烯酸、第一溶剂搅拌得到第一胶液；加入0.1～0.8份单壁碳纳米管导电浆料搅拌得到第一浆液；加入0.1～1.3份导电石墨搅拌得到第二浆液；加入第一溶液、0.2～0.5份导电炭黑搅拌得到第三浆液；加入95～95.5份硅碳复合材料搅拌得到第四浆液；加入第二溶剂搅拌得到第五浆液，第一溶剂和第二溶剂含量之和为40～50份；加入0.3～0.6份丁苯橡胶乳液搅拌过筛、等离子体处理得到碳硅负极浆料，工作气体为氮气。气。气。

【技术实现步骤摘要】
碳硅负极浆料的制备方法、碳硅负极浆料和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料的
，尤其涉及一种碳硅负极浆料的制备方法、碳硅负极浆料和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池目前主要采用石墨类碳材料作为负极活性物质，但是，由于碳类负极材料的比容量较低(372mAh/g)，目前以碳类为负极材料的锂离子电池难以满足车用锂离子电池的大功率、高容量等要求。与碳类负极材料相比，硅基材料的比容量较高，其理论容量可高达4200mAh/g，且具有低的嵌锂电位(低于0.5Vvs Li
+
/Li)，是替代石墨类电极的理想材料，但是硅作为半导体材料，导电性比石墨差很多，同时硅负极体积膨胀问题严重，硅在充放电的过程中，由于硅负极不断的收缩膨胀导致硅负极粉末化，严重影响锂离子电池的循环性能，鉴于上述问题，现有技术通常采用硅碳复合材料作为锂离子电池的负极活性材料，但硅碳复合材料在实际使用过程中也存在较为明显的缺点，主要表现在：电池的充放电过程中仍会引起硅体积的严重膨胀，巨大的体积效应、再加上浆料不稳定，很容易导致活性物质层从集流体上脱落，从而失去电子导电性，进而影响锂离子电池的循环性能；同时，硅碳负极在不断的循环过程中由于嵌锂的不均匀导致锂枝晶的产生，从而导致库伦效率较低。
[0003]因此，亟需一种碳硅负极浆料的制备方法、碳硅负极浆料和锂离子电池，以解决现有技术问题的不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种碳硅负极浆料的制备方法，通过该方法制得的碳硅负极浆料的稳定性较高，而且还能避免锂枝晶的产生。
[0005]本专利技术的另一目的是提供一种采用上述碳硅负极浆料的制备方法制得的碳硅负极浆料。
[0006]本专利技术的又一目的是提供一种锂离子电池，该锂离子电池的库伦效率较高，而且循环性能较佳。
[0007]为实现以上目的，本专利技术提供了一种碳硅负极浆料的制备方法，步骤包括：
[0008](1)将第一溶剂分为两部分，再将0.2～0.5份分散剂、一部分第一溶剂进行真空搅拌，得到第一溶液；
[0009](2)将2.5～3.5份聚丙烯酸、另一部分第一溶剂进行真空搅拌，得到第一胶液；
[0010](3)将0.1～0.8份单壁碳纳米管导电浆料加入第一胶液中，真空搅拌，得到第一浆液；
[0011](4)将0.1～1.3份导电石墨加入到第一浆液中，真空搅拌，得到第二浆液；
[0012](5)将第一溶液、0.2～0.5份导电炭黑加入到第二浆液中，真空搅拌，得到第三浆液；
[0013](6)将95～95.5份硅碳复合材料加入到第三浆液中，先常压搅拌，然后真空搅拌，得到第四浆液；
[0014](7)将第二溶剂加入到第四浆液中，真空搅拌，得到第五浆液，其中第一溶剂和第二溶剂的含量之和为40～50份；
[0015](8)将0.3～0.6份丁苯橡胶乳液加入到第五浆液中，真空搅拌，过筛得到第六浆料，对第六浆料进行等离子体处理，得到碳硅负极浆料，其中等离子体处理的工作气体为氮气；
[0016]以上各物质的含量皆以质量份数计。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的碳硅负极浆料的制备方法包括提前将粘度大的聚丙烯酸黏胶剂加入第一溶剂中进行匀浆以保证第一胶液的稳定性分散，然后加入单壁碳纳米管导电浆料，第一胶液的稳定性分散使得单壁碳纳米管导电浆料呈均匀性的分散，再依次加入导电碳黑、导电石墨、硅碳复合材料，硅碳复合材料、导电碳黑、导电石墨可以同时吸收液体，浸润固体颗粒，使其浆料分散性好，进而提高浆料的稳定性；同时单壁碳纳米管、导电碳黑、导电石墨形成点、线、面的导电网络，提高粘结强度以提高浆料的稳定性，抑制负极膨胀，同时单壁碳纳米管极大的比表面积可以有效缓解硅碳负极在锂离子脱嵌过程中硅材料结构的坍塌，以进一步地提高浆料的稳定性，进而弥补了硅碳负极导电性的不足。同时导电石墨的加入，还能提高硅碳负极的压实密度。通过等离子体技术对第六浆料处理，等离子束注入到第六浆料内进行氮原子掺杂得到碳硅负极浆料，将碳硅负极浆料涂布于集流体上而形成负极片，负极片表面粗糙度相对较小，界面较光滑，有良好的锂离子的调控能力，在充放电过程中能够有效抑制锂枝晶的生成。
[0018]较佳地，本专利技术的第一溶剂为去离子水，第二溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0019]较佳地，本专利技术的分散剂包括羧甲基纤维素钠。
[0020]较佳地，本专利技术的单壁碳纳米管导电浆料包括单壁碳纳米管。更具体地，单壁碳纳米管的长度为5μm，单壁碳纳米管的长径比为3000，单壁碳纳米管的比表面积为900m2/g。更具体地，单壁碳纳米管导电浆料还包括羧甲基纤维素钠、去离子水，其中单壁碳纳米管、羧甲基纤维素钠和去离子水的质量比可为 0.1～2:0.1～2:96～98.8，将单壁碳纳米管加入含有羧甲基纤维素钠和去离子水的混合溶液中，进行分散得到单壁碳纳米管导电浆料。
[0021]较佳地，本专利技术的第六浆料的粘度为3500～5000mpa.s。
[0022]较佳地，本专利技术的步骤(8)中过筛的筛网目数为150目。
[0023]较佳地，本专利技术的步骤(8)中等离子处理的处理功率为500w，处理时间为28～32min，更具体地，处理时间优选为30min。
[0024]较佳地，本专利技术的步骤(1)于行星搅拌机中真空搅拌，搅拌时间为2～3h，搅拌速度为25～35rpm，分散速度为800～1000rpm；步骤(2)、步骤(3)、步骤 (4)、步骤(5)皆于行星搅拌机中真空搅拌，搅拌时间为1h，搅拌速度为 25～35rpm，分散速度为800～1000rpm；步骤(6)于行星搅拌机中先常压搅拌 15～30min，然后真空搅拌3h，搅拌速度为25～35rpm，分散速度为800～1000rpm；步骤(7)于行星搅拌机中真空搅拌，搅拌时间为30min，搅拌速度为25～50rpm，分散速度为800～1800rpm。
[0025]较佳地，本专利技术的步骤(8)于行星搅拌机中真空搅拌，搅拌速度为25～50rpm，分散速度为800～1800rpm，搅拌至浆料的粘度至3500～5000mpa.s，反转行星搅拌桨，除去浆料
900rpm的分散速度真空搅拌1h，得到第一浆液；
[0039](4)将0.1份导电石墨加入到第一浆液中，以25rpm的搅拌速度和900rpm的分散速度真空搅拌1h，得到第二浆液；
[0040](5)将第一溶液、0.2份导电炭黑加入到第二浆液中，以30rpm的搅拌速度和 1000rpm的分散速度真空搅拌1h，得到第三浆液；
[0041](6)将95.5份硅碳复合材料加入到第三浆液中，先常压搅拌20min，然后真空搅拌3h得到第四浆液，其中搅拌速度为30rpm，分散速度为1000rpm；
[0042](7)将N
‑
甲基吡咯烷酮加入到第四浆液中，以25rpm的搅拌速度和800rpm的分散速度进行真空搅拌30min，得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳硅负极浆料的制备方法，其特征在于，步骤包括：(1)将第一溶剂分为两部分，再将0.2～0.5份分散剂、一部分所述第一溶剂进行真空搅拌，得到第一溶液；(2)将2.5～3.5份聚丙烯酸、另一部分所述第一溶剂进行真空搅拌，得到第一胶液；(3)将0.1～0.8份单壁碳纳米管导电浆料加入所述第一胶液中，真空搅拌，得到第一浆液；(4)将0.1～1.3份导电石墨加入到所述第一浆液中，真空搅拌，得到第二浆液；(5)将所述第一溶液、0.2～0.5份导电炭黑加入到所述第二浆液中，真空搅拌，得到第三浆液；(6)将95～95.5份硅碳复合材料加入到所述第三浆液中，先常压搅拌，然后真空搅拌，得到第四浆液；(7)将第二溶剂加入到所述第四浆液中，真空搅拌，得到第五浆液，其中所述第一溶剂和所述第二溶剂的含量之和为40～50份；(8)将0.3～0.6份丁苯橡胶乳液加入到所述第五浆液中，真空搅拌，过筛得到第六浆料，对所述第六浆料进行等离子体处理，得到碳硅负极浆料，其中所述等离子体处理的工作气体为氮气；以上各物质的含量皆以质量份数计。2.如权利要求1所述的碳硅负极浆料的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪涛，叶嘉明，罗仙科，
申请(专利权)人：深圳市和盈新能电子有限公司，
类型：发明
国别省市：