一种改性硅碳负极浆料及其制备方法和锂离子电池技术

本公开涉及一种改性硅碳负极浆料及其制备方法和锂离子电池，其中改性硅碳负极浆料的制备方法包括：S1、将第一导电剂与含锂化合物进行第一混合，然后进行第一焙烧得到改性导电剂；S2、将所述改性导电剂、活性颗粒与第一粘结剂进行第二混合，然后进行第二焙烧得到改性活性颗粒；S3、将所述改性活性颗粒、第二导电剂、分散剂、第二粘结剂和水进行第三混合。该方法制备得到的改性硅碳负极浆料可以显著提高硅碳负极材料的首效和长周期循环稳定性，尤其在高容量状态下表现明显。高容量状态下表现明显。高容量状态下表现明显。

【技术实现步骤摘要】
一种改性硅碳负极浆料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本公开涉及锂离子电池
，具体的，涉及一种改性硅碳负极浆料及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。这种电池的特点是相比较其他一次电池而言能量密度高，没有记忆效应以及低的自放电。目前锂离子电池的负极一般是通过将石墨与粘结剂、溶剂等混合均匀后制作成浆料，然后涂覆在铜箔集流体上形成负极。但是石墨的理论比容量为372mAh
·
g
‑1，已经不能满足高能量密度电池的需求，因此亟需开发高容量的负极活性材料。
[0003]硅以其理论比容量高(4200mAh
·
g
‑1)，工作电压低等特点引起人们的广泛研究，且其在地壳中储量丰富，成本低、环境友好，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。但是硅在充放电过程中产生巨大的体积膨胀严重影响了电池的循环性能和使用寿命。往往通过多种手段进行硅颗粒的表面改性，然后与石墨混合得到硅碳复合颗粒，能有效缓解其膨胀。但是在循环过程中，极片的稳定性除了与活性材料的类型有关以外，活性材料极片的制作过程同样尤为重要，否则也会影响硅碳负极的膨胀及其循环性能。
[0004]中国专利CN110828774A公开了一种锂电池负极，将有机锂盐溶解和聚碳酸酯聚合物溶解在碳酸酯类溶剂中，配制成膜材料，然后直接涂敷在负极材料上，负极活性材料的保护层由聚碳酸酯类聚合物和有机锂盐组成，厚度为0.5
‑
25μm。但是该负极是通过膜材料阻隔活性金属锂与电解质中的自由溶剂接触，没有从根本上改变负极活性材料的组成，锂电池的循环寿命仍受到影响。
[0005]中国专利CN108899518A首先将纳米硅加入到一定体积的硬脂酸乙醇溶液中分散，然后再逐滴加入氢氧化锂水溶液，沉淀法制备柔性硬脂酸锂包覆纳米硅复合材料。该专利只是在纳米硅表面包覆柔性硬脂酸锂，虽然具备首效高的特点，但其制备得到的锂电池的循环寿命和导电性能仍需进一步提高。
[0006]中国专利CN110165160A将SiO与锂源按一定比例在酒精分散液中混合均匀，加入碳源，将上述混合溶液经过喷雾干燥造粒后，置于惰性气体氛围下煅烧，制得锂掺杂硅氧碳材料。将上述锂掺杂硅氧碳材料和石墨按SiO：石墨的质量比为1：(10
‑
100)进行球磨混合，制得锂掺杂硅氧碳/石墨复合负极材料。该专利在锂掺杂SiO的表面包覆碳包覆层，虽然缓冲了SiO的膨胀，但是导电性能仍不理想。

技术实现思路

[0007]本公开的目的是为了解决硅碳负极材料首效低、循环性能差的问题，提供了一种改性硅碳负极浆料的制备方法，该方法可以使硅碳负极材料的首效、长周期循环稳定性得到提高，尤其在高容量状态下表现明显。
[0008]为了实现上述目的，本公开的第一方面提供了一种改性硅碳负极浆料的制备方
法，该方法包括：
[0009]S1、将第一导电剂与含锂化合物进行第一混合，然后进行第一焙烧得到改性导电剂；
[0010]S2、将所述改性导电剂、活性颗粒与第一粘结剂进行第二混合，然后进行第二焙烧得到改性活性颗粒；
[0011]S3、将所述改性活性颗粒、第二导电剂、分散剂、第二粘结剂和水进行第三混合。
[0012]可选地，所述活性颗粒为碳材料颗粒与硅基颗粒的混合物；在所述活性颗粒中，所述碳材料颗粒与所述硅基颗粒混合的质量比例为50
‑
98：2
‑
50；优选为80
‑
95：5
‑
20。
[0013]可选地，所述第一导电剂和所述含锂化合物混合的质量比例为1：2
‑
8，优选为1：3
‑
6；所述改性导电剂、所述第一活性颗粒和所述第一粘结剂混合的质量比为1
‑
5：90
‑
99：5
‑
10，优选为2
‑
4：92
‑
97：5
‑
8；所述第二活性颗粒、第二导电剂、分散剂、第二粘结剂和水混合的质量比为92
‑
97：2
‑
5：2
‑
4：1
‑
3：100
‑
300，优选为93
‑
96：2
‑
4：2
‑
3.5：1.5
‑
3：130
‑
280。
[0014]可选地，所述第一导电剂为第一线状导电剂，所述第二导电剂选自第二线状导电剂和/或面状导电剂，且所述第二导电剂为水溶性导电剂。
[0015]可选地，所述第一线状导电剂选自碳纳米管、Super
‑
P Li、乙炔炭黑、科琴黑和碳纳米纤维中的至少一种；所述第二导电剂为第二线性导电剂和面状导电剂的至少一种，优选为第二线性导电剂和面状导电剂的混合物；所述第二线状导电剂选自碳纳米管和/或碳纳米纤维，所述面状导电剂为石墨烯。
[0016]可选地，所述含锂化合物为可溶性锂盐；可选地，所述可溶性锂盐选自无机锂盐和有机锂盐中的至少一种；可选地，所述无机锂盐选自氧化锂、氢氧化锂、过氧化锂和碳酸锂中的至少一种；可选地，所述有机锂盐选自乙酸锂、乳酸锂、单碱式柠檬酸锂、双碱式柠檬酸锂、三碱式柠檬酸锂、酒石酸锂、二异丙胺锂、双(三甲基硅)胺锂、二甲胺锂、乙氧基锂、乙氧基锂、甲酸锂一水合物、乙酰丙酮锂、异丙醇锂、叔丁醇锂、硬脂酸锂和二乙胺锂中的至少一种。
[0017]可选地，所述碳材料颗粒选自天然石墨颗粒、人造石墨颗粒和中间相碳微球中的至少一种；所述硅基颗粒选自纳米硅和/或纳米氧化硅；优选的，所述碳材料颗粒的平均粒径为5
‑
20μm，碳含量在99.5重量％以上，振实密度为0.8
‑
1.1g
·
cm
‑3；所述纳米硅为纯纳米硅颗粒或表面部分氧化的纳米硅颗粒，所述纳米硅的氧含量<5％，所述纳米硅的氧化厚度在1
‑
20nm，进一步优选为1
‑
10nm；所述纳米氧化硅为SiO
x
，其中，0<x<2，优选0.3<x<1.6，所述纳米氧化硅的平均粒径为10
‑
200nm，进一步优选为10
‑
100nm。
[0018]可选地，所述第一粘结剂为亲水性高分子和/或者两亲性高分子；所述亲水性高分子选自羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、海藻酸钠和聚丙烯酸中的至少一种；所述两亲性高分子包括共聚形成的亲水段和疏水段，所述亲水段选自聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醚和聚乙烯亚胺中的至少一种，所述疏水段选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯和聚环氧丙烷中的至少一种；所述第二粘结剂选自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性硅碳负极浆料的制备方法，其特征在于，该方法包括：S1、将第一导电剂与含锂化合物进行第一混合，然后进行第一焙烧得到改性导电剂；S2、将所述改性导电剂、活性颗粒与第一粘结剂进行第二混合，然后进行第二焙烧得到改性活性颗粒；S3、将所述改性活性颗粒、第二导电剂、分散剂、第二粘结剂和水进行第三混合。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述活性颗粒为碳材料颗粒与硅基颗粒的混合物；在所述活性颗粒中，所述碳材料颗粒与所述硅基颗粒混合的质量比例为50
‑
98：2
‑
50；优选为80
‑
95：5
‑
20。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述第一导电剂和所述含锂化合物混合的质量比例为1：2
‑
8，优选为1：3
‑
6；所述改性导电剂、所述第一活性颗粒和所述第一粘结剂混合的质量比为1
‑
5：90
‑
99：5
‑
10，优选为2
‑
4：92
‑
97：5
‑
8；所述第二活性颗粒、第二导电剂、分散剂、第二粘结剂和水混合的质量比为92
‑
97：2
‑
5：2
‑
4：1
‑
3：100
‑
300，优选为93
‑
96：2
‑
4：2
‑
3.5：1.5
‑
3：130
‑
280。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一导电剂为第一线状导电剂；所述第二导电剂选自第二线状导电剂和/或面状导电剂，且所述第二导电剂为水溶性导电剂；可选地，所述第一导电剂选自碳纳米管、Super
‑
P Li、乙炔炭黑、科琴黑和碳纳米纤维中的至少一种；所述第二导电剂为第二线性导电剂和面状导电剂的至少一种，优选为第二线性导电剂和面状导电剂的混合物；所述第二线状导电剂选自碳纳米管和/或碳纳米纤维，所述面状导电剂为石墨烯。5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述含锂化合物为可溶性锂盐；可选地，所述可溶性锂盐选自无机锂盐和有机锂盐中的至少一种；可选地，所述无机锂盐选自氧化锂、氢氧化锂、过氧化锂和碳酸锂中的至少一种；可选地，所述有机锂盐选自乙酸锂、乳酸锂、单碱式柠檬酸锂、双碱式柠檬酸锂、三碱式柠檬酸锂、酒石酸锂、二异丙胺锂、双(三甲基硅)胺锂、二甲胺锂、乙氧基锂、乙氧基锂、甲酸锂一水合物、乙酰丙酮锂、异丙醇锂、叔丁醇锂、硬脂酸锂和二乙胺锂中的至少一种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述碳材料颗粒选自天然石墨颗粒、人造石墨颗粒和中间相碳微球中的至少一种；所述硅基颗粒选自纳米硅和/或纳米氧化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂志强，林伟国，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：