硅碳负极浆料、其制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种硅碳复合负极浆料、其制备方法和锂离子电池，其中，硅碳负极浆料包括重量百分比为50

【技术实现步骤摘要】
硅碳负极浆料、其制备方法及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种硅碳负极浆料、其制备方法及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、循环性能好、储量丰富以及较为环保等优点。其被广泛地应用于3C数码产品、动力汽车以及航天军事等领域。锂离子电池的负极材料的能量密度是决定电池容量的一个重要因素。锂离子电池的负极材料通常为石墨负极材料或硅负极材料。其中，石墨负极材料的体积效应小，且导电率高。然而，石墨负极材料的理论能量密度比较小，仅为372mAh/g。硅负极材料的理论能量密度为4200mAh/g，远大于石墨负极材料和其他负极材料的理论能量密度，可以大幅度地提高锂离子电池的容量。然而，硅负极材料的体积效应较大，且导电率较低，导致锂离子电池的首效较低、循环较差、内阻较大。因此，衍生出硅碳负极浆料，其能够涂覆在锂离子电池的负极集流体，以形成锂离子电池的负极极片，平衡了负极材料的理论能量密度、体积效应和导电率。
[0003]目前，传统的硅碳负极浆料采用湿法制浆工艺制备时，硅材料和石墨材料混合的均匀性较差。

技术实现思路

[0004]为解决传统的硅碳负极浆料采用湿法制浆工艺制备时，硅材料和石墨材料混合的均匀性较差的问题，本专利技术提供一种硅碳负极浆料、其制备方法及锂离子电池。
[0005]为实现本专利技术目的提供的一种硅碳负极浆料，以质量百分比计，硅碳负极浆料包括：
[0006]50
‑
60％的负极活性材料；/>[0007]0.5
‑
1.5％的导电剂；
[0008]8.5
‑
9.5％的粘结剂；以及
[0009]30
‑
40％的去离子水。
[0010]其中，负极活性材料包括质量比为4
‑
6：1的石墨和纳米硅预分散浆料。
[0011]在其中一个具体实施例中，以质量百分比计，纳米硅预分散浆料包括：
[0012]10
‑
20％的电解硅粉；
[0013]80
‑
90％的醇类溶剂；以及
[0014]0.001％的添加剂；
[0015]添加剂为共轭芳香环类添加剂和/或杂环类添加剂。
[0016]在其中一个具体实施例中，醇类溶剂包括一种以上通式为C
n
H
2n+1
OH的一元醇；其中，n小于或等于4。
[0017]在其中一个具体实施例中，醇类溶剂包括一种以上通式为HOCH2C
n
H
2n+1
OH的二元醇；其中，n小于或等于3。
[0018]在其中一个具体实施例中，添加剂为萘、蒽、菲、苯并吡咯、苯并吡啶、苯并咪唑、苯并嘧啶、醌和萘醌中的至少一种。
[0019]在其中一个具体实施例中，导电剂为导电炭黑、导电石墨和碳纳米管中的至少一种。
[0020]在其中一个具体实施例中，以质量百分比计，粘结剂包括：
[0021]45
‑
55％的丙烯酸树脂乳液和45
‑
55％的丁苯橡胶乳液。
[0022]在其中一个具体实施例中，纳米硅预分散浆料的固含量为15％，粘度为3000
‑
6000mpas；
[0023]丙烯酸树脂乳液的固含量为20％；
[0024]丁苯橡胶乳液的固含量为45％。
[0025]基于同一构思的一种上述任一具体实施例提供的硅碳负极浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]使用去离子水对上述量的粘结剂中一半粘结剂进行稀释，以形成稀释液A；
[0027]使用去离子水对上述量的纳米硅预分散浆料进行稀释，以形成稀释液B；
[0028]将稀释液A和稀释液B进行混合形成混合液A；对混合液A进行搅拌，并向混合液A中加入去离子水和粘结剂中另一半粘结剂以制得混合液B；
[0029]对混合液B进行搅拌，并向混合液B中依次加入上述量的石墨和上述量的导电剂，制得硅碳负极浆料。
[0030]基于同一构思的一种锂离子电池，包括壳体、隔膜、负极片和正极片；
[0031]壳体中空，内部储存有电解液；
[0032]隔膜固定于壳体内的中部，以将壳体的内部隔离成正极室和负极室；
[0033]负极片包括负极集流体；
[0034]负极集流体设于负极室远离隔膜的一侧，表面包覆有上述任一具体实施例提供的硅碳负极浆料；
[0035]正极片包括正极集流体；
[0036]正极集流体设于正极室远离隔膜的一侧，表面包覆有正极浆料。
[0037]本专利技术的有益效果：本专利技术的硅碳负极浆料包括质量百分比为50
‑
60％的负极活性材料、质量百分比为0.5
‑
1.5％的导电剂、质量百分比为8.5
‑
9.5％的粘结剂以及质量百分比为30
‑
40％的去离子水。负极活性材料能够被涂覆在负极集流体上，含负极活性材料的硅碳负极浆料涂覆在负极集流体上时，与负极集流体形成负极极片。导电剂能够有效地提高硅碳负极浆料的导电率。粘结剂有利于负极活性材料之间进行粘接，另外，粘结剂也有利于负极活性材料与导电剂之间进行粘接。去离子水能够有效地调节硅碳负极浆料的粘度为3000
‑
6000mpas，以便于硅碳负极浆料粘结在负极集流体上，进而便于后期制作负极片。其中，负极活性材料包括质量比为4
‑
6：1的石墨和纳米硅预分散浆料。纳米硅预分散浆料有利于纳米级的硅与石墨混合的更为均匀，使得负极活性材料中的石墨和硅能够更好的相辅相成，相对仅使用石墨，理论能量密度更高，相对仅使用硅，体积效应更低，且导电率更高。形成的均匀性较好的硅碳负极浆料涂覆在负极集流体上后，大幅度地提高了电池容量和电池首效，并保持良好的充放电性能和循环性能。整体上，采用湿法制浆工艺，纳米硅预分散浆料与石墨体系进行简单的物理混合即可形成均匀且稳定的硅碳负极浆料，无需再采用硅碳
包覆工艺制成硅碳复合物，降低了生产难度，节省了生产成本。
附图说明
[0038]图1是本专利技术一种纳米硅预分散负极浆料中不同粒度的硅粉的体积占比示意图；
[0039]图2是本专利技术一种纳米硅预分散负极浆料中微粒粒度分布图；
[0040]图3是本专利技术一种锂离子电池一具体实施例的充电性能图；
[0041]图4是本专利技术一种锂离子电池一具体实施例的放电性能图；
[0042]图5是本专利技术一种锂离子电池一具体实施例的高低温性能图；
[0043]图6是本专利技术一种锂离子电池一具体实施例的循环性能图；
[0044]图7是本专利技术一种锂离子电池另一具体实施例的充电性能图；
[0045]图8是本专利技术一种锂离子电池另一具体实施例的放电性能图；
[0046]图9是本专利技术一种锂离子电池另一具体实施例的高温性能图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合负极浆料，其特征在于，以质量百分比计，所述硅碳负极浆料包括：50
‑
60％的负极活性材料；0.5
‑
1.5％的导电剂；8.5
‑
9.5％的粘结剂；以及30
‑
40％的去离子水。其中，所述负极活性材料包括质量比为4
‑
6：1的石墨和纳米硅预分散浆料。2.根据权利要求1所述的硅碳复合负极浆料，其特征在于，以质量百分比计，所述纳米硅预分散浆料包括：10
‑
20％的电解硅粉；80
‑
90％的醇类溶剂；以及0.001％的添加剂；所述添加剂为共轭芳香环类添加剂和/或杂环类添加剂。3.根据权利要求2所述的硅碳负极浆料，其特征在于，所述醇类溶剂包括一种以上通式为C
n
H
2n+1
OH的一元醇；其中，n小于或等于4。4.根据权利要求2所述的硅碳负极浆料，其特征在于，所述醇类溶剂包括一种以上通式为HOCH2C
n
H
2n+1
OH的二元醇；其中，n小于或等于3。5.根据权利要求2所述的硅碳负极浆料，其特征在于，所述添加剂为萘、蒽、菲、苯并吡咯、苯并吡啶、苯并咪唑、苯并嘧啶、醌和萘醌中的至少一种。6.根据权利要求1至5任一项所述的硅碳负极浆料，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨和碳纳米管中的至少一种。7.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋柯晟，李刚，
申请(专利权)人：苏州能宇新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：