一种硅碳负极浆料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池，公开了一种硅碳负极浆料的制备方法，包括(1)将硅基材料与单壁碳纳米管、导电炭黑混合并进行真空搅拌，加入羧甲基纤维素钠继续搅拌均匀得到第一浆料；(2)向第一浆料中加入聚丙烯酸并进行真空搅拌，搅拌均匀得到第二浆料；(3)向第二浆料中加入石墨材料和聚丙烯酸并真空搅拌，加水后继续搅拌、分散得到第三浆料；(4)当第三浆料的粘度为4000～8000mpa

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳负极浆料及其制备方法和应用


[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及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前商业化锂电池广泛使用的石墨负极的容量在360mAh/g左右，已经非常接近其理论比容量(372mAh/g)，想要在石墨负极上提升电池的能量密度很难获得突破，于是人们将目光转向硅材料。硅是地壳中含量第二的元素，构成地壳总质量的25.7％，其来源丰富、价格便宜，对环境友好，因而硅负极材料的研究受到广泛的关注。然而，硅负极材料的商业化应用还受到一些因素的限制，硅负极在嵌锂/脱锂过程中伴随着明显的体积变化，这会导致电极材料中的硅粒发生破裂和粉化现象，硅粒与基底之间发生分离，进而导致电池内阻增加、容量快速下降、循环性能变差。
[0003]目前常规的方法是将硅材料与石墨混合使用，在保证提升容量的前提下，利用石墨具有较大比表面积的优点，通过石墨材料缓冲硅材料在充放电过程中体积的膨胀和缩小，如公布号为CN107819105A的中国专利技术专利文献中采用硅碳负极浆料制备负极极片，该技术虽可缓和硅基材料因体积膨胀导致的材料粉化、脱落现象，但随着硅基长期的体积膨胀收缩会导致电极内部导电网络的断开，从而降低电池的循环寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于如何提供一种硅碳负极浆料的制备方法，制备的硅碳负极浆料能够有效缓解硅颗粒在硅碳负极充放电过程中的体积膨胀，避免破坏硅碳负极的整体结构，从而改善电池循环性能。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
[0006]本专利技术第一方面提出一种硅碳负极浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将硅基材料与单壁碳纳米管、导电炭黑混合并进行真空搅拌，加入羧甲基纤维素钠继续搅拌均匀得到第一浆料；
[0008](2)向第一浆料中加入聚丙烯酸并进行真空搅拌，搅拌均匀得到第二浆料；
[0009](3)向第二浆料中加入石墨材料和聚丙烯酸并真空搅拌，加水后继续搅拌、分散得到第三浆料；
[0010](4)当第三浆料的粘度达到设定粘度时，加入丁苯橡胶并进行真空搅拌，再经分散得到第四浆料；
[0011](5)对第四浆料进行除泡处理后，经搅拌、过筛得到硅碳负极浆料。
[0012]有益效果：本申请将单壁碳纳米管、导电炭黑与硅基材料混合，使导电剂与硅之间有更多的浸润，不仅提高了负极材料的导电性，还在一定程度上抑制了硅的膨胀；同时添加的羧甲基纤维素钠作为分散剂，使得硅基材料在负极浆料中具有更优的分散效果；而后添加的聚丙烯酸作为粘结剂，经搅拌捏合后均匀地包覆在硅负极表面；再添加石墨材料和聚
丙烯酸并进行捏合分散，再添加丁苯橡胶并分散匀浆后得到硅碳负极浆料；预先添加聚丙烯酸进行捏合后，再次添加聚丙烯酸进一步补充粘结剂的量，有效地提高了极片的粘结力和内聚力，通过该种和浆方式得到的硅碳负极浆料分散均匀、性能稳定；而且在后续制备极片的过程中，高温烘烤使具有优良弹性的羧甲基纤维素钠和具有较强刚性的聚丙烯酸发生交联反应并形成3D导电网络，进一步增强了颗粒间结合的内聚力，起到增强抑制硅膨胀的效果，有效地解决了硅负极充在放电过程中发生体积膨胀造成硅粒破裂和粉化的问题，确保了硅碳负极的整体结构，进一步提高了锂离子电池的循环性能。
[0013]另外，分散匀浆结束后加入的丁苯橡胶对负极浆料还具有良好的增韧效果，不仅有效地防止极片较脆发生断裂，还为浆料颗粒提供了良好的缓冲，进一步降低硅颗粒发生破碎的可能性，进而增强了抑制极片膨胀的效果。
[0014]优选的，所述步骤(1)中真空搅拌速度为10～30rpm、时间为28～32min。
[0015]优选的，所述步骤(2)中真空搅拌速度为10～30rpm、时间为0.8～1.2min。
[0016]优选的，所述步骤(3)中搅拌速度为10～30rpm，分散速度为3000～5000rpm，时间为2.8～3.2h。
[0017]优选的，所述步骤(4)中加入丁苯橡胶后的搅拌速度为10～30rpm，分散速度为1000～2000rmp，时间为28～30min。
[0018]优选的，所述步骤(1)中按重量份计各物料用量分别为：硅基材料10～30份、单壁碳纳米管0.1～0.4份、导电炭黑1～3份、羧甲基纤维素钠1～2份。
[0019]优选的，所述步骤(2)中聚丙烯酸的加入量为2～10份。
[0020]优选的，所述步骤(3)中石墨材料的加入量为68～90份，聚丙烯酸的加入量为0～8份。
[0021]优选的，所述步骤(4)中丁苯橡胶的加入量为1～4份。
[0022]优选的，所述步骤(1)中硅基材料包括硅氧颗粒、硅碳颗粒中的至少一种。
[0023]优选的，所述步骤(1)中各物料的加入顺序为将硅基材料与导电炭黑混合，然后加入单壁碳纳米管并混合，再加入羧甲基纤维素钠进行干混得到第一浆料。
[0024]有益效果：本申请将硅基材料与导电炭黑混合后，再依次加入单壁碳纳米管和羧甲基纤维素钠并进行干混，以此得到的第一浆料中再加入聚丙烯酸，实现各物料与硅基材料预先混合，既节省混合搅拌时间，又确保了混合的均匀性，进一步提高了锂离子电池的循环性能并增强了抑制极片膨胀的效果。
[0025]优选的，所述步骤(3)中加水后混合物料中的固含量为40～50wt％。
[0026]优选的，所述步骤(4)中的设定粘度为4000～8000mpa
·
s。
[0027]优选的，所述步骤(5)中的搅拌速度为5～10rpm，过筛的目数为120～150目。
[0028]本专利技术第二方面提出一种上述制备方法得到的硅碳负极浆料。
[0029]本专利技术第三方面提出一种上述硅碳负极浆料制备的负极片。
[0030]本专利技术第四方面提出一种制备上述负极片的方法，包括以下步骤：将硅碳负极浆料涂布在负极集流体上，烘干得到活性物质层，经辊压、模切后，在90～160℃的真空条件烘烤下1～2h，得到负极片。
[0031]本专利技术的优点在于：
[0032]1.本申请将单壁碳纳米管、导电炭黑与硅基材料混合，使导电剂与硅之间有更多
的浸润，不仅提高了负极材料的导电性，还在一定程度上抑制了硅的膨胀；同时添加的羧甲基纤维素钠作为分散剂，使得硅基材料在负极浆料中具有更优的分散效果；而后添加的聚丙烯酸作为粘结剂，经搅拌捏合后均匀地包覆在硅负极表面；再添加石墨材料和聚丙烯酸并进行捏合分散，再添加丁苯橡胶并分散匀浆后得到硅碳负极浆料；预先添加聚丙烯酸进行捏合后，再次添加聚丙烯酸进一步补充粘结剂的量，有效地提高了极片的粘结力和内聚力，通过该种和浆方式得到的硅碳负极浆料分散均匀、性能稳定；而且在后续制备极片的过程中，高温烘烤使具有优良弹性的羧甲基纤维素钠和具有较强刚性的聚丙烯酸发生交联反应并形成3D导电网络，进一步增强了颗粒间结合的内聚力，起到增强抑制硅膨胀的效果，有效地解决了硅负极充在放电过程中发生体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极浆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硅基材料与单壁碳纳米管、导电炭黑混合并进行真空搅拌，加入羧甲基纤维素钠继续搅拌均匀得到第一浆料；(2)向第一浆料中加入聚丙烯酸并进行真空搅拌，搅拌均匀得到第二浆料；(3)向第二浆料中加入石墨材料和聚丙烯酸并真空搅拌，加水后继续搅拌、分散得到第三浆料；(4)当第三浆料的粘度达到设定粘度时，加入丁苯橡胶并进行真空搅拌，再经分散得到第四浆料；(5)对第四浆料进行除泡处理后，经搅拌、过筛得到硅碳负极浆料。2.根据权利要求1所述硅碳负极浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中真空搅拌速度为10～30rpm、时间为28～32min；所述步骤(2)中真空搅拌速度为10～30rpm、时间为0.8～1.2min；所述步骤(3)中搅拌速度为10～30rpm，分散速度为3000～5000rpm，时间为2.8～3.2h；所述步骤(4)中加入丁苯橡胶后的搅拌速度为10～30rpm，分散速度为1000～2000rmp，时间为28～30min。3.根据权利要求1所述硅碳负极浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中按重量份计各物料用量分别为：硅基材料10～30份、单壁碳纳米管0.1～0.4份、导电炭黑1～3份、羧甲基纤维素钠1～2份；所述步骤(2)中聚丙烯酸的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，张浩，张磊，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：