一种干法制备硅碳负极及硅碳电池的方法技术

本发明专利技术属于电池材料的技术领域，具体的涉及一种干法制备硅碳负极及硅碳电池的方法。所述方法包括以下步骤：(1)将硅碳负极材料、聚四氟乙烯粉体、导电碳混合，得到混合材料；将混合材料通过高速分散机混合分散均匀，得到粉料A；(2)将步骤(1)所得的粉料A通过气流磨粉碎机进行气流纤维化，得到粉末B；(3)将步骤(2)所得的粉末B置于烘箱中在200℃条件下加热30

【技术实现步骤摘要】
一种干法制备硅碳负极及硅碳电池的方法


[0001]本专利技术属于电池材料的
，具体的涉及一种干法制备硅碳负极及硅碳电池的方法。

技术介绍

[0002]在能源危机和环境污染严重的大环境下，发展新能源产业，应用新能源成为大势所趋。其中，锂离子电池因具有能量密度高、自放电小、无记忆效应和循环寿命长的优点而广泛应用于电动车、大规模储能和航空航天等领域，且均发挥着重要的作用。锂离子电池主要有电极片、电解液、隔膜和壳体等部分组成。其中电极片、电解液和隔膜是锂离子电池最重要的三大组成部分。
[0003]目前，硅碳负极是将活性材料、粘结剂、导电碳等材料分散于N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，通过搅拌分散成均匀的浆料后，用涂布机涂布于金属箔集流体上，再放入烘箱中烘干，裁成极片。应用此方法制备的极片容易造成溶剂污染，即易产生溶剂残留和环境污染，对产品和环境造成影响；材料利用率低，即活性材料在烘干中容易出现损失，材料利用率一般只有70
‑
80％，影响产品性价比；工艺复杂，湿法涉及到溶剂选择、浓度控制、挥发和回收等过程，工艺较为复杂，难度大；生产效率低、成本高。而干法工艺中无溶剂的使用，避免了溶剂对极片和环境的污染，使得材料的利用率高达90％以上；此外干法工艺程序简单，能进行连续生产，使得生产效率更高。
[0004]然而目前的硅碳负极干法工艺存在以下问题：(1)硅和碳的高反应活性。硅和碳在高温条件下具有很高的反应活性，容易发生硅化反应生成SiC，而不是形成所需的Si/C复合结构。(2)粉体混合均匀性难以达到要求。采用干粉混合方法，硅和碳粉体颗粒间匀质难以实现，可以出现大量未反应的硅或碳。(3)直接加压成型难度大。硅碳复合粉体要达到电极要求的密度与体积能量密度，需要高压下成型。但硅和碳粉体机械强度较低，直接高压成型易导致粉体破裂和团聚，不利于实现均匀致密的电极结构。(4)综合性能难以达到要求。硅碳复合材料作为高能量密度负极，其体积容量、循环稳定性和功率密度等指标都较高，要综合达到理想要求较难。(5)成本较高。与湿法工艺相比，现有的干法工艺由于工艺路线较长，需要更高要求的原料和设备，生产成本会更高，这也限制其大规模应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种干法制备硅碳负极及硅碳电池的方法，该方法克服了目前干法制备硅碳负极所存在的硅碳粉体混合均匀性难，加压成型难度大，综合性能难以达到要求，成本较高等问题，工艺成本低、操作简便、材料利用率高、生产效率高。
[0006]具体的技术方案如下：
[0007]一种干法制备硅碳负极的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)将硅碳负极材料、聚四氟乙烯粉体、导电碳混合，得到混合材料；
[0009]将混合材料通过高速分散机在转速为9000
‑
11000rpm的条件下混合分散均匀，得
到粉料A；分散机转速低时，则材料混合的不够均匀；
[0010](2)将步骤(1)所得的粉料A通过气流磨粉碎机进行气流纤维化，得到粉末B；
[0011](3)将步骤(2)所得的粉末B置于烘箱中在200℃条件下加热30
‑
40min，得到粉末C；烘箱加热时间不够时，则材料无法充分纤维化；
[0012](4)将步骤(3)所得的粉末C通过双辊开炼机在温度200℃下进行开炼成膜，初次辊压成膜的厚度为300
‑
400μm；然后经过对辊减薄至100
‑
200μm，得到膜D；
[0013](5)将膜D与集流体复合，得到膜E，切片后得到硅碳负极。
[0014]本专利技术中，所述的干法制备硅碳负极的方法的步骤(1)中硅碳负极材料：聚四氟乙烯粉体：导电碳的质量比为97:2:1。
[0015]本专利技术中，所述的干法制备硅碳负极的方法的步骤(2)中气流纤维化的时间为30
‑
50min。
[0016]本专利技术中，所述的干法制备硅碳负极的方法的步骤(5)中膜D与集流体复合的具体操作如下：先将导电胶涂覆在集流体上，在80℃下烘干；随后将膜D和集流体复合在一起，送至对辊机辊压，保证复合紧密，对辊机的温度为100℃。
[0017]一种上述方法制备得到的硅碳负极。
[0018]一种采用上述硅碳负极的硅碳电池，其电池容量保持率为97
‑
98％，0.1C下电池的放电比容量为135
‑
140mAh
·
g
‑1。
[0019]本专利技术的有益效果为：与现有技术相比，本专利技术所述的方法制备的硅碳负极具有以下特点：(1)压实密度高；(2)孔隙率合理；(3)成本低；(4)操作简便；(5)材料利用率高，可达90％以上；(6)强度高。
[0020]干法工艺程序简单，能进行连续生产，使得生产效率更高，且干法直接在基板上构建电极，具有更高的一体化程度和结构紧密度。
附图说明
[0021]图1为实施例1中材料纤维化之后的SEM图。
[0022]图2为实施例1中材料压成膜之后的SEM图。
[0023]图3为实施例1中膜减薄之后的SEM图。
[0024]图4为实施例1中硅碳电极组装成电池之后的倍率性能图。
[0025]图5为对比例1中材料纤维化之后的SEM图。
[0026]图6为对比例1中材料压成膜之后的SEM图。
[0027]图7为对比例1中膜减薄之后的SEM图。
[0028]图8为对比例2中材料纤维化之后的SEM图。
[0029]图9为对比例2中材料压成膜之后的SEM图。
[0030]图10为对比例2中膜减薄之后的SEM图。
具体实施方式
[0031]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。
[0032]实施例1
[0033]以硅碳为负极材料，采用干法制成150μm的硅碳干法负极。
[0034](1)按照硅碳负极材料：聚四氟乙烯粉体：导电碳的质量比为97:2:1的比例进行混合，得到混合材料；
[0035]将混合材料通过高速分散机在转速为10000rpm的条件下混合分散10min，得到粉料A；
[0036](2)将步骤(1)所得的粉料A通过气流磨粉碎机进行气流纤维化30min，得到粉末B；
[0037](3)将步骤(2)所得的粉末B置于烘箱中在200℃条件下加热30min，得到粉末C；烘箱加热时间不够时，则材料无法充分纤维化；
[0038](4)将步骤(3)所得的粉末C通过双辊开炼机在温度200℃下进行开炼成膜，初次辊压成膜的厚度为300μm；然后经过对辊减薄至150μm，得到膜D；
[0039](5)先将导电胶涂覆在集流体上，在80℃下烘干；随后将膜D和集流体复合在一起，送至对辊机辊压，保证复合紧密，对辊机的温度为100℃，得到膜E，切片后得到硅碳负极。
[0040]由图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干法制备硅碳负极的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硅碳负极材料、聚四氟乙烯粉体、导电碳混合，得到混合材料；将混合材料通过高速分散机在转速为9000
‑
11000rpm的条件下混合分散均匀，得到粉料A；(2)将步骤(1)所得的粉料A通过气流磨粉碎机进行气流纤维化，得到粉末B；(3)将步骤(2)所得的粉末B置于烘箱中在200℃条件下加热30
‑
40min，得到粉末C；(4)将步骤(3)所得的粉末C通过双辊开炼机在温度200℃下进行开炼成膜，初次辊压成膜的厚度为300
‑
400μm；然后经过对辊减薄至100
‑
200μm，得到膜D；(5)将膜D与集流体复合，得到膜E，切片后得到硅碳负极。2.根据权利要求1所述的干法制备硅碳负极的方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，薛林江，谭立超，罗丹，李新，
申请(专利权)人：肇庆市华师大光电产业研究院，
类型：发明
国别省市：