硅碳负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供硅碳负极材料及其制备方法和应用，涉及锂离子电池技术领域。包括如下质量比的组分：硅碳复合材料95

【技术实现步骤摘要】
硅碳负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种硅碳负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前商业化的锂离子电池多采用石墨类碳基负极材料，碳基负极材料在经过很长时间研究后其实际容量已经接近理论容量，因为元素周期表同主族元素化学性质相似，人们将目光投入到硅元素上。实际上硅也正好满足研究者的期望，因为其理论比容量能达到碳的十几倍之多。地球上硅含量非常多，完全能满足批量生产和投入使用。通过锂离子的静态放电曲线，锂能形成Li
12
Si7、Li
13 Si4、Li7Si3等合金，具有高容量。
[0003]但是在研究中发现，硅负极材料存在缺点：锂离子在充放电过程中的可逆往返运动，使硅负极材料的体积膨胀非常大，极易出现极片掉粉现象，导致硅负极材料容量下降，循环寿命降低。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种硅碳负极材料及其制备方法和应用，解决了硅负极材料的体积膨胀大，出现极片掉粉现象的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一种硅碳负极材料，包括如下质量比的组分：
[0009]硅碳复合材料
ꢀꢀꢀ
95
‑
97；
[0010]导电剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
4；
[0011]水性粘结剂<br/>ꢀꢀꢀꢀꢀ
1。
[0012]优选地，所述硅碳复合材料包括碳包覆硅碳复合材料。
[0013]优选地，所述导电剂选自Super
‑
P、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、乙炔黑中的一种或几种。
[0014]优选地，所述水性粘结剂包括海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂，所述海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂的质量比为9：(1
‑
3)：(1
‑
2)。
[0015]优选地，所述交联剂选自甲醛、乙醛、戊二醛、可溶性铜盐、铬盐、锌盐的一种或两种。
[0016]另一方面，一种硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0017](1)配制粘结剂混合胶液：
[0018]15～30℃下搅拌12h配制3％的海藻酸钠溶液，向所述海藻酸钠溶液中分别加入大豆分离蛋白和戊二醛，25℃下搅拌12h，制备得到粘结剂混合胶液，静置备用；
[0019](2)制备硅碳复合材料：
[0020]将硅粉、石墨粉末以3：7的比例混合，在球料比为1:10条件下进行机械球磨4h，得到混合粉料，将所述混合粉料与沥青混合后煅烧，得到硅碳复合材料，备用；
[0021](3)将所述硅碳复合材料和导电剂进行干混，在50～200r/min下低速搅拌30～60min，得到干混混合物；
[0022](4)将所述粘结剂混合胶液加入所述干混混合物中进行粉料润湿，50～200r/min搅拌混合，调节粘度后在真空条件下600～2500r/min搅拌混合，再次调节粘度并排气泡后得到所述硅碳负极材料。
[0023]优选地，所述步骤(2)中，球磨工艺为：以500r/min的速度正转1小时，暂停十分钟，反转一小时，循环两次。
[0024]优选地，所述步骤(4)中，硅碳负极材料的固含量为30％～60％。
[0025]优选地，所述步骤(4)中，硅碳负极材料的粘度为1000～5000mPa
·
S。
[0026]另一方面，一种硅碳负极材料在制备软包电池上的应用，所述软包电池的容量保持率降为80％的循环圈数为400
‑
500圈。
[0027](三)有益效果
[0028]本专利技术提供了一种硅碳负极材料及其制备方法和应用。与现有技术相比，具备以下有益效果：
[0029]本专利技术硅碳负极材料包括硅碳复合材料、导电剂、水性粘结剂，硅碳复合材料、导电剂、水性粘结剂的质量比为(95
‑
97)：(2
‑
4)：1，水性粘结剂包括海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂，海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂的质量比为9：(1
‑
3)：(1
‑
2)，海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂三者具有协同作用，提高了硅碳负极材料中各组分之间的粘结力，从而束缚充放电过程中硅碳负极材料的体积膨胀，进而改善掉粉现象；另外在海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂三者的协同作用下，制备的硅碳负极材料与极片间的剥离强力更大，进一步抑制了掉粉现象，因此，本申请的硅碳负极材料的容量高，循环寿命长。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为实施例1制备的硅碳负极材料的SEM图；
[0032]图2为由实施例1
‑
3与对比例1
‑
3制的硅碳负极材料制备的极片搭配同一磷酸铁锂GX003正极组装成2.6Ah软包电池循环性能对比图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本申请实施例通过提供一种硅碳负极材料及其制备方法和应用，解决了硅负极材
料的体积膨胀非常大，极易出现极片掉粉现象的问题，实现提高硅负极材料容量和循环寿命的效果。
[0035]本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0036]本申请专利技术人研究过程中发现，粘结剂材料的选择对硅碳负极材料的电化学性能的发挥有着至关重要的影响。
[0037]而大豆蛋白是大豆渣榨油后的副产物中提取的蛋白质含量较高的高分子物质，由多种氨基酸组成，具有很好的生物相容性，有很好的成膜性能和阻氧性能。大豆分离蛋白(SPI)是在低温条件下将豆粨(除去油和水溶性非蛋白)放入碱性溶液中浸提，然后沉淀、洗涤、干燥得到蛋白含量大于90％的蛋白粉，其结构和性质基本代替纯的大豆蛋白。海藻酸钠SA属于是一种现行共聚物，是从海藻内生物中用碱萃取而得到的，环境友好。由α
‑
L
‑
古罗糖醛酸(G单元)和β
‑
D
‑
甘露糖醛酸(M单元)通过1，4糖苷键连接成的无规共聚物。G和M的比率决定了海藻酸钠不同的结构和生物相容性等特性。本专利技术的主要目的是集成大豆分离蛋白(SPI)和海藻酸钠的优良性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括如下质量比的组分：硅碳复合材料
ꢀꢀꢀ
95
‑
97；导电剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
4；水性粘结剂
ꢀꢀꢀꢀꢀ
1。2.如权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳复合材料包括碳包覆硅碳复合材料。3.如权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述导电剂选自Super
‑
P、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、乙炔黑中的一种或几种。4.如权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述水性粘结剂包括海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂，所述海藻酸钠、大豆分离蛋白、交联剂的质量比为9：(1
‑
3)：(1
‑
2)。5.如权利要求4所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述交联剂选自甲醛、乙醛、戊二醛、可溶性铜盐、铬盐、锌盐的一种或两种。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制粘结剂混合胶液：15～30℃下搅拌12h配制3％的海藻酸钠溶液，向所述海藻酸钠溶液中分别加入大豆分离蛋白和戊二醛，25℃下搅拌12h，制备得到粘结剂混合胶液，静置备用；(2)制备硅碳复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐国栋，林少雄，王辉，王叶，史鑫磊，杨卓群，钱振扬，
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：