硅基负极浆料、硅基负极极片及两者的制备方法技术

本申请提供了一种硅基负极浆料、硅基负极极片及两者的制备方法。硅基负极浆料包括硅基材料、碳基材料、导电剂、粘结剂及纤维素，纤维素包括初级纤维和次级纤维，初级纤维和次级纤维相互交织形成三维网状结构，初级纤维和次级纤维的直径比≥5。三维网状结构的纤维素，使得浆料能够在硅基负极极片中形成完整的三维导电网络，提高了硅基负极材料的导电性，及硅基负极极片内离子的迁移效率，提升了电池性能；三维网状结构的纤维素具备不同强度的韧性，使硅基负极材料体积膨胀量在较宽的范围内都能得到相应强度韧性的限制，降低了硅负极的体积膨胀，降低了硅负极断裂和粉化的可能性，提高了电池的循环性能。了电池的循环性能。了电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
硅基负极浆料、硅基负极极片及两者的制备方法


[0001]本申请涉及锂电池
，特别是涉及一种硅基负极浆料、硅基负极极片及两者的制备方法。

技术介绍

[0002]随着人们对电池能量密度要求的不断提高，传统锂离子电池已经很难满足日益提高的比容量的需求，本领域技术人员逐渐将研发目光从传统锂离子电池转向了具有高比容量优势的固态锂金属电池。但由于传统的商业正极材料，如磷酸铁锂电池(LFP)、NCM锂电池已经逼近其容量极限，所以如何提高负极材料的克容量成为重要的研究方向之一，其中硅基负极材料作为一种高能量密度的负极材料，理论克容量可高达4200mAh/g。
[0003]然而，硅负极在充放电过程中容易出现巨大的体积膨胀现象，体积膨胀较大容易导致硅负极的断裂和粉化，使其失去与导电剂的接触，以及易造成箔材褶皱等问题，从而导致电池容量迅速衰减、电池循环性能大幅度衰减，所以硅基负极材料难以被大规模商业化应用。

技术实现思路

[0004]基于此，本申请的第一方面提供了一种硅基负极浆料，包括以下组分：硅基材料、碳基材料、导电剂、粘结剂以及纤维素，所述纤维素包括初级纤维，和次级纤维，初级纤维和次级纤维相互交织形成三维网状结构，初级纤维和次级纤维的直径比≥5。
[0005]在一些实施方式中，一种硅基负极浆料，以质量百分数计，包括以下组分：15％～35％的硅基材料；35％～60％的碳基材料；1％～15％的导电剂；1％～10％的粘结剂；0.1％～1％的纤维素；余量为水。
[0006]在一些实施方式中，初级纤维和次级纤维的直径比≥10。
[0007]在一些实施方式中，初级纤维的数量为多个，次级纤维的数量为多个，各初级纤维独立地与不少于100个次级纤维连接。
[0008]在一些实施方式中，各初级纤维独立地与不少于500个次级纤维连接。
[0009]在一些实施方式中，初级纤维和次级纤维的长度均≥1000nm。
[0010]在一些实施方式中，初级纤维和次级纤维的长度均≥2000nm。
[0011]在一些实施方式中，次级纤维的直径≤100nm。
[0012]在一些实施方式中，次级纤维的直径≤50nm。
[0013]在一些实施方式中，硅基材料选自硅粉、硅纳米线、硅碳复合材料与硅氧复合材料中的一种或多种。优选地，硅基材料为硅碳复合材料。
[0014]在一些实施方式中，硅碳复合材料选自包覆型硅碳复合材料、负载型硅碳复合材料与分散型硅碳复合材料中的一种或多种。
[0015]在一些实施方式中，碳基材料为石墨和/或硬碳。优选地，碳基材料为石墨。
[0016]在一些实施方式中，导电剂选自炭黑(SP)、单壁碳纳米管(SWCNT)、多壁碳纳米管
(MWCNT)、石墨烯、聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔与聚吡咯中的一种或多种。优选地，导电剂为炭黑(SP)和单壁碳纳米管(SWCNT)。
[0017]在一些实施方式中，粘结剂选自苯乙烯
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丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯腈(PAN)聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁腈橡胶(NBR)、苯乙烯
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乙烯
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丁烯
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苯乙烯共聚物(SEBS)、苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯共聚物(SBS)、海藻酸钠与海藻酸锂中的一种或多种。优选地，粘结剂为聚丙烯酸(PAA)。
[0018]本申请的第二方面提供了一种硅基负极浆料的制备方法，包括以下步骤：
[0019]将硅基材料、碳基材料、导电剂、粘结剂、纤维素和水混合制得初级浆料；将初级浆料过筛处理，制得硅基负极浆料；或
[0020]将硅基材料、碳基材料、导电剂及粘结剂混合过筛处理制得混合料；
[0021]将混合料与纤维素和水混合，制得硅基负极浆料。
[0022]本申请的第三方面提供了一种硅基负极极片的制备方法，包括以下步骤：
[0023]将上述第一方面提供的硅基负极浆料或者根据上述第二方面提供的制备方法制备得到的硅基负极浆料涂覆于集流体表面，烘烤处理后制得硅基负极极片。
[0024]在一些实施方式中，集流体为铜箔。优选地，集流体为6um涂炭铜箔。
[0025]本申请的第四方面提供了一种硅基负极极片，该硅基负极极片为根据上述第三方面提供的硅基负极极片的制备方法制备得到。
[0026]与现有技术相比较，本申请具有如下有益效果：
[0027]本申请第一方面提供的硅基负极浆料，首先，通过向硅基负极浆料中添加初级纤维与次级纤维的直径比≥5的三维网状结构的纤维素，使得导电浆料能够在硅基负极极片中形成完整的三维导电网络，有效提高了硅基负极材料的导电性，提高了硅基负极极片内离子的迁移效率，减少了电池极化，提升了电池性能。其次，由于构成三维网状结构的初级纤维和次级纤维的直径相差较大，使得最终构成的三维网状结构的纤维素具备不同强度的韧性，使得硅基负极材料发生的体积膨胀量在较宽的变化范围内都能得到相应强度韧性的限制，进而降低硅基负极材料的体积膨胀，降低硅基负极断裂和粉化的可能性，提高电池的循环性能。再者，通过在硅基负极浆料中，添加三维网络状纤维素，有利于降低硅基负极浆料的固含量，随着浆料固含量的降低，后期浆料涂覆工艺中对涂覆装备的精度要求也随之降低，降低了生产成本。
[0028]本申请的第二方面提供的硅基负极浆料的制备方法，将硅基材料、碳基材料、导电剂、粘结剂、纤维素和水混合后进行过筛处理，或者将硅基材料、碳基材料、导电剂、粘结剂先混合过筛，再与纤维素和水混合后，便可制得硅基负极浆料。该制备方法制备工艺简单，适用于大规模工业化生产和应用。制备的硅基负极浆料中，由于纤维素的存在，使得导电浆料能够在硅基负极极片中形成完整的三维导电网络，有效提高硅基负极材料的导电性，以及降低硅基负极材料的体积膨胀。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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。
[0030]图1为本申请一实施例中提供的一种硅基负极浆料的制备方法的流程示意图。
[0031]图2为本申请另一实施例中提供的一种硅基负极浆料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
[0032]以下结合具体实施例对本申请进一步详细的说明。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。
[0033]在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“第一”、“第二”、“第三”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极浆料，其特征在于，包括以下组分：硅基材料、碳基材料、导电剂、粘结剂以及纤维素，所述纤维素包括初级纤维和次级纤维，所述初级纤维和所述次级纤维相互交织形成三维网状结构，所述初级纤维与所述次级纤维的直径比≥5。2.根据权利要求1所述的硅基负极浆料，其特征在于，以质量百分数计，包括以下组分：15％～35％的所述硅基材料；35％～60％的所述碳基材料；1％～15％的所述导电剂；1％～10％的所述粘结剂；0.1％～1％的所述纤维素；余量为水。3.根据权利要求1所述的硅基负极浆料，其特征在于，所述初级纤维的数量为多个，所述次级纤维的数量为多个，各所述初级纤维独立地与不少于100个所述次级纤维连接。4.根据权利要求1所述的硅基负极浆料，其特征在于，所述初级纤维和次级纤维的长度均≥1000nm。5.根据权利要求1所述的硅基负极浆料，其特征在于，所述次级纤维的直径≤100nm。6.根据权利要求1
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5任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘京亮，张博晨，陈凯，冯玉川，李峥，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：