一种新型碳材料复合硅基负极锂电池制造技术

本发明专利技术涉及一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，包括：极片，所述极片包括铜箔以及涂抹在所述铜箔上的活性物；活性物，所述活性物采用一定比例的一氧化硅粉末、碳纳米管导电浆料、石墨烯、无水乙醇经搅拌、烘干后再与PVDF研磨制得；电解液，将一定浓度的LiPF6溶于一定体积比的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、的溶剂中制得；电池，将负极壳、极片、电解液、隔膜、锂片、垫片、弹片、正极壳在手套箱里制得通过SiOx与新型碳材料碳纳米管和石墨烯的复合，减少容量锐减，提升了硅基负极锂电池的稳定性。提升了硅基负极锂电池的稳定性。提升了硅基负极锂电池的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种新型碳材料复合硅基负极锂电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种新型碳材料复合硅基负极锂电池。

技术介绍

[0002]煤炭、石油和天然气等不可再生资源仍在全球范围内被大量使用和消耗，导致其储量急剧下降，并引发温室效应加剧、水和空气污染泛滥等不良现象。为了缓解这些问题，近年来全球大力推广电动汽车。锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、自放电低等优点，因此在电动汽车动力源市场占据主导地位。然而，目前锂离子电池的能量密度无法满足电动交通日益增长的里程需求，限制了其广泛应用。因此，探索具有高能量密度的新型电极材料已成为锂电池研发的重中之重。
[0003]负极作为其关键构成成分之一，直接决定了的性能，目前市场上主要采用石墨类负极材料。然而，石墨类负极的两个致命缺陷：低能量密度(理论比容量372mAh/g)和安全隐患(“析锂”现象)令其无法适用于动力电池。因此，寻找一种新型高容量、安全性好和长循环的材料来替换石墨类负极材料成为动力锂离子电池进一步发展的关键。硅基负极是众所周知的高容量负极材料，最大程度锂离子嵌入生成Li
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Si5可达到4200mAh/g，且锂嵌入电位仅0.4V。硅因其超高比容量(理论值4200mAh/g)、低嵌锂电位(300％)，使活性材料粉化、电极内电接触失效以及新固相电解质层SEI重复生成，最终导致循环性能迅速衰退。
[0004]硅材料在锂脱/嵌过程中后体积大，如此循环往复，材料的内部结构很快被破坏，从而容量锐减。影响电容量的原因可能是导电性不佳、实际电容难以达到理论电容、界面引起的循环性能不足。
[0005]如何克服硅负极在锂脱嵌过程中的巨大体积变化是所有研究者迫切想要解决的问题，目前的改性方法包括表面改性、掺杂与复合等。
[0006]碳材料因具有稳定性好、体积变化小和导电性优异等优点而常被用于和SiOx复合。将碳材料作复合材料，首先可以提升SiOX的导电性，其次可充当惰性缓冲层减小其体积效应，此外，如最常用的手法碳包覆等还能有效的降低SiOx与电解液的接触面积，从而提高库伦效率。
[0007]根据复合碳材料的不同，可将其概括为两类：SiOx与传统碳材料和SiOx与新型碳材料的复合。传统炭材料比较常见，如有石墨、炭黑和无定形碳等。而新型炭材料则是后兴起的具有特殊结构或功能碳材料，如碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯等。相对比，新型碳材料由于具备超大的比表面积和多维导电网络，对SiOx负极的电化学性能提升更为显著。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，通过SiOx与新型碳材料碳纳米管和石墨烯的复合，减少容量锐减，提升硅基负极锂电池的稳定性，具体技术方案如下：
[0009]一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，包括：
[0010]极片，所述极片包括铜箔以及涂抹在所述铜箔上的活性物；
[0011]活性物，所述活性物采用一定比例的一氧化硅粉末、碳纳米管导电浆料、石墨烯、无水乙醇经搅拌、烘干后再与PVDF研磨制得；
[0012]电解液，将一定浓度的LiPF6溶于一定体积比的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、的溶剂中制得；
[0013]电池，将负极壳、极片、电解液、隔膜、锂片、垫片、弹片、正极壳在手套箱里制得。
[0014]进一步地，所述碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、的体积比为1：1：1。
[0015]进一步地，所述LiPF6的浓度为1摩尔每升。
[0016]进一步地，所述隔膜为1.6cm的PE隔膜。
[0017]进一步地，所述活性物的制取方法具体包括一下步骤：
[0018]S1，采用8：1：1的比例，取80mg一氧化硅粉末、200mg碳纳米管导电浆料以及2mg石墨烯、10ul无水乙醇在T1温度下搅拌t1小时，并在T2温度下烘干t2小时；
[0019]S2，取45mg烘干后的粉末和100mg的5％的PVDF研磨至均匀制得活性物。
[0020]进一步地，所述200mg碳纳米管导电浆料为溶剂为NMP含量4％的碳纳米管。
[0021]进一步地，所述T1为常温。
[0022]进一步地，所述t1取值为22
‑
26小时。优选为24小时。
[0023]进一步地，所述T2取值为65
‑
75度。优选为70度。
[0024]进一步地，所述t2的取值为1.5
‑
2.5小时。优选为2小时。
[0025]进一步地，所述极片的制取方法具体包括一下步骤：
[0026]F1，将制得的活性物涂抹在铜箔上；
[0027]F2，将涂好的铜箔放入真空干燥箱内T3温度下干燥t3小时；
[0028]F3，用切片机将涂好的铜箔切成直径为1.2cm的圆片，制成极片。
[0029]进一步地，所述T3取值为65
‑
75度。优选为70度。
[0030]进一步地，所述t3取值为7.5
‑
8.5小时。优选为8小时。
[0031]进一步地，所述圆片铜箔上的活性物质量为1.83mg。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0033](1)本专利技术一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，通过SiOx与新型碳材料碳纳米管和石墨烯的复合，减少容量锐减，提升了硅基负极锂电池的稳定性，另外通过长时间的搅拌，碳材料成功复合到SiO中，提升了硅电极电池的性能。
[0034](2)本专利技术一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，通过采用液相法，元素组分可调控，这有益于得到最优性能。
[0035](3)本专利技术一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，通过复合导电材料的方法，其电导率和性能可调控。
附图说明
[0036]图1是本专利技术的干燥后的粉末SEM图。
[0037]图2是本专利技术的能谱面扫图。
[0038]图3是本专利技术的倍率性能图。
[0039]图4是本专利技术的首次充放电曲线图。
[0040]图5是本专利技术的循环伏安曲图。
[0041]图6是本专利技术的交流阻抗图与等效模拟电路图。
[0042]图7是本专利技术的频率与实际阻抗的模拟关系图。
具体实施方式
[0043]下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅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做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。
[0044]如图1
‑
7所示，一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，包括：
[0045]极片，所述极片包括铜箔以及涂抹在所述铜箔上的活性物；
[0046]活性物，所述活性物采用一定比例的一氧化硅粉末、碳纳米管导电浆料、石墨烯、无水乙醇经搅拌、烘干后再与PVDF研磨制得；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，其特征在于，包括：极片，所述极片包括铜箔以及涂抹在所述铜箔上的活性物；活性物，所述活性物采用一定比例的一氧化硅粉末、碳纳米管导电浆料、石墨烯、无水乙醇经搅拌、烘干后再与PVDF研磨制得；电解液，将一定浓度的LiPF6溶于一定体积比的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、的溶剂中制得；电池，将负极壳、极片、电解液、隔膜、锂片、垫片、弹片、正极壳在手套箱里制得。2.根据权利要求1所述一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，其特征在于，所述活性物的制取方法具体包括一下步骤：S1，采用8：1：1的比例，取80mg一氧化硅粉末、200mg碳纳米管导电浆料以及2mg石墨烯、10ul无水乙醇在T1温度下搅拌t1小时，并在T2温度下烘干t2小时；S2，取45mg烘干后的粉末和100mg的5％的PVDF研磨至均匀制得活性物。3.根据权利要求2所述一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，其特征在于，所述200mg碳纳米管导电浆料为溶剂为NMP含量4％的碳纳米管。4.根据权利要求2所述一种新型碳材料复合硅基负极锂电池，其特征在于，所述T1为常温。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东亚，谢安，史郁，李月婵，黄海，何媛，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：