一种具有稳定结构的硅碳负极及大倍率锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了一种具有稳定结构的硅碳负极及锂离子电池，通过将

【技术实现步骤摘要】
一种具有稳定结构的硅碳负极及大倍率锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种具有稳定结构的硅碳负极及大倍率锂离子电池
。

技术介绍

[0002]近年来，无绳化电动设备随着人类对现代化设备与工具要求的进一步提高，迅速进入人类的日常生活领域
。
随之而来的便是市场对于储能器件的巨大需求
。
锂离子电池是一种二次电池
。
相比于镍镉和镍氢电池，锂离子电池在倍率
、
循环
、
能量密度方面具有明显的优势，在电动工具领域有着较为巨大的开发潜力与市场前景
。
因此，设计具有高倍率和高功率的锂离子电池对于电动工具市场具有重要意义，这就需要在保证电池循环性能的前提下，尽量降低电池的阻抗
。
[0003]负极材料很大程度上决定了锂离子电池的容量和循环性能
。
随着时代的需求飞速发展，锂离子电池的能量密度以每年 7%~10%
的速率提升
。
目前市面上传统的锂离子电池多采用石墨作为负极材料，但是其较低的理论容量远不能适应相关产业的发展
。
开发新的锂离子电池负极材料体系迫在眉睫
。
[0004]硅在常温条件下可与锂合金化，生成
Li
15
Si4相，理论比容量高达
3572 mAh/g
，远高于商业化石墨理论比容量
(372 mAh/g)
，同时，硅在地壳元素中储量丰富
。
环境友好，成本低廉，是硅负极材料一直备受关注的主要原因
。
也使得硅成为一种非常具潜力的新一代锂离子电池负极材料
。
[0005]然而与很多负极材料相似，硅在充放电过程中面临严重的体积膨胀问题 (~300%)
，巨大的体积效应及较低的电导率限制了硅负极技术的商业化应用
。
为克服这些缺陷，研究者进行了大量的尝试，采用纳米技术制备复合型材料，利用“缓冲骨架”缓解材料体积膨胀问题
。
在锂离子电池充放电过程中，碳基负极材料体积变化小，具有较好的循环稳定性能；此外，由于硅与碳拥有相似的化学性质，可以较为容易的紧密结合，因此碳常用作与硅复合的首选基质
。
在
Si/C
复合体系中，硅颗粒作为储锂的活性物质，增大了复合材料的容量上限；碳在缓解材料体积膨胀问题的同时，还能改善材料的整体导电性
。
因此，
Si/C
复合材料综合了二者的优点，表现出高比容量和较长循环寿命，有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料
。
[0006]硅碳复合材料可以提高硅的电化学性能，然而在充放电循环的过程中，硅颗粒容易发生团聚现象
。
因此，碳源的类型和
Si@C
复合材料的制备方法对于制备硅均匀分散在碳中的
Si@C
复合材料非常重要
。
在现有的众多较为成熟的碳材料中，碳纳米管（
CNTs
）因其较为优异的机械强度
、
较短的离子扩散通道和较高的导电率而受到广泛关注
。CNTs
构成的导电网络可以紧密包裹
Si@C
颗粒，缓冲硅颗粒的体积变化，从而提高
Si@C
复合材料的循环性能
。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种具有稳定结构的硅碳负极及大倍率锂离子电池的制备方法
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有稳定结构的硅碳负极及大倍率锂离子电池，其特征在于，通过将
CNTs
与负极材料预混合，
CNTs
与硅表面包覆的的碳层协调构建电子传输管道，抑制循环过程中硅体积膨胀导致的传输网络破裂
。
[0009]所述负极材料为硅碳材料
、
天然石墨
、
人造石墨中的一种或两种混合
。
[0010]导电聚合物为聚吡咯
、
聚苯胺
、
聚噻吩中的一种
。
[0011]一种大倍率电动工具用锂离子电池，锂离子电池为容量为
2500mAh~3500mAh
的圆柱型
18650
电池，电池极组为卷绕型电极组件，由正极片
、
负极片
、
隔膜组成，正极片由正极浆料均匀涂覆在铝箔上构成，负极片由负极浆料均匀涂覆在铜箔上构成，隔膜为具有
43%
‑
53%
大孔隙率的
11
‑
20
μ
m
厚度的
PP
或
PE
或
PP/PE/PP
三层复合隔膜；正极浆料由镍钴锰酸锂
NCM
（
811
）或镍钴铝酸锂
NCA
三元正极材料
、
导电剂
、
粘结剂组成；负极浆料由负极活性材料
、
导电剂
、
粘结剂组成
。
[0012]导电剂为
Super P、
导电石墨
、
科琴黑
、
碳纳米管中的一种或几种，粘结剂为聚偏氟乙烯
PVDF、
羧甲基纤维素钠
CMC
和丁苯橡胶
SBR
中的一种或几种
。
[0013]本专利技术的有益效果是：
①
本专利技术在制作大倍率电动工具用
18650
锂离子电池时，负极材料选用掺入
CNTs
的硅碳复合材料，
CNTs
与硅表面包覆的的碳层协调构建电子传输管道，抑制循环过程中硅体积膨胀导致的传输网络破裂，给锂离子传输提供了稳定的通道，有效提高了复合材料的导电性能
。
将其制成大倍率电动工具用锂离子电池后，大大降低了电池的阻抗
。
[0014]②
同时，
CNTs
构成的导电网络可以紧密包裹
Si@C
颗粒，缓冲硅颗粒的体积变化，从而减轻
Si@C
复合材料在循环过程中体积膨胀带来的不可能容量损失，给锂离子电池提供了优良的长循环性能
。
[0015]③
通过控制碳源与单质硅材料的重量比例以及离心干燥的通气速率，验证不同工艺参数对最终产物的性能影响，从而得到更适合大批量生产推广的制备工艺
。
[0016]④
本专利技术所使用的湿法球磨，超声混合，离心与热处理等方法均较为常见，制备环境要求简单，成本低廉，制备周期短，便于大规模推广以及商业生产
。
此外，已成功在
18650
圆柱电池上应用，得到性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有稳定结构的硅碳负极及大倍率锂离子电池，其特征在于，将
CNTs
与负极材料预混合，
CNTs
与硅表面包覆的碳层协调构建电子传输管道，抑制循环过程中硅体积膨胀导致的传输网络破裂
。2.
根据权利要求1所述的一种具有稳定结构的硅碳负极及锂离子电池，其特征是：所述负极材料为硅碳材料
、
天然石墨
、
人造石墨中的一种或两种混合
。3.
根据权利要求1所述的一种具有稳定结构的硅碳负极及锂离子电池，其特征是：所述工艺包括湿法球磨
、
超声混合
、
离心
、
热处理
。4.
一种大倍率电动工具用锂离子电池，其特征在于，锂离子电池为容量为
2500mAh~3500mAh
的圆柱型
18650
电池，电池极组为卷绕型电极组件，由正极片
、
负极片
、
隔膜组成，正极片由正极浆料均匀涂覆在铝箔上构成，负极片由负极浆料均匀涂覆在铜箔上...

【专利技术属性】
技术研发人员：周阳阳，宋泽斌，
申请(专利权)人：长虹三杰新能源苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：