[發明專利]一種電泳沉積系統及制備鋰離子電池硅基負極材料的方法

在審

• 申請號: 201610056922.3
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105603494A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 肖冰
• 申請（專利權）人: 南通彩都新能源科技有限公司
• 主分類號: C25D13/02
• 分類號: C25D13/02;C25D13/06;C25D13/10;C25D13/16;H01M4/38;H01M4/1395
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技術領域

本發明涉及到鋰離子電池負極材料制備的技術領域，特別涉及到一種制備 鋰離子電池用硅基負極材料的方法。

背景技術

鋰離子電池于上世紀80年代進入實用化以來，因其具有比能量高、電池電 壓高、工作溫度范圍寬、儲存壽命長等優點，已廣泛應用于軍事和民用小型電 器中，如便攜式計算機，照相機，電動工具等。但是隨著社會的不斷發展，尤 其是電動汽車產業的迅猛發展，研發高能量密度的鋰離子電池迫在眉睫。負極 作為鋰離子電池的不可或缺的一部分，研發高能量密度的鋰離子電池負極也顯 得至關重要。

目前商用的鋰離子電池負極材料主要為石墨類碳材料，但是石墨類碳材料 的理論比容量僅為372mAh/g，無法滿足高能量密度鋰離子電池負極的要求。硅 作為一種新興的鋰離子電極負極材料，具有很高的理論比容量(4200mAh/g)， 且其放電平臺略高于碳類材料，在沖放電過程中，不易形成鋰枝晶，從而提高 了電池的安全性能。但是硅在循環過程中由于體積膨脹收縮劇烈，會造成材料 粉化而失去與導電基底的電化學聯結，最終將導致容量的迅速衰減。將硅基材 料進行微納米尺度處理是抑制體積膨脹、防止粉化的有效途徑，另外，將硅材 料覆碳再與石墨烯復合，可以減少材料的粉化，有利于提高硅基負極的循環性 能。但微納米尺度處理后的硅基材料比表面積大，均勻分散及其困難。專利 CN103050672A發明了一種采用抽濾的方法制備出石墨烯-硅復合電極，但是工 藝過程繁瑣，不利于商業化，且電極的循環性能不佳。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電泳沉積系統，為卷對卷連續式操作系統，利 用該系統制備鋰離子電池硅基負極材料，工藝流程簡單，機械化程度高，適用 于工業的大批量生產。

為此，本發明采用以下技術方案：

一種電泳沉積系統，為卷對卷連續式操作系統，包括電泳電沉積系統、分 別與電泳電沉積系統相連通的供料系統和材料回收系統，以及電控系統，其中

供料系統，提供電泳液；

電泳電沉積系統，包括沉積池，在所述沉積池上設有放卷口和收卷口，所 述放卷口和收卷口設有滑輪，所述滑輪用于傳送銅箔基材，所述銅箔基材為工 作電極，連接電源正極；

材料回收系統，回收電泳沉積完成后的電泳液；

電控系統，連接控制電泳電沉積系統的運轉。

優選的，所述電泳沉積系統還設有兩個隔離對稱的方形對電極，連接電源 負極；所述放卷口和收卷口的滑輪轉動帶動銅箔基材通過兩個方形對電極之間。

優選的，所述電源正極為柱狀滾輪，所述電泳電沉積系統還設有與電源正 極相對稱的U形凹槽結構的對電極，連接電源負極。

優選的，所述銅箔基材卷繞電源正極的柱狀滾輪連接放卷口和收卷口設有 滑輪，所述滑輪與柱狀滾輪的轉動方向一致，并帶動銅箔基材的轉動。

本發明還提供一種利用上述電泳沉積系統制備鋰離子電池硅基負極材料的 方法，包括如下：

1)打開電控系統，驅動電泳沉積池上的滑輪，放卷銅箔基材至于電泳池中；

2)打開供料系統使電泳液進入電泳沉積池，其中電泳液為納米硅材料、碳 材料、覆碳前驅體和分散劑置于分散介質中均勻分散成；開啟電源，進行電泳 沉積，在銅箔基材上得到硅-碳復合材料；關閉電源，材料回收系統回收電泳液， 驅動滑輪收卷已沉積硅-碳復合材料的銅箔基材，銅箔基材相對位移，新的銅箔 基材位移至沉積池中；

3)打開供料系統使電泳液進入電泳沉積池，重復2)的操作，使一定量的 銅箔基材上都沉積得到硅-碳復合材料；

4)將硅-碳復合材料從銅箔基材上剝離進行干燥處理，再將干燥的硅-碳復 合材料于惰性氣氛中碳化處理，得到鋰離子電池用硅-碳負極材料。

優選的，所述納米硅材料包括純的納米硅或者納米氧化硅，優選為納米硅， 其直徑為10-2000nm。

優選的，所述碳材料包括碳納米管、碳納米纖維、納米碳球、石墨烯或者 氧化石墨烯，優選為氧化石墨烯。

優選的，所述覆碳前驅體為可溶于分散介質且于惰性氣氛中高溫煅燒后有 一定殘碳的聚合物，包括葡萄糖、聚氧乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、酚醛樹脂 或者環氧樹脂中的至少一種，優選為聚乙二醇。