[發明專利]一種鋰離子電池的硅碳復合負極極片及其制備方法

在審

• 申請號: 201610154249.7
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105576185A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 趙家興;孔令麗;張克軍;孫杰
• 申請（專利權）人: 天津力神電池股份有限公司
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/139;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 閆俊芬

技術領域

本發明涉及電池技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池的硅碳復合負 極極片及其制備方法。

背景技術

目前，鋰離子電池是當今國際公認的理想化學電源，具有電壓高、能量 密度大、循環壽命長、自放電小、無記憶效應、工作溫度范圍寬、無污染等 眾多優點，被廣泛用于移動電話、手提電腦、便攜式電動工具、武器裝備等。

綠色能源技術和低碳經濟的發展，商業化鋰離子電池越來越受到全世界 的重視。近年來，電動車以及消費類電子產品的迅猛進步，對于具有更為長 久續航能力的高能量密度鋰離子電池的需求十分迫切。

其中，在負極材料方面，目前商業化的鋰離子電池主要采用石墨類碳負 極材料，其導電性能優異，循環穩定性高，但其372mAh/g理論克容量已經 不能滿足對高能量密度鋰離子電池的廣泛需求。因此，大量的技術研究已轉 向尋找新型高理論克容量負極體系。目前，雖然硅的嵌鋰理論克容量高達 4200mAh/g，并且在地球上的儲量十分豐富，具有重大的應用前景。然而， 硅基材料因其體積膨脹大、導電性能差和較差的循環性能限制了其實際應 用。具體表現在：硅材料的體積膨脹導致硅材料之間以及硅材料與導電劑之 間的接觸力降低，造成電池的循環穩定性差，以及硅材料本身的導電性能差， 導致電池阻抗的增加，降低了電池的循環性能。

近年來，廣大的科研人員以及電池工作者圍繞硅基材料開展了大量的研 究。但是，現有技術人員有關硅基材料的研究主要在抑制負極極片的膨脹方 面，無法改善硅基材料的導電性能，由硅基材料制備獲得的電池仍然具有阻 抗高、循環壽命較短的問題。

因此，目前迫切需要開發出一種技術，其可以有效改善硅基材料的導 電性能，保證由硅基材料制備的負極極片所應用的鋰離子電池阻抗低、循 環壽命長，大幅度提高鋰離子電池的整體性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種鋰離子電池的硅碳復合負極極片 及其制備方法，該硅碳復合負極極片能夠有效改善硅基材料的導電性能， 保證負極極片所應用的鋰離子電池阻抗低、循環壽命長，大幅度提高鋰離 子電池的整體性能，可以滿足電子產品長時間的使用需求，有利于提高電 池生產廠家產品的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。

為此，本發明提供了一種鋰離子電池的硅碳復合負極極片，包括負極 集流體，所示負極集流體的表面涂覆有一層硅碳負極活性材料層；

所述硅碳負極活性材料層包含質量百分比為80％～99.5％的硅碳復合材 料、0％～15％的石墨烯導電劑、0％～15％的碳納米管導電劑、0％～15％的炭黑 導電劑和0.2％～20％的粘結劑。

其中，所述負極集流體為銅箔或者表面具有涂層的銅箔；

所述銅箔表面具有的涂層為采用石墨、石墨烯、碳納米管、無定型碳、 導電炭黑、乙炔黑、導電炭黑SuperP中的至少一種材料涂覆形成的涂層。

其中，所述硅碳復合材料中包含的硅材料與碳材料的質量比為1: (0.1～100)；

所述硅材料為納米硅、氧化硅、氧化亞硅或含硅合金；所述碳材料為硬 碳、軟碳、天然石墨、人造石墨或中間相碳微球。

其中，所述石墨烯導電劑包含單層石墨烯、多層石墨烯和改性石墨烯中 的至少一種；

所述碳納米管導電劑包含單壁碳納米管、多壁碳納米管和改性碳納米管 中的至少一種；

所述炭黑導電劑包含石墨、無定型碳、乙炔黑和導電炭黑SuperP中的 至少一種；

所述粘結劑包含羧甲基纖維素CMC、丁苯橡膠、聚偏氟乙烯、聚四氟 乙烯、環氧樹脂、聚乙烯醇、聚酰亞胺和聚丙烯酸中的至少一種。

此外，本發明還提供了一種鋰離子電池的硅碳復合負極極片的制備方 法，包括以下步驟：

第一步，將羧甲基纖維素CMC粉末加入到去離子水中，調配到膠液的 固含量為0.1％～10％，然后攪拌均勻，獲得CMC膠；

第二步，將石墨烯、碳納米管和炭黑導電劑加入到所述羧甲基纖維素 CMC膠中，然后攪拌均勻得到導電膠；

第三步，向所述導電膠中同時加入碳材料和硅材料，攪拌均勻后，加入 去離子水調整導電膠的固含量至35％～55％，然后再次攪拌均勻混合在一起， 獲得包含硅材料和碳材料的導電膠；

第四步，向所述包含硅材料和碳材料的導電膠中繼續加入丁苯橡膠，攪 拌均勻獲得漿料；