[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用硅負(fù)極電極片及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710249190.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN107170962A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣玉雄;孫欣;陳梅蓉;翁松清;張根林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門高容新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司35204
• 代理人: 張松亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用硅負(fù)極電極片及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)能源技術(shù)的不斷追求，對(duì)各類電產(chǎn)品電源的需求和性能要求也越來越高，高能量密度、長循環(huán)壽命的的鋰離子電池成為各種應(yīng)用領(lǐng)域供電設(shè)備的首選。而要提高鋰離子電池的能量密度，發(fā)展具有高嵌鋰容量的活性材料則是必不可少的。硅由于具有超高的理論嵌鋰容量已經(jīng)成為當(dāng)前研究發(fā)展的主要負(fù)極材料之一。

但是，由于硅負(fù)極材料在充放電過程中巨大的體積變化，內(nèi)在應(yīng)力作用使材料粉化，結(jié)構(gòu)崩塌，致使活性材料失去導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道或過多的副反應(yīng)發(fā)生，從而使電極的循環(huán)穩(wěn)定性大幅下降甚至失效，硅負(fù)極材料的應(yīng)用推廣受到限制。

為了提高硅負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性，提高電池容量，或是改善電池的性能，人們主要采取了各種各樣的一些方案對(duì)負(fù)極材料的改性研究做著各種研究或嘗試，比如從原料方面的改進(jìn)：硅材料納米化、硅材料與其他金屬形成具有緩沖作用的合金、硅碳復(fù)合材料等等，或者從工藝方面的改進(jìn)：包覆石墨法、石墨擴(kuò)層等等。這些方法都有一定的效果，但由于其工藝流程復(fù)雜、難控制、成本高、無法適應(yīng)生產(chǎn)，從而無法從根本上提高電池的能量密度和循環(huán)壽命，改善電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供了一種鋰離子電池用硅負(fù)極電極片及其制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供了一種鋰離子電池用硅負(fù)極電極片的制備方法，具有如下步驟：

(1)制備有機(jī)物包覆硅復(fù)合材料：將硅原料與有機(jī)物混合溶解在溶劑中，得到混合物，將所述混合物噴霧干燥得到有機(jī)物包覆硅復(fù)合材料；

(2)制備碳包覆硅復(fù)合材料：將步驟(1)制備的有機(jī)物包覆硅復(fù)合材料放置于惰性氣體環(huán)境中分三個(gè)溫度段依次處理，首先置于常溫下0.5-1h；隨后升溫至150-250℃，時(shí)間0.5-1h；再升溫至450-750℃，時(shí)間2-4h；使其包覆的有機(jī)物裂解為碳，得到碳包覆硅復(fù)合材料，利于控制碳的包覆厚度；

(3)制備電極漿料：將步驟(2)制備碳包覆硅復(fù)合材料的與導(dǎo)電劑、粘接劑、分散劑和溶劑充分混合，得到電極漿料；

(4)制備電極片：將步驟(3)制備的電極漿料均勻涂布于集流體表面，經(jīng)烘干制得電極片。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述硅原料為含金屬元素的微納米結(jié)構(gòu)硅或硅微粉。

優(yōu)選地，所述碳包覆硅復(fù)合材料中，碳含量為0.1-99質(zhì)量份，厚度為1nm-100μm。

優(yōu)選地，所述電極漿料中，按質(zhì)量份包括：碳包覆硅復(fù)合材料1-98份，導(dǎo)電劑0.1-20份，粘接劑0.5-20份，其余為溶劑。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑為炭黑、碳纖維、碳納米管、氣相生長碳纖維、石墨中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述粘接劑為羧甲基纖維素、聚丙烯酸、丁丙橡膠、聚酰亞胺中的一種或多種。

優(yōu)選地，步驟(1)中所述有機(jī)物為在高溫處理?xiàng)l件下裂解為無定形碳，為包裹所述硅原料提供碳源的小分子有機(jī)物或大分子高聚物中的一種或多種。

優(yōu)選地，步驟(4)制備電極片：將步驟(3)制備的電極漿料均勻涂布于集流體表面，經(jīng)烘干和輥壓，制得電極片。輥壓的目的在于調(diào)整電極片上涂布的負(fù)極材料具有合適的壓實(shí)密度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的又一技術(shù)方案是：提供了一種鋰離子電池用硅負(fù)極電極片，包括：集流體和涂布于集流體表面的負(fù)極活性層；

所述負(fù)極活性層包括碳包覆硅復(fù)合材料、導(dǎo)電劑、粘接劑和溶劑；

所述碳包覆硅復(fù)合材料為表面包覆碳的硅材料，碳含量為0.1-99質(zhì)量份，厚度為1nm-100μm，內(nèi)部硅原料為含金屬元素的微納米結(jié)構(gòu)硅或硅微粉。

優(yōu)選地，所述集流體為銅箔、泡沫銅、鎳箔、泡沫鎳中的一種，或表面涂布有導(dǎo)電碳層的銅箔、泡沫銅、鎳箔、泡沫鎳中的一種。

本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)采用了微納米結(jié)構(gòu)硅材料，該材料具有納米尺度的硅結(jié)構(gòu)和緩沖的立體空間，能極大的提高循環(huán)壽命，結(jié)合表面碳包覆的修飾更加優(yōu)化了材料在循環(huán)過程中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高循環(huán)性能。

(2)噴霧干燥與高溫處理結(jié)合的制備方法具有簡單高效，對(duì)環(huán)境無污染，易于控制包覆量等特點(diǎn)，并且技術(shù)簡單易于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

(3)電極漿料配比合理，使用的粘接劑為具有官能團(tuán)的高聚物，可以與硅材料表面相結(jié)合，形成穩(wěn)定的電極涂布層，有效提高電池的能量密度和循環(huán)壽命，改善電池的性能。

附圖說明

圖1繪示了本發(fā)明實(shí)施例一制備的電極片與普通工藝制備的電極片循環(huán)性能對(duì)比圖。