[發明專利]一種鋰離子電池負極導電劑及含有該導電劑電池的制備方法

有效

• 申請號: 201810480537.0
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108649207B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 孔麗娟;徐子福;張德仁;張明慧
• 申請（專利權）人: 安普瑞斯（無錫）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明涉及一種鋰離子電池負極導電劑及含有該導電劑電池的制備方法，采用靜電紡絲技術將硅量子點SiQDs混合到碳納米纖維CNFs的微孔之中，合成硅量子點/碳納米纖維復合物SiQDs/CNFs，然后用該復合物SiQDs/CNFs作為鋰離子電池的負極導電劑。本發明中制備的硅量子點具有很小的尺寸，循環過程中碳納米纖維的微孔結構能夠有效起到緩沖硅顆粒體積膨脹的作用，解決了硅在嵌鋰過程中體積膨脹對電極結構造成的破壞，同時碳納米纖維中的多孔結構能夠大大縮短鋰離子的擴散路徑，加快鋰離子的擴散速度，改善固相擴散。使用該發明制備的復合導電劑設計的電池在能量密度、功率密度、循環性能方面都有極大的提升。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極導電劑及含有該導電劑電池的制備方法，屬于鋰離子電池技術領域。

背景技術

智能手機、電動汽車及智能電網等領域的快速發展對鋰離子電池的能量密度、功率密度和循環性能提出了越來越高的要求。根據工信部的要求2020年要實現鋰離子電池單體比能量300Wh/kg的目標。眾所周知，鋰離子電池比能量的提升離不開材料技術的進步。

傳統的石墨負極材料理論比容量僅為372mAh/g左右，目前一些改性人造石墨材料已經達360mAh/g左右，但繼續提升的空間有限。針對高容量負極材料，目前市場上廣泛看好的為硅基材料，包括SiO_x和Si-C復合兩大類材料，也取得了一些進展。但硅顆粒在嵌鋰后巨大的體積膨脹以及很低的本征電導率仍然是能量密度提升和循環性能改善道路上的技術瓶頸，在保證電池一定的電化學性能基礎上對能量密度提升比較緩慢。

除了添加高容量硅基材料，增加涂布量也是提升鋰離子電池能量密度的有效方式。但是隨著涂布量的增加，鋰離子的電化學性能，特別是倍率性能和循環性能會出現顯著的下降。這主要是因為鋰離子電池的電極主要是由顆粒組成的多孔結構，其中的孔隙復雜、迂曲度高，增加涂覆量會顯著增加鋰離子在其中擴散的阻力。因此，如何在提升涂覆量的同時，提升鋰離子在其中的擴散速度是厚電極在生產中必須解決的一個問題。

本發明涉及一種新型負極導電添加劑，鮮有的將高容量硅量子點材料摻雜到納米纖維導電材料中。復合導電材料不僅擁有更高的導電性和更少的添加量，而且還兼有更高容量以及更快的鋰離子擴散速率優勢，因此該復合導電材料的制備及應用對鋰離子電池能量密度及循環性能的提升具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷：電池能量密度和循環性能的改善受限于硅材料自身缺陷，提供一種導電性好且具有高容量的導電劑。采用該導電劑設計的電池能量密度、功率密度和循環性能都得到明顯提升。

為達到上述目的，本發明巧妙性的將硅基材料制備成硅量子點，同時嵌入到碳納米纖維的微孔中，不僅硅材料的體積膨脹得到很好緩沖，而且發揮碳納米纖維高導電特征，大大改善復合材料導電性。

經過廣泛的研究和反復的試驗發現，通過本發明制備的復合導電材料具有很高的電子電導率和離子擴散系數，將其應用于鋰離子電池中，大大改善了電池的能量密度、功率密度以及循環性能。

本發明提供的技術方案是：

一種鋰離子電池負極導電劑，采用靜電紡絲技術將硅量子點SiQDs混合到碳納米纖維CNFs的微孔之中，合成硅量子點/碳納米纖維復合物SiQDs/CNFs，然后用該復合物SiQDs/CNFs作為鋰離子電池的負極導電劑；其合成方法包括以下步驟：

1)將一定量的聚合物、硅源、還原劑分散到溶劑中，混合溶液攪拌一定時間進行分散，形成前驅體溶液；

2)將分散均勻的前驅體溶液注入到連有一定直徑的不銹鋼針的塑料注射器中；

3)通過精密螺旋槳調節注射器的噴射速率，同時在不銹鋼針頭方向間隔一定距離放置一收集器，收集制備的SiQDs/CNFs前驅體；