[發(fā)明專利]一種鋰離子電池電極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811308491.0
• 申請(qǐng)日: 2018-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109599533B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆振忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)州學(xué)院
• 主分類號(hào): H01M4/1395
• 分類號(hào): H01M4/1395;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 張海兵

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池電極的制備方法，屬于鋰電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的一種鋰離子電池電極的制備方法，包括以下步驟，制備氧化石墨烯懸浮液，在黑暗中保存待用；制備納米硅顆粒懸浮液；將氧化石墨烯懸浮液加入到納米硅顆粒懸浮液中，超聲攪拌0.5?1.5h，然后抽濾，在過(guò)濾膜上形成一層納米硅?氧化石墨烯紙；將納米硅?氧化石墨烯紙從過(guò)濾膜上轉(zhuǎn)移，風(fēng)干，在保護(hù)氣氛中加熱至670?730℃，保溫0.5?1.5h，即得到納米硅?石墨烯紙復(fù)合電極。采用本發(fā)明硅?石墨烯復(fù)合電極作為鋰離子電池負(fù)極能夠有效提高電池的比容量、能量密度、循環(huán)性能等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池負(fù)極活性材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池在是一種二次電池(充電電池)，隨著社會(huì)的發(fā)展，鋰離子電池的應(yīng)用愈加廣泛，對(duì)鋰離子電池性能的要求也越來(lái)越高。

鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。鋰離子電池主要包括正極極片、負(fù)極極片、電解液和隔膜，在正極極片上涂覆有正極活性物質(zhì)，負(fù)極極片上涂覆有負(fù)極活性物質(zhì)，鋰離子電池的正負(fù)極活性材料是決定鋰離子電池性能的重要因素之一。目前鋰離子電池負(fù)極活性材料以石墨為主，但是石墨作為鋰離子電池負(fù)極活性材料導(dǎo)的充放電倍率較低，比容量和能量密度也有待提高。

硅作為鋰離子電池的負(fù)極材料具有高理論比容量和能量密度、是目前商業(yè)化石墨負(fù)極材料的數(shù)十倍，價(jià)格低廉以及地球資源儲(chǔ)備豐富等優(yōu)點(diǎn)。但是在充放電循環(huán)過(guò)程中，體積會(huì)劇烈膨脹，最高膨脹率可達(dá)300％，由于劇烈膨脹，導(dǎo)致材料內(nèi)部生成大量的裂紋，隨著循環(huán)次數(shù)增加，硅顆粒負(fù)極將粉化破碎，脫離負(fù)極極片，導(dǎo)致其循環(huán)壽命低，電荷容量衰減快。為了提高負(fù)極極片的電子電導(dǎo)率，通常在負(fù)極將料中加入導(dǎo)電劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提出了一種具有高比容量和電池能量密度的鋰離子電池電極的制備方法。

本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種鋰離子電池電極的制備方法，所述制備方法包括以下步驟，

S1、制備氧化石墨烯懸浮液，在黑暗中保存待用；

S2、制備納米硅顆粒懸浮液；

S3、將氧化石墨烯懸浮液加入到納米硅顆粒懸浮液中，超聲攪拌0.5-1.5h，然后抽濾，在過(guò)濾膜上形成一層納米硅-氧化石墨烯紙；

S4、將納米硅-氧化石墨烯紙從過(guò)濾膜上轉(zhuǎn)移，風(fēng)干，在保護(hù)氣氛中加熱至670-730℃，保溫0.5-1.5h，即得到納米硅-石墨烯紙復(fù)合電極。

本發(fā)明以納米硅-氧化石墨烯紙復(fù)合電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)石墨負(fù)極，以石墨烯紙代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬箔材，可將負(fù)極比容量較傳統(tǒng)石墨負(fù)極提高數(shù)倍，且重量極輕，有效提高了電池能量密度。同時(shí)避免了粘結(jié)劑的使用，采用高導(dǎo)電性石墨烯紙將納米硅顆粒夾在石墨烯紙中，能夠有效地提高電子與離子電導(dǎo)率，從而提高電芯的倍率性能。納米硅顆粒在石墨烯之中，不易脫落，從而有效地預(yù)防了硅負(fù)極容量衰減快，循環(huán)性能差的問(wèn)題，提高了鋰離子電池的循環(huán)壽命。本發(fā)明將制備得到的氧化石墨烯懸浮液于黑暗中保存，能夠防止氧化石墨烯表面的官能團(tuán)在可見(jiàn)光中發(fā)生分解，降低懸浮液的穩(wěn)定性，防止后續(xù)煅燒還原的石墨烯中存在雜質(zhì)，影響石墨烯紙的電性能與力學(xué)性能。

作為優(yōu)選，所述步驟S1的氧化石墨烯懸浮液中氧化石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-9mg/L。

作為優(yōu)選，所述步驟S1的氧化石墨烯懸浮液的制備過(guò)程為，采用Hummers法制得氧化石墨烯，對(duì)氧化石墨烯清洗干燥后分散在去離子水中，即形成氧化石墨烯懸浮液。