[發明專利]石墨烯和硅粉石墨烯涂布漿料分層涂布生產鋰電池負極片

在審

• 申請號: 201910139266.7
• 申請日: 2019-02-25
• 公開（公告）號: CN111613777A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 汪前;汪艷
• 申請（專利權）人: 汪前;汪艷
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是石墨烯和硅粉石墨烯涂布漿料分層涂布生產鋰電池負極片的技術發明。本發明涉及鋰離子電池負極片生產領域。本發明改變了鋰離子電池負極片的生產方法，采用分三層涂布：首先，將石墨烯涂布漿料涂布在銅箔集流體之上；再將硅粉石墨烯混合涂布漿料涂布在石墨烯涂布漿料層之上；最后將石墨烯涂布漿料涂布在硅粉石墨烯混合涂布漿料層之上。上述分層涂布方法再加輔助碳酸鋰極片表面處理液處理以及極片四周切面處理有效抑制了硅材料膨脹率，控制硅材料膨脹方向，防止了硅材料膨脹引發的SEI膜反復破裂等問題，提高了鋰離子負極片比容量，解決了石墨負極材料比容量低；硅碳負極材料膨脹率較高，循環性和庫侖率較低、成本高的問題。

技術領域：

本發明涉及鋰離子電池負極片生產領域。本發明是將石墨烯漿料加粘結劑；硅粉和石墨烯混合漿料加粘結劑，分三層涂布：1)銅箔石墨烯涂布漿料打底；2)硅粉、石墨烯混合涂布漿料居中；3)再將石墨烯涂布漿料涂布在硅粉石墨烯混合涂布漿料涂層之上，從而實現了高循環性、高倍率性、高比容量鋰離子電池負極片的一種生產方法。

背景技術：

目前鋰離子電池負極片基本用天然石墨、人造石墨為主要材料，比容量低，無法滿足高比能量應用電池的要求，特別是新能源汽車更需要高比容量高能量的電池。世界各國都在研制硅碳負極材料以解決上述問題，但存在電極膨脹率較高；循環性和庫侖效率較低，更主要是成本高等問題。

發明內容：

石墨烯涂布漿料和硅粉石墨烯混合涂布漿料分層涂布是解決上述問題的較好辦法。本辦法就是將完全物理法制備的石墨烯漿料加聚丙烯酸(PAA)水性粘結劑調制成石墨烯涂布漿料；同時將石墨烯漿料與硅粉(D90 10微米)充分分散混合加PAA粘結劑調制成硅粉石墨烯混合涂布漿料，然后分層涂布。一、先在銅箔集流體上噴涂一層石墨烯涂布漿料。石墨烯涂布漿料涂層與銅箔粘結性好于硅粉石油墨烯混合涂布漿料，緊緊的粘結在銅箔之上，起到了高導電、高粘結的作用，防止活性物質脫落；二、再將硅粉石墨烯混合涂布漿料涂布在石墨烯涂布漿料涂層之上，(硅粉石墨烯混合涂布漿料易與石墨烯涂布漿料涂層結合，牢牢地粘結在一起)。這種混合涂布漿料因為有百分之五十的石墨烯加入電導性好，并且也起到了包履硅粉的作用，防止硅粉膨脹脫落，同時石墨烯片抗拉、抗折能力十分強大；三、最后再將石墨烯涂布漿料涂布在硅粉石墨烯混合涂布漿料層之上，將硅粉石墨烯混合涂布漿料層徹底覆蓋。這層石墨烯涂布漿料層完整地將硅粉石墨烯涂布漿料層包覆，起到了：1)電解液無法進入硅碳層；2)有效控制了硅粉膨脹方向；3)SEI膜不會因硅粉膨脹收縮而破裂。

具體實施方式：

一、首先將物理法生產的石墨烯漿料加粘結劑涂布在銅箔集流體之上。物理法生產的石墨烯漿料無需還原，內在結構沒有破壞，電導率高達1000S/CM——2000S/CM以上，并且在漿料的情況下，團聚是可逆的，容易分散，PAA粘結劑與石墨烯能充分分散混合。這種石墨烯涂布漿料能與銅箔牢牢粘結。防止了活性物質與銅箔分離；另一方面與硅粉石墨烯混合涂布漿料層復合粘結性優良，可以控制硅粉石墨烯涂布漿料層膨脹方向。

二、再將硅粉石墨烯混合涂布漿料涂布在石墨烯涂布漿料層之上。硅粉石墨烯混合涂布漿料制備要首先將硅粉和石墨烯漿料充分混合使用超聲設備，輔加攪拌機械就可以達到充分混合。(硅粉無需納米硅粉，粒徑D90不要超過10微米即可，這樣的硅粉價格遠遠低于納米硅，5N硅粉不會超過10萬元/噸，而目前100納米硅需500萬元/噸)；再將PAA水性粘結劑加入超聲攪拌充分混合即可。硅粉的加入量與石墨烯漿料固含量相等。用涂層的厚度來控制硅含量，從而控制比容量：當硅粉石墨烯混合涂布漿料層與上下兩層石墨烯涂布漿料層(都是濕涂層漿料厚度)相等，比容量可達1000mAh/g以上。硅粉石墨烯混合涂布漿料層由于加入50％的石墨烯，石墨烯起著包履、骨架的作用，有效抑制硅粉膨脹，并與上下兩層石墨烯涂布漿料層緊密聯結，有效防止了硅粉膨脹的應力。石墨烯優良電導率，硅粉高比容量，極大提高了鋰離子負極片的比容量、循環性和倍率性。