[發(fā)明專利]一種復合粘結劑、硅基負極片及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110350196B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設計）人: 閆建華;張逸俊;王嘯;張苑苑;李光;俞建勇;丁彬
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/1395;H01M4/1393;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王婧

本發(fā)明提供了一種復合粘結劑、硅基負極片及其制備方法。所述的硅基負極片的制備方法包括：將不同分子量的聚偏氟乙烯通過球磨機混料，獲得復合粘結劑；將復合粘結劑溶解于有機溶劑，獲得粘結劑膠液；將導電劑分散于粘結劑膠液中，獲得導電膠液；將硅碳復合材料粉末及有機溶劑添加至導電膠液中，制得電極漿料；將電極漿料涂布于負極集流體上，將所得涂布有電極漿料的集流體進行真空高溫去溶劑處理；對所得的負極極片進行輥壓，得到硅基負極片。所制備的硅基負極片能夠有效改善鋰電池電極材料性能，提高電池的倍率性能和循環(huán)壽命。

技術領域

本發(fā)明涉及一種高性能復合粘結劑、基于此粘結劑的硅基負極片及其制備方法，屬于儲能電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池能量密度高、工作電壓高、無記憶效應、循環(huán)壽命長，被廣泛用于智能可穿戴設備及新能源汽車等領域。然而，由于鋰離子電池應用工況復雜，人們對其能量密度、循環(huán)壽命、安全性能等方面提出了更高的要求。研發(fā)高能量密度硅負極(理論比容量4200mAh·g^-1)以代替目前石墨負極(理論比容量372mAh·g^-1)是改善鋰離子電池性能的一個重要途徑。然而，在充放電過程中，硅材料體積變化巨大(遠高于石墨)，引起自身粉化，造成活性物質從集流體脫落，導致電池的循環(huán)穩(wěn)定性差。采用抑制電極膨脹的粘接劑，是解決硅體積膨脹問題的重要方法。粘結劑能夠將硅碳復合材料、導電劑以及集流體緊密粘結在一起，從而穩(wěn)定電極結構，解決硅體積膨脹。

目前常用的鋰離子電池粘結劑包括苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、丙烯腈的多元共聚物(LA系列聚合物)以及聚偏氟乙烯(PVDF)類。SBR與極性電解液的親和性較差，導致充放電過程中鋰離子在粘結劑中傳導困難，電池內(nèi)阻增加，難以滿足鋰電池尤其是動力電池對大倍率充放電的需求。LA系列聚合物玻璃化轉變溫度過高，極片易變硬變脆，致使其加工性能差。例如，在涂布過程中易開裂，在輥壓后易產(chǎn)生條紋，這些都制約了其在鋰電池尤其是動力電池中的應用。傳統(tǒng)PVDF(分子量約為100萬)雖然具有較好的電化學穩(wěn)定性，優(yōu)異的柔韌性，但是其與電解液中的丙烯碳酸酯作用時容易發(fā)生溶脹，造成電極結構變形，同時其粘結力降低，導致電池的循環(huán)性能變差，這限制了PVDF在抑制硅基負極膨脹方面的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種高性能復合粘結劑、基于此粘結劑的硅基負極片及其制備方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種硅基負極片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將重均分子量為150萬-300萬的聚偏氟乙烯10-80wt％，重均分子量為80萬-140萬的聚偏氟乙烯10-70wt％以及重均分子量為20萬-60萬的聚偏氟乙烯0-60wt％通過球磨機混料，獲得復合粘結劑；

步驟2：將步驟1所得的復合粘結劑溶解于有機溶劑，獲得粘結劑膠液；

步驟3：將導電劑分散于步驟2所得的粘結劑膠液中，獲得導電膠液；

步驟4：將硅碳復合材料粉末及有機溶劑添加至步驟3所得的導電膠液中，制得電極漿料；

步驟5：將步驟4所得的電極漿料通過自動涂布機涂布于負極集流體上，獲得涂布有電極漿料的集流體；

步驟6：將所得涂布有電極漿料的集流體進行真空高溫去溶劑處理；

步驟7：對所得的負極極片進行輥壓，得到硅基負極片。

優(yōu)選地，所述的硅碳復合材料為硅基與碳基材料的混合物。更優(yōu)選地，所述的碳基材料為硬碳、軟碳、天然石墨以及人造石墨中的一種或多種。更優(yōu)選地，所述的硅基材料為微米硅、納米硅、氧化亞硅以及氧化硅中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述的導電劑為乙炔黑、科琴黑、碳纖維和Super P中的一種。

優(yōu)選地，所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、乙腈和二甲基甲酰胺中的一種。