[發(fā)明專利]一種鋰離子電池硅碳復合負極材料復合導電劑、負極片及其制備方法

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• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111244455A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 陳獻武;劉佳麗;周蘭;萬玲玉;李旺;方英軍;詹吟橋;閆海;劉超
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/587;H01M4/131;H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 郎祺

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池硅碳復合負極材料復合導電劑、負極片及其制備方法，按質量百分比計，所述復合導電劑包括如下固體類組分：硅碳復合材料60?95％，碳納米管0.05?0.1％，石墨烯0.5?2％，輔助碳黑導電劑0?20％，納米碳纖維1?6％，分散劑1?5％，粘結劑2?8％，還公開了該復合導電劑的負極片及其制備方法。應用本發(fā)明提供的鋰離子電池硅碳復合負極材料復合導電劑的鋰離子電池阻抗低、循環(huán)壽命長，大幅度提高鋰離子電池的整體性能，可以滿足電子產品長時間的使用需求，有利于提高電池生產廠家產品的市場應用前景，具有重大的生產實踐意義。

技術領域

本發(fā)明涉及碳納米管導電材料，尤其涉及一種鋰離子電池硅碳復合負極材料復合導電劑、負極片及其制備方法。

背景技術

近年來,隨著化石能源的日益減少和環(huán)境問題的日益嚴峻,鋰離子電池在電動汽車和儲能領域的應用越來越受到人們的關注。由于鋰離子電池相對于其它類型電池具有較高的能量密度和功率密度，被認為是目前最有前景的電能儲存設備。

然而,現(xiàn)有的鋰離子電池的能量密度和功率密度依然偏低,其安全性和循環(huán)壽命尚未達到未來電動汽車和儲能系統(tǒng)應用的要求。

在負極材料方面，目前商業(yè)化的鋰離子電池主要采用石墨類碳負極材料，其導電性能優(yōu)異，循環(huán)穩(wěn)定性高，但其372mAh/g理論克容量已經不能滿足對高能量密度鋰離子電池的廣泛需求。因此，大量的技術研究已轉向尋找新型高理論克容量負極體系。目前，雖然硅的嵌鋰理論克容量高達4200mAh/g，并且在地球上的儲量十分豐富，具有重大的應用前景。然而，硅基材料因其體積膨脹大、導電性能差和較差的循環(huán)性能限制了其實際應用。具體表現(xiàn)在：硅材料的體積膨脹導致硅材料之間以及硅材料與導電劑之間的接觸力降低，造成電池的循環(huán)穩(wěn)定性差，以及硅材料本身的導電性能差，導致電池阻抗的增加，降低了電池的循環(huán)性能。

優(yōu)異的導電劑需要具備以下幾個特征：一、電導率較高，高電導率的材料能提高電子的遷移速率；二、粒徑較小，小粒徑的材料能填充鋰離子電池正極材料的空隙，使材料之間的接觸較好，易于鋰離子的遷移；三、高比表面積，比表面積大的材料能較好的與正、負極材料接觸，同樣易于吸收電解液；四、易于分散，在正極材料配制漿料過程中易于分散，能較好的與正極材料混合在一起；五、高穩(wěn)定性，在鋰離子電池充放電的過程中能穩(wěn)定存在，不會發(fā)生與電解液的反應而影響電池的循環(huán)性能?，F(xiàn)有商品化的導電劑以碳材料為主，主要包括導電石墨、導電炭黑和碳納米管等，上述導電劑各有自身的優(yōu)點，但是不具備一種優(yōu)異導電劑應該具備的上述特征，無法滿足鋰離子電池用導電劑的需求。

因此，目前迫切需要開發(fā)出一種技術可以有效改善硅基材料的導電性能及充放電過程中的體積膨脹效應，保證由硅基材料制備的負極極片所應用的鋰離子電池阻抗低、循環(huán)壽命長，大幅度提高鋰離子電池的整體性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術中的上述問題，提供了一種導電性能好、無明顯體積膨脹效應、理論克容量高的鋰離子電池硅碳復合負極材料復合導電劑、負極片及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案。

本發(fā)明的第一方面，提供了一種鋰離子電池硅碳復合負極材料復合導電劑，按質量百分比計，所述復合導電劑包括如下固體類組分：

優(yōu)選地，所述硅碳復合材料包括人造石墨，還包括SiOx、Si中的一種或兩種；所述復合材料中硅元素的含量百分比為3-100％。

優(yōu)選地，所述碳納米管的平均外徑為2-50nm，長度5um；所述納米碳纖維的長度小于15um，直徑150nm；所述石墨烯選自單層石墨烯和多層石墨烯中一種或兩種。

優(yōu)選地，所述輔助碳黑導電劑選自乙炔黑、科琴黑和導電炭黑SuperP中一種或多種。