[發明專利]一種鋰離子電池氧化亞硅負極漿料的制備方法

有效

• 申請號: 202010518514.1
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111834608B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 李文超;唐仁衡;黃玲;王英;吳永健
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院稀有金屬研究所
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/04;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 蔣歡妹;莫瑤江

本發明公開了一種鋰離子電池負極漿料的制備方法，所述負極漿料由水性石墨烯漿料，無定形碳層包覆SiO/Si?Cu化合物復合負極材料與粘結劑制備得到，水性石墨烯漿料和無定形碳層包覆SiO/Si?Cu化合物復合材料顆粒表面的碳層、碳納米管是遠程導電網絡的建立，屬于“外部連接”，而顆粒內部的Si?Cu化合物是提高顆粒內部的導電性，屬于內部導電相的建立，即“內部連接”，二者共同作用，相輔相成，不僅降低了導電劑的用量，少于5wt％，而且提高了復合材料的導電性和體積能量密度，改善了復合材料的首次庫倫效率和循環性能，從而使負極漿料表現出優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池氧化亞硅負極漿料的制備方法。

背景技術

氧化亞硅因其理論容量遠高于石墨且體積膨脹率相對于單質硅較低，因此被認為是下一代鋰離子電池的候選材料。但氧化亞硅自身的一些缺陷，如導電率差、首次庫倫效率低等，極大的阻礙了其實際應用。首次庫倫效率低主要是由于氧化亞硅首次充放電過程中形成了氧化鋰和硅酸鋰，以及SEI膜。研究者們通常采用減小顆粒尺寸、設計多孔結構、元素摻雜、碳包覆等方法來提高硅基材料充放電過程中的電化學性能。

CN110600720A公開了一種負極材料，負極材料的顆粒包括碳包覆層外殼和被包覆于碳包覆層外殼內的復合硅基材料的顆粒，碳包覆層外殼包括一次碳包覆層和二次碳包覆層，一次碳包覆層由包覆劑碳化得到，包覆劑包括葡萄糖、蔗糖、丁苯橡膠、淀粉、檸檬酸和聚乙烯吡咯烷酮中至少一種，二次碳包覆層由有機碳源碳化得到，有機碳源包括酚醛樹脂、葡萄糖、蔗糖、瀝青和聚乙烯吡咯烷酮中至少一種，所述復合硅基材料的制備方法，包括：將氧化亞硅粉進行歧化反應，使氧化亞硅顆粒的一部分轉化為硅和二氧化硅。在可選的實施方式中，將復合硅基材料前驅體進行一次碳化之前還包括制備復合硅基材料前驅體，制備復合硅基材料前驅體包括：將復合硅基材料、水、球磨，然后加入導電劑以及包覆劑混合分散均勻得到混合漿料。將混合漿料干燥得到復合硅基材料前驅體；導電劑包括石墨烯、碳納米管和碳納米纖維中至少一種；包覆劑包括葡萄糖、蔗糖、丁苯橡膠、淀粉、檸檬酸和聚乙烯吡咯烷酮中至少一種。一次碳化方法為：將復合硅基材料前驅體在惰性氣體保護氣氛下，置于管式爐中，在500-850℃的環境下熱解1-3h。將一次碳包覆產物與有機碳源混合均勻后進行二次碳化。二次碳化具體方法為：將一次碳包覆產物與有機碳源混合后在惰性氣體保護氣氛下，置于管式爐中，700-900℃熱解得到兩次碳包覆的復合硅基負極材料。該負極材料具有導電率高，體積膨脹率低，首次庫倫效率高、循環性能好的優點，但還需進一步改進。

目前通用的鋰離子電池氧化亞硅負極漿料的成分主要是由硅基負極材料、導電劑、粘結劑組成。傳統的導電劑乙炔黑呈顆粒狀，與硅基活性材料是屬于“點對點”接觸，為了使二者接觸更充分，通常需要較多的乙炔黑，而乙炔黑的密度小，較多的乙炔黑既不利于高容量鋰電池的開發，也影響鋰電池的體積能量密度。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池氧化亞硅負極漿料的制備方法，所述負極漿料由水性石墨烯漿料，粘結劑與無定形碳層包覆SiO/Si-Cu復合負極材料制備得到，水性石墨烯漿料和無定形碳層包覆SiO/Si-Cu復合材料顆粒表面的碳層、碳納米管是遠程導電網絡的建立，屬于“外部連接”，而顆粒內部的Si-Cu化合物是提高顆粒內部的導電性，屬于內部導電相的建立，即“內部連接”，二者協同作用，相輔相成，不僅降低了導電劑的用量，而且提高了復合材料的導電性和體積能量密度，改善了復合材料的首次庫倫效率和循環性能，從而使負極漿料表現出優異的電化學性能。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：