[發(fā)明專利]多層狀長循環(huán)硅碳負(fù)極材料的制造方法

在審

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• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN114094034A
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賴鴻政;傅圣育;張曾隆
• 申請（專利權(quán)）人: 芯量科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/02;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市賽恩倍吉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44334
• 代理人: 劉齡霞;袁建設(shè)

一種多層狀長循環(huán)硅碳負(fù)極材料的制造方法，取一純硅及一第一母膠，該第一母膠的成分為溶劑及分散劑；然后將純硅與第一母膠混合形成第一混合體再進(jìn)行研磨形成第一研磨體；然后取一石墨烯及另一第一母膠，將兩者混合后進(jìn)行研磨形成第二研磨體；然后將第一研磨體與第二研磨體混合形成第二混合體，再進(jìn)行行星式混拌、乳化均質(zhì)及脫泡行星混拌的程序；然后將納米碳管及一第二母膠混合后置入一葉片攪拌槽中攪拌，再置入乳化機(jī)中攪拌而形成第三混合體；該第二母膠的成分為溶劑及包覆劑；再將經(jīng)過處理的該第二混合體及該第三混合體進(jìn)行行星式混拌，形成第四混合體；最后將該第四混合體進(jìn)行噴霧干燥作業(yè)，形成本發(fā)明的硅碳復(fù)合結(jié)構(gòu)混合體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于負(fù)極材料的制造方法，尤其是一種多層狀長循環(huán)硅碳負(fù)極材料的制造方法。

背景技術(shù)

在鋰電池的負(fù)極材料中，現(xiàn)有成熟技術(shù)上，使用石墨作為負(fù)極進(jìn)行鋰離子插嵌反應(yīng)；然而因石墨的電容量有限，面對電容量需求日益提升的3C市場與續(xù)航力掛帥的車用市場已無法符合未來需求，因此改進(jìn)負(fù)極材料的電容量已經(jīng)為一項重要的發(fā)展方向。其中硅材料因其優(yōu)秀的儲鋰能力而備受市場期待。硅在地殼中的含量是除氧外最多的元素，而硅材料為一種非金屬無定形材料，具有純度高、粒徑小、分布均勻、比表面積大、高表面活性、封裝密度低等的優(yōu)點，且無毒、無味。因此應(yīng)用硅材料與石墨材料組成的硅碳復(fù)合材料，可用于作為鋰離子電池的負(fù)極材料，大幅提高鋰離子電池的電容量。所以較佳的方式為應(yīng)用硅材料(純硅、氧化硅)部分配合石墨使用。因為硅材料的電容量較石墨為高，所以可以使得整個負(fù)極具有更大的電容量，以增加電池的儲存能力。

在鋰離子電池中，鋰離子會通過外部電勢與材料位能差異，以電化學(xué)形式嵌插進(jìn)入硅材料的晶體結(jié)構(gòu)中。當(dāng)鋰電池以電化學(xué)形式進(jìn)行放電時，具有電化學(xué)活性的鋰離子離開硅晶體結(jié)構(gòu)，而形成放電機(jī)制進(jìn)而達(dá)到溝通外部電路的電能需求。理論而言開發(fā)者與使用者均希望所有的鋰離子在充放電過程中能盡量減少耗損，然而在電池作動中勢必會有一部分的活性鋰會因反應(yīng)界面增減、電解液或材料中的雜質(zhì)而與活性鋰發(fā)生電化學(xué)副反應(yīng)，進(jìn)而造成非活性鋰鹽的析出與耗損，使其沉淀在材料周圍，形成一層不可逆薄膜，即SEI膜。此SEI現(xiàn)象在硅材料中尤其明顯，充電時，硅材料因大量容納鋰離子而使其晶體結(jié)構(gòu)松散膨脹(該結(jié)構(gòu)比原硅材料結(jié)構(gòu)大的多)，硅材料容鋰膨脹后，膨脹效應(yīng)突破材料原結(jié)構(gòu)的表面應(yīng)力，使得顆粒表面破裂，形成新的反應(yīng)界面而使材料比表面積BET發(fā)生變化，而后此新反應(yīng)界面會與殘余的活性鋰發(fā)生不可逆反應(yīng)，造成鋰離子耗損；另一方面，放電時活性鋰離開硅晶格結(jié)構(gòu)而留下空洞，使得整個材料松軟而造成崩塌，崩塌后新的反應(yīng)界面生成又與活性鋰離子發(fā)生反應(yīng)，造成耗損。在多次充放電后，反復(fù)發(fā)生膨脹、破裂、坍塌、耗鋰，使得大量活性鋰耗損造成電容量巨幅衰變，降低電池壽命與使用性。

此外硅材料本身不具備相對應(yīng)的導(dǎo)電能力，須以導(dǎo)電材料輔助方能進(jìn)行電子傳導(dǎo)與離子傳導(dǎo)，此導(dǎo)電碳往往以附加形式形附于其上，因此在膨脹破裂的充放電過程中容易失去連接而造成導(dǎo)電度喪失，導(dǎo)電度喪失后相對應(yīng)的容量也產(chǎn)生巨幅衰變。

因此，本發(fā)明提出一種嶄新的具高導(dǎo)電度、高容量、膨脹緩沖性及循環(huán)壽命強(qiáng)化的長效硅碳負(fù)極材料的制造方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)上的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

所以本發(fā)明的目的為解決上述現(xiàn)有技術(shù)上的問題，本發(fā)明中提出一種具有高導(dǎo)電度、高容量、膨脹緩沖性及循環(huán)壽命強(qiáng)化的制造方法，是將原始的硅材料中加入分散劑(其組成成分為高分子支撐劑、小分子定錨劑、以及稠化劑)，此復(fù)合分散劑用于分散并支撐納微化的硅材料，避免硅材料在分散過程中反團(tuán)失去分散效益；并且在材料中加入特定層數(shù)的高純度精煉化石墨烯，利用石墨烯、特殊碳材料與納微化硅材結(jié)合形成特殊3D結(jié)構(gòu)以增加硅材料間的導(dǎo)電溝通橋梁。在分散工藝中以研磨機(jī)應(yīng)用研磨片及鋯珠，以及應(yīng)用特殊行星式混拌機(jī)，在各階段工藝中協(xié)作使復(fù)合材料可以通過特殊binder配方充分互溶，均勻混合，并輔以造粒噴霧設(shè)備賦予其結(jié)構(gòu)形貌；混合產(chǎn)生具較佳的導(dǎo)電性與膨脹緩能力的高循環(huán)性硅碳結(jié)構(gòu)。