[發明專利]一種機械復合免燒制備鋰電池硅碳負極的方法

在審

• 申請號: 202011200225.3
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112420992A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞;白濤;司文彬
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/66;H01M4/80;H01M4/133;H01M4/134;H01M10/0525
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本發明提出一種機械復合免燒制備鋰電池硅碳負極的方法及其產品，其將硅粉、碳粉球磨后與SBR丁苯膠乳、硅酸鹽礦物、導電填料等原料混合球磨，形成漿狀體混合物后再與表面活性劑混合，形成包覆硅碳混合粉末的復合漿料，導電泡沫塑料充分浸潤復合漿料，最后復合漿料在室溫固化后形成具有泡沫結構的載體負載硅/碳負極極片。該方法能夠在常溫下固化，制備工藝簡單而且能夠對硅碳負極材料形成物理限域，提高硅/碳粉末的復合能力。另外在復合漿料中摻入一定量的丁苯膠乳，能夠使活性材料、導電劑均勻地嵌入到泡沫塑料內部，充分、有效地形成導電通道，并且負極材料比表面積大，電解液能與負極材料形成充分浸潤，電池的循環性能得到有效提高。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種鋰電池硅碳負極的制備方法。

背景技術

近年來，鋰離子電池在手機、筆記本電腦、新能源汽車以及儲能等領域的廣泛應用，對鋰離子電池也提出了更高的要求，需要更高的能量密度、更好的循環壽命、更好的高低溫充放電性能和安全性能等，這就要求鋰離子電池用正極、負極材料需要得到進一步地發展與完善。鋰離子電池的主要組成為正極、負極、電解液、隔膜以及封裝組件。其中商用負極應用最為成熟的是石墨負極，其理論比能量為372mAh/g，但是實際應用中已經開發至接近理論。新型硅基負極嵌鋰容量約為石墨的十倍，是目前研究最為廣泛的材料之一。然而，硅基負極在使用過程中存在首效低、體積膨脹，材料剝離、粉化以及SEI膜重復生長消耗電解液等問題，限制了它的實際應用。

專利CN108878809A提出了一種半空心結構陶瓷的鋰電池負極材料及制備方法，通過稀土摻雜導電陶瓷對硅碳負極材料進行限域，抑制其體積形變。專利CN107507972A提出了硅碳負極材料的制備方法、硅碳負極材料以及鋰離子電池，通過硅合金去合金化后進行碳包覆，提高硅碳負極的穩定性。專利CN111384376A提出了硅碳負極材料及其制備方法、應用和制得的鋰離子電池，通過在硅的碳包覆過程中加入造孔劑，提高電解液的浸潤性。專利CN105406044A公開了一種抗膨脹的硅碳負極片，該硅碳負極片由涂覆漿料的金屬箔材構成，所述的漿料包含內置石墨烯的硅碳粉體、粘結劑、溶劑以及碳納米管，最終制取是通過噴涂將制得漿料按照實際面密度需求涂敷在金屬箔材上。然而一方面這些方法都難以避免現有的高溫碳化包覆工藝，對于設備的要求較高，生產能耗高，不經濟環保，另一方面制備得到電極材料對于電解液的浸潤效果都比較差，導致電池充放電性能不夠理想。因此，針對硅碳負極極片的生產過程的簡化和極片的性能提高具有十分重要的實際意義。針對現有硅碳負極材料工序復雜，電解液浸潤效果差的問題，本發明通過對硅、碳進行負載后進行脫水固化成型，獲得一種具有泡沫結構的載體負載硅/碳負極極片。

發明內容

針對現有硅碳負極材料工序復雜，電解液浸潤效果差的問題，本發明提出一種機械復合免燒制備鋰電池硅碳負極的方法，通過導電泡沫塑料吸附浸潤復合漿料，能夠在常溫下固化，制備工藝簡單，不需要在高溫下進行燒結，另外在復合漿料中摻入一定量的丁苯膠乳，均勻分散的丁苯膠乳乳液液滴容易與硅酸鹽礦物、導電添加劑、納米硅粉等材料碰撞包融，這種攜帶了粉體材料的丁苯膠乳乳液粒子與多孔導電泡沫塑料具有良好的相容性，能夠使活性材料、導電劑均勻地嵌入到泡沫塑料內部，充分、有效地形成導電通道，并且負極材料比表面積大，電解液能與負極材料形成充分浸潤，電池的循環性能得到有效提高。本發明通過對硅、碳進行負載后進行脫水固化成型，獲得一種具有泡沫結構的載體負載硅/碳負極極片。

一種機械復合免燒制備鋰電池硅碳負極的方法，其特征在于具體制備步驟如下：

步驟S1、將納米硅粉、碳粉、CMC、SBR丁苯膠乳、去離子水共混，加入球磨機球磨30-40min，將硅酸鹽礦物、導電填料、懸浮劑、粘結劑和去離子水加入球磨機中，繼續球磨60-80min，獲得漿體狀混合物；

步驟S2、將步驟S1中獲得的漿體狀混合物與表面活性劑充分混合，加入雙螺桿擠出機進行混合、擠出，獲得復合漿料。