[發(fā)明專利]硅碳負(fù)極極片及其制備方法與應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110430746.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN113346050A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙小歡;劉馮新;婁永文;李奎;張明杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆山聚創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/1395
• 分類號(hào): H01M4/1395;H01M4/134;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 林青中

本發(fā)明提供了一種硅碳負(fù)極極片的制備方法，首先將多孔硅與有機(jī)碳氮源等制備成漿料涂覆在集流體的表面，再進(jìn)行熱解處理，在集流體的表面原位生成氮摻雜的硅碳材料，形成硅碳負(fù)極極片，避免了將硅碳材料制備成漿料然后涂覆在集流體的表面這一過程中對(duì)硅碳材料的結(jié)構(gòu)和形貌的破壞，并且氮摻雜的硅碳材料由于氮元素的摻雜，提升了硅碳負(fù)極極片的電子傳導(dǎo)性和離子傳導(dǎo)性，對(duì)涂布極片在保護(hù)性氣體氛圍下熱解處理，將有機(jī)碳氮源碳化，同時(shí)也避免了負(fù)極集流體發(fā)生氧化。該制備方法得到的硅碳負(fù)極極片，硅碳材料的結(jié)構(gòu)形貌均一性好，極片充放電過程的體積變化小，循環(huán)性能良好，在循環(huán)1000圈后容量保持率仍在84％以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅碳負(fù)極極片及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池是采用含有鋰元素的材料作為電極，依賴鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作的一類電池。鋰離子電池具有高能量密度、高功率密度和循環(huán)壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在便攜式電子設(shè)備、動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池等領(lǐng)域得到了極大的關(guān)注。隨著電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車還有大型儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速發(fā)展，對(duì)鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性、能量密度、充放電性能等性能均提出了更高的要求。

傳統(tǒng)鋰離子電池的負(fù)極材料以碳材料為主，如天然石墨、人造石墨、石墨化中間相碳微球等，然而碳材料的容量現(xiàn)已接近其理論容量(372mAh/g)，碳負(fù)極材料成為鋰離子電池容量提升的瓶頸。硅作為鋰離子電池負(fù)極材料之一，因其較高的理論比容量(4200mAh/g)、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等特點(diǎn)，因而被認(rèn)為是極有潛力的新一代鋰離子電池負(fù)極材料。然而，由于硅的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致其電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)性能較差；單純硅在充放電過程中還存在嚴(yán)重的體積膨脹，導(dǎo)致材料顆粒分化、脫落，因此循環(huán)穩(wěn)定性較差。針對(duì)硅負(fù)極材料存在的問題，目前的改善方式主要是采用硅碳負(fù)極材料涂布于集流體形成負(fù)極極片，但是硅碳材料的結(jié)構(gòu)形貌在制備極片過程中容易被破壞，從而影響了硅碳材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且循環(huán)性能好的硅碳負(fù)極極片及其制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種硅碳負(fù)極極片的制備方法，包括以下步驟：

將多孔硅、有機(jī)碳氮源、粘結(jié)劑、分散劑及溶劑超聲攪拌，得到漿料，所述有機(jī)碳氮源選自聚糠醇、氨基胍、尿素、脂肪胺及芳香胺中的至少一種；

將所述漿料涂布于集流體上，干燥收卷，得到涂布極片；

將所述涂布極片在保護(hù)性氣體氛圍中熱解處理，冷卻得到硅碳負(fù)極極片。

在其中一些實(shí)施例中，所述多孔硅的粒徑為50nm～10μm，孔隙率為20％～80％，孔徑為10nm～500nm，比表面積為50m²/g～300m²/g。

在其中一些實(shí)施例中，所述粘結(jié)劑選自丁苯橡膠、聚丙烯腈多元共聚物乳液及聚偏四氟乙烯中的至少一種。

在其中一些實(shí)施例中，所述分散劑選自羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酸、海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚丙烯醇天然油脂、高碳醇或二甲基硅油、二甲基亞砜及乙酸乙酯中的至少一種。

在其中一些實(shí)施例中，所述溶劑選自N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、去離子水及無水乙醇中的至少一種。

在其中一些實(shí)施例中，所述多孔硅、有機(jī)碳氮源、粘結(jié)劑、分散劑及溶劑的質(zhì)量比為1：(0.05～1)：(0.015～0.1)：(0.015～0.08)：(1～2.5)。

在其中一些實(shí)施例中，所述集流體為銅箔、碳布、鎳箔及鈦箔中的一種。

在其中一些實(shí)施例中，所述超聲攪拌的時(shí)間為1h～5h，超聲的頻率為20kHz～50kHz。

在其中一些實(shí)施例中，所述熱解處理的溫度為300℃～900℃，時(shí)間為0.5h～3h。