[发明专利]一种基于改性明胶粘结剂的锂离子电池硅碳负极极片的制备方法

说明书

一种基于改性明胶粘结剂的锂离子电池硅碳负极极片的制备方法，步骤：将明胶颗粒浸泡在去离子水中，加热搅拌得到明胶溶液；将疏水单体和亲水单体混合，通过乳液聚合得到乳胶聚合物；将乳胶聚合物与明胶溶液混合后加入交联剂，得到乳胶液；将乳胶液调节粘度后，与硅碳负极材料、导电剂混合搅拌后过滤得到负极材料；将负极材料均匀涂覆在导电铜箔集流体表面，加热烘干辊压膜切后得到成品极片。本发明工艺合理，易操作，原料广泛、成本低廉，制备的的锂离子电池硅碳负极极片具有成本低廉、电导率高、机械性能好、热力学稳定和抗体积变化的特点。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种锂离子电池极片的制备方法，具体涉及一种基于改性明胶粘结剂的锂离子电池硅碳负极极片的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有能量密度高、循环性能好、自放电率低、环保无污染等优点成为当今世界应用和研究最广泛的二次电池之一。目前，锂离子电池已成功应用于手机、笔记本电脑等便携式电子设备，并逐步向电动汽车、航天航空以及储能系统等领域发展。新的应用对锂离子电池的比容量、倍率特性、循环寿命等性能提出了更高的要求。

锂离子电池的性能很大程度上取决于组成电池的正负极材料，而石墨是目前商业化锂离子电池最常用的负极材料。传统石墨负极材料的实际比容量已经接近其理论比容量372mAh/g，进一步改性提升的空间已经非常有限，难以满足市场对高容量负极日益增长的需求。故此以高比容量著称的硅基复合负极材料，因其具有数倍于石墨负极的理论比容量，成为当今世界的研究热点。

硅碳负极材料比较传统石墨负极的优势在于比容量大幅度提高，但是目前依旧存在循环性能不理想的问题。在进行电化学反应的同时，伴随着多个锂离子的脱嵌，自身产生了巨大的体积变化，容易粉化、剥落、刺穿隔膜，使得电池结构遭到严重破坏，进而导致循环比容量的迅速下降。

针对这一缺陷，有不少研究者通过石墨包覆硅纳米粒子等方法对硅碳负极材料自身进行修饰改性，如专利号为CN201510545414.7的中国发明专利《一种掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料及其制备方法》，它是由硅纳米粒子和石墨烯均匀地分散在碳纳米纤维基质中构成。具体制备方法为：以聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/正硅酸乙酯/氧化石墨烯的混合溶液作为壳层溶液，以聚甲基丙烯酸甲酯溶液作为芯层溶液，利用同轴静电纺丝技术得到掺杂氧化石墨烯的聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅纳米纤维，将得到的纳米纤维在200-300℃条件下预氧化，然后在500-1000℃条件下进行高温碳化，最后利用镁粉热还原得到掺杂石墨烯的中空多孔的碳/硅纳米纤维锂电池负极材料。该方法提高了电极材料的导电性，改善了锂电池负极材料的循环稳定性，但容易带来容量下降等问题。如专利申请公开号CN 104332632 A也报道了对硅碳负极材料自身进行修饰改性的一些方法，但是也存在容易带来容量下降等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于改性明胶粘结剂的锂离子电池硅碳负极极片的制备方法，制备的锂离子电池硅碳负极极片具有成本低廉、电导率高、机械性能好、热力学稳定的特点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于改性明胶粘结剂的锂离子电池硅碳负极极片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将明胶颗粒浸泡在去离子水中，加热搅拌得到明胶溶液；

2)将疏水单体和亲水单体混合，通过乳液聚合得到乳胶聚合物；

3)将乳胶聚合物与明胶溶液混合后加入交联剂，经反应得到乳胶液，即基于改性明胶粘结剂；

4)将上述乳胶液调节粘度后，与硅碳负极材料、导电剂混合搅拌后过滤得到负极材料；

5)将上述负极材料均匀涂覆在导电铜箔集流体表面，加热烘干辊压膜切后得到成品极片。

作为优选，所述步骤1)中的明胶颗粒为取代度为3.4、5或者8的改性明胶。