[发明专利]一种高能量锂电池负极浆料及其制备方法

说明书

本发明公开一种高能量锂电池负极浆料及其制备方法，其浆料包括以下组分：硅碳活性物质40～100份、导电剂0.5～10份、粘结剂1～10份、交联剂0.1～5份、缓冲液5～25份、去离子水5‑25份；所述粘结剂为海藻酸钠，交联剂为含二价金属阳离子水溶液，缓冲液为pH值为2～5。该负极浆料有效改善硅碳负极材料在充放电循环过程中因体积变化导致的粉化，能量衰减问题。且本发明制备方法简单、生产成本低、环境友好、生产连续化等优点，具备工业化生产的可能性。

技术领域

本发明涉及高能量锂电池技术领域，具体涉及一种高能量锂电池负极浆料及其制备方法。

背景技术

具有高能量密度、高工作电压、低自放电率、长使用寿命、无记忆效应、环境友好、高安全性等优势的锂离子电池在动力电源及电网储能系统等方面得到了广泛的使用。近年来，面对航空航天工业、高端军事装备、长续航电动汽车、便携式电子产品等应用领域的更高要求，高性能、低成本的锂离子电池成为研发热点。高比容量正负极材料是提高锂离子电池能量密度的关键因素。

传统商业化应用的碳基负极材料一般为石墨类，它具有循环寿命长、成本低、资源丰富等优势。但是它的理论比容量只有372mAh/g，无法实现锂离子电池的高能量密度要求，另外其嵌锂电位与金属锂的沉积电势十分接近(～0V vs.Li/Li+)，当电池过充时，极易在电极表面生成锂枝晶，导致起火甚至爆炸，存在巨大的安全隐患。

与石墨类负极材料相比，在地壳中含量较高的硅材料的理论比容量是目前所研究的负极材料中最高的，完全嵌锂时可高达4200mAh/g。且它具有较低的嵌/脱锂电位(～0.4Vvs.Li/Li+)，安全性能好，已经展示其替代石墨类材料成为新一代负极材料的趋势。然而，以纯硅材料作为负极使用时，在充放电循环过程中，硅颗粒产生的体积变化高达300％～400％，电极内部产生极大应力，导致活性材料开裂和粉化、电极结构破坏而从集流体上脱落下来，使电极材料失去电接触及硅粉与电解液之间的接触面不断变化，致使不稳定固体电解液膜(SEI)不断形成，库伦效率降低，从而导致硅负极的容量快速衰减，电化学循环稳定性变差。

为解决硅负极材料存在的体积变化问题，电极中的非活性成分(粘结剂)受到了更多的关注和研究，目前，已经规模化使用的粘结剂包括有机体系的PVDF和水系的CMC/SBR。PVDF没有功能化的直链结构，只能以范德华力与负极材料相结合，结晶度高，保形性差，对于具有严重体积变化的硅基材料不能提供足够的粘结力，导致电极材料易从集流体上粉化脱落，从而电池循环性能不稳定，容量迅速衰减；CMC与Si表面的化学键合力使得CMC/SBR对纳米Si/C电极具有较好的稳定性，但是CMC的粘性一般且脆性大、柔性差，充放电时极片易龟裂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明目的在于提供一种高能量锂电池负极浆料及其制备方法，采用海藻酸钠水性粘结剂，利用海藻酸钠膨胀率低，保形性好，分子链上羧基的排列更有规律，更均匀，含量较高，能与硅表面羟基形成氢键的特点，将形成氢键后的浆料通过交联反应形成网络结构，从而可以使硅碳颗粒被粘结剂形成的网络结构包覆，有效改善硅碳负极材料在充放电循环过程中因体积变化导致的粉化，能量衰减问题。且本发明制备方法简单、生产成本低、环境友好、生产连续化等优点，具备工业化生产的可能性。

本发明采用的技术方案为：

一种高能量锂电池负极浆料，包括以下组分：

硅碳活性物质40～100份、导电剂0.5～10份、粘结剂1～10份、交联剂0.1～5份、缓冲液5～25份、去离子水5-25份；所述粘结剂为海藻酸钠，交联剂为含二价金属阳离子水溶液，缓冲液为pH值为2～5。

所述一种高能量锂电池负极浆料，所述含二价金属阳离子水溶液中的二价金属阳离子包括Ca²⁺和/或Sr²⁺。