[发明专利]一种复合粘结剂、硅基负极片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合粘结剂、硅基负极片及其制备方法。所述的硅基负极片的制备方法包括：将不同分子量的聚偏氟乙烯通过球磨机混料，获得复合粘结剂；将复合粘结剂溶解于有机溶剂，获得粘结剂胶液；将导电剂分散于粘结剂胶液中，获得导电胶液；将硅碳复合材料粉末及有机溶剂添加至导电胶液中，制得电极浆料；将电极浆料涂布于负极集流体上，将所得涂布有电极浆料的集流体进行真空高温去溶剂处理；对所得的负极极片进行辊压，得到硅基负极片。所制备的硅基负极片能够有效改善锂电池电极材料性能，提高电池的倍率性能和循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种高性能复合粘结剂、基于此粘结剂的硅基负极片及其制备方法，属于储能电池技术领域。

背景技术

锂离子电池能量密度高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长，被广泛用于智能可穿戴设备及新能源汽车等领域。然而，由于锂离子电池应用工况复杂，人们对其能量密度、循环寿命、安全性能等方面提出了更高的要求。研发高能量密度硅负极(理论比容量4200mAh·g^-1)以代替目前石墨负极(理论比容量372mAh·g^-1)是改善锂离子电池性能的一个重要途径。然而，在充放电过程中，硅材料体积变化巨大(远高于石墨)，引起自身粉化，造成活性物质从集流体脱落，导致电池的循环稳定性差。采用抑制电极膨胀的粘接剂，是解决硅体积膨胀问题的重要方法。粘结剂能够将硅碳复合材料、导电剂以及集流体紧密粘结在一起，从而稳定电极结构，解决硅体积膨胀。

目前常用的锂离子电池粘结剂包括苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈的多元共聚物(LA系列聚合物)以及聚偏氟乙烯(PVDF)类。SBR与极性电解液的亲和性较差，导致充放电过程中锂离子在粘结剂中传导困难，电池内阻增加，难以满足锂电池尤其是动力电池对大倍率充放电的需求。LA系列聚合物玻璃化转变温度过高，极片易变硬变脆，致使其加工性能差。例如，在涂布过程中易开裂，在辊压后易产生条纹，这些都制约了其在锂电池尤其是动力电池中的应用。传统PVDF(分子量约为100万)虽然具有较好的电化学稳定性，优异的柔韧性，但是其与电解液中的丙烯碳酸酯作用时容易发生溶胀，造成电极结构变形，同时其粘结力降低，导致电池的循环性能变差，这限制了PVDF在抑制硅基负极膨胀方面的应用。

发明内容

本发明目的是提供一种高性能复合粘结剂、基于此粘结剂的硅基负极片及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种硅基负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将重均分子量为150万-300万的聚偏氟乙烯10-80wt％，重均分子量为80万-140万的聚偏氟乙烯10-70wt％以及重均分子量为20万-60万的聚偏氟乙烯0-60wt％通过球磨机混料，获得复合粘结剂；

步骤2：将步骤1所得的复合粘结剂溶解于有机溶剂，获得粘结剂胶液；

步骤3：将导电剂分散于步骤2所得的粘结剂胶液中，获得导电胶液；

步骤4：将硅碳复合材料粉末及有机溶剂添加至步骤3所得的导电胶液中，制得电极浆料；

步骤5：将步骤4所得的电极浆料通过自动涂布机涂布于负极集流体上，获得涂布有电极浆料的集流体；

步骤6：将所得涂布有电极浆料的集流体进行真空高温去溶剂处理；

步骤7：对所得的负极极片进行辊压，得到硅基负极片。

优选地，所述的硅碳复合材料为硅基与碳基材料的混合物。更优选地，所述的碳基材料为硬碳、软碳、天然石墨以及人造石墨中的一种或多种。更优选地，所述的硅基材料为微米硅、纳米硅、氧化亚硅以及氧化硅中的一种或多种。

优选地，所述的导电剂为乙炔黑、科琴黑、碳纤维和Super P中的一种。

优选地，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、乙腈和二甲基甲酰胺中的一种。