[发明专利]一种硅碳负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳负极及其制备方法，该硅碳负极包括集流体、涂覆于集流体上的活性材料层和涂覆于活性材料层上的功能涂层；功能涂层包括聚吡咯和单壁碳纳米管，聚吡咯与单壁碳纳米管形成三维网状导电网络。本发明还提供了硅碳负极的制备方法，包括：(1)在集流体上涂覆活性材料层浆料；(2)在集流体的活性材料层上涂覆功能涂层浆料，得到硅碳负极；功能涂层浆料采用以下方法制备得到：将吡咯单体分散于包含单壁碳纳米管的溶液中制备得到功能涂层浆料；在反应过程中，吡咯单体聚合形成聚吡咯，聚吡咯与单壁碳纳米管形成三维网状导电网络。本发明的硅碳负极抑制了硅系锂离子电池的硅碳负极的体积膨胀，并提高了硅碳负极的导电性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种硅碳负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有无记忆效应、自放电小、电压高、循环寿命长、环境友好等优点，现有的商业化锂离子电池大多采用石墨作为负极材料，但其理论电化学储锂容量仅为372mAh/g，远不能满足锂离子电池需要进一步提高能量密度的需求。与石墨负极相比，硅基负极材料能量密度优势明显，理论比容量可高达4200mAh/g，并且由于其储量丰富、嵌锂电位低等优点，成为负极材料研究与应用的热点。但硅基负极材料在实际应用中存在很多问题亟待解决，主要表现为：硅在嵌脱锂过程中体积效应大，高的体积膨胀率使得硅颗粒在循环过程中粉化严重，衰减迅速；其次，硅为半导体，导电性能比石墨负极差很多，极大影响了硅基体系锂离子电池的首次库伦效率及大电流充放电能力。总之，现有硅基体系锂离子电池存在硅碳负极体积膨胀率大及导电性能差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种硅碳负极及其制备方法，抑制了硅系锂离子电池的硅碳负极的体积膨胀，并提高了硅碳负极的导电性能。

基于上述目的，本发明提供了一种硅碳负极，包括集流体、涂覆于所述集流体上的活性材料层和涂覆于所述活性材料层上的功能涂层；

所述功能涂层包括聚吡咯和单壁碳纳米管，所述聚吡咯与所述单壁碳纳米管形成三维网状导电网络。

在本发明的一些实施例中，所述功能涂层还包括羧甲基纤维素锂，所述聚吡咯与所述单壁碳纳米管和所述羧甲基纤维素锂形成三维网状导电网络；

优选地，所述聚吡咯、所述单壁碳纳米管与所述羧甲基纤维素锂的质量比为：(40-60):(20-50):(0.5-10)。

在本发明的一些实施例中，所述活性材料层包括硅碳负极材料、导电剂和粘结剂；

优选地，所述硅碳负极材料、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为：(80-99.5):(0.1-10):(0.1-10)。

在本发明的一些实施例中，所述硅碳负极材料包括氧化亚硅和石墨；

优选地，所述氧化亚硅占所述硅碳负极材料的质量百分比为5-25％。

在本发明的一些实施例中，所述导电剂选自单壁碳纳米管、石墨烯、导电石墨、导电炭黑、科琴黑或碳纤维中的至少一种；

和/或，所述粘结剂选自聚丙烯酸、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、海藻酸钠、氟化橡胶或丙烯腈多元共聚物中的至少两种。

在本发明的一些实施例中，所述导电剂包括导电炭黑和单壁碳纳米管；

优选地，所述导电炭黑与所述单壁碳纳米管的质量比为：(1-20):1。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种硅碳负极的制备方法，包括以下步骤：

(1)在集流体上涂覆活性材料层浆料；

(2)在集流体的活性材料层上涂覆功能涂层浆料，得到硅碳负极；

所述功能涂层浆料采用以下方法制备得到：