[发明专利]一种锂离子电池硅碳复合负极材料复合导电剂、负极片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅碳复合负极材料复合导电剂、负极片及其制备方法，按质量百分比计，所述复合导电剂包括如下固体类组分：硅碳复合材料60‑95％，碳纳米管0.05‑0.1％，石墨烯0.5‑2％，辅助碳黑导电剂0‑20％，纳米碳纤维1‑6％，分散剂1‑5％，粘结剂2‑8％，还公开了该复合导电剂的负极片及其制备方法。应用本发明提供的锂离子电池硅碳复合负极材料复合导电剂的锂离子电池阻抗低、循环寿命长，大幅度提高锂离子电池的整体性能，可以满足电子产品长时间的使用需求，有利于提高电池生产厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

技术领域

本发明涉及碳纳米管导电材料，尤其涉及一种锂离子电池硅碳复合负极材料复合导电剂、负极片及其制备方法。

背景技术

近年来,随着化石能源的日益减少和环境问题的日益严峻,锂离子电池在电动汽车和储能领域的应用越来越受到人们的关注。由于锂离子电池相对于其它类型电池具有较高的能量密度和功率密度，被认为是目前最有前景的电能储存设备。

然而,现有的锂离子电池的能量密度和功率密度依然偏低,其安全性和循环寿命尚未达到未来电动汽车和储能系统应用的要求。

在负极材料方面，目前商业化的锂离子电池主要采用石墨类碳负极材料，其导电性能优异，循环稳定性高，但其372mAh/g理论克容量已经不能满足对高能量密度锂离子电池的广泛需求。因此，大量的技术研究已转向寻找新型高理论克容量负极体系。目前，虽然硅的嵌锂理论克容量高达4200mAh/g，并且在地球上的储量十分丰富，具有重大的应用前景。然而，硅基材料因其体积膨胀大、导电性能差和较差的循环性能限制了其实际应用。具体表现在：硅材料的体积膨胀导致硅材料之间以及硅材料与导电剂之间的接触力降低，造成电池的循环稳定性差，以及硅材料本身的导电性能差，导致电池阻抗的增加，降低了电池的循环性能。

优异的导电剂需要具备以下几个特征：一、电导率较高，高电导率的材料能提高电子的迁移速率；二、粒径较小，小粒径的材料能填充锂离子电池正极材料的空隙，使材料之间的接触较好，易于锂离子的迁移；三、高比表面积，比表面积大的材料能较好的与正、负极材料接触，同样易于吸收电解液；四、易于分散，在正极材料配制浆料过程中易于分散，能较好的与正极材料混合在一起；五、高稳定性，在锂离子电池充放电的过程中能稳定存在，不会发生与电解液的反应而影响电池的循环性能。现有商品化的导电剂以碳材料为主，主要包括导电石墨、导电炭黑和碳纳米管等，上述导电剂各有自身的优点，但是不具备一种优异导电剂应该具备的上述特征，无法满足锂离子电池用导电剂的需求。

因此，目前迫切需要开发出一种技术可以有效改善硅基材料的导电性能及充放电过程中的体积膨胀效应，保证由硅基材料制备的负极极片所应用的锂离子电池阻抗低、循环寿命长，大幅度提高锂离子电池的整体性能。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提供了一种导电性能好、无明显体积膨胀效应、理论克容量高的锂离子电池硅碳复合负极材料复合导电剂、负极片及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明的第一方面，提供了一种锂离子电池硅碳复合负极材料复合导电剂，按质量百分比计，所述复合导电剂包括如下固体类组分：

优选地，所述硅碳复合材料包括人造石墨，还包括SiOx、Si中的一种或两种；所述复合材料中硅元素的含量百分比为3-100％。

优选地，所述碳纳米管的平均外径为2-50nm，长度5um；所述纳米碳纤维的长度小于15um，直径150nm；所述石墨烯选自单层石墨烯和多层石墨烯中一种或两种。

优选地，所述辅助碳黑导电剂选自乙炔黑、科琴黑和导电炭黑SuperP中一种或多种。