[发明专利]一种机械复合免烧制备锂电池硅碳负极的方法

说明书

本发明提出一种机械复合免烧制备锂电池硅碳负极的方法及其产品，其将硅粉、碳粉球磨后与SBR丁苯胶乳、硅酸盐矿物、导电填料等原料混合球磨，形成浆状体混合物后再与表面活性剂混合，形成包覆硅碳混合粉末的复合浆料，导电泡沫塑料充分浸润复合浆料，最后复合浆料在室温固化后形成具有泡沫结构的载体负载硅/碳负极极片。该方法能够在常温下固化，制备工艺简单而且能够对硅碳负极材料形成物理限域，提高硅/碳粉末的复合能力。另外在复合浆料中掺入一定量的丁苯胶乳，能够使活性材料、导电剂均匀地嵌入到泡沫塑料内部，充分、有效地形成导电通道，并且负极材料比表面积大，电解液能与负极材料形成充分浸润，电池的循环性能得到有效提高。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种锂电池硅碳负极的制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池在手机、笔记本电脑、新能源汽车以及储能等领域的广泛应用，对锂离子电池也提出了更高的要求，需要更高的能量密度、更好的循环寿命、更好的高低温充放电性能和安全性能等，这就要求锂离子电池用正极、负极材料需要得到进一步地发展与完善。锂离子电池的主要组成为正极、负极、电解液、隔膜以及封装组件。其中商用负极应用最为成熟的是石墨负极，其理论比能量为372mAh/g，但是实际应用中已经开发至接近理论。新型硅基负极嵌锂容量约为石墨的十倍，是目前研究最为广泛的材料之一。然而，硅基负极在使用过程中存在首效低、体积膨胀，材料剥离、粉化以及SEI膜重复生长消耗电解液等问题，限制了它的实际应用。

专利CN108878809A提出了一种半空心结构陶瓷的锂电池负极材料及制备方法，通过稀土掺杂导电陶瓷对硅碳负极材料进行限域，抑制其体积形变。专利CN107507972A提出了硅碳负极材料的制备方法、硅碳负极材料以及锂离子电池，通过硅合金去合金化后进行碳包覆，提高硅碳负极的稳定性。专利CN111384376A提出了硅碳负极材料及其制备方法、应用和制得的锂离子电池，通过在硅的碳包覆过程中加入造孔剂，提高电解液的浸润性。专利CN105406044A公开了一种抗膨胀的硅碳负极片，该硅碳负极片由涂覆浆料的金属箔材构成，所述的浆料包含内置石墨烯的硅碳粉体、粘结剂、溶剂以及碳纳米管，最终制取是通过喷涂将制得浆料按照实际面密度需求涂敷在金属箔材上。然而一方面这些方法都难以避免现有的高温碳化包覆工艺，对于设备的要求较高，生产能耗高，不经济环保，另一方面制备得到电极材料对于电解液的浸润效果都比较差，导致电池充放电性能不够理想。因此，针对硅碳负极极片的生产过程的简化和极片的性能提高具有十分重要的实际意义。针对现有硅碳负极材料工序复杂，电解液浸润效果差的问题，本发明通过对硅、碳进行负载后进行脱水固化成型，获得一种具有泡沫结构的载体负载硅/碳负极极片。

发明内容

针对现有硅碳负极材料工序复杂，电解液浸润效果差的问题，本发明提出一种机械复合免烧制备锂电池硅碳负极的方法，通过导电泡沫塑料吸附浸润复合浆料，能够在常温下固化，制备工艺简单，不需要在高温下进行烧结，另外在复合浆料中掺入一定量的丁苯胶乳，均匀分散的丁苯胶乳乳液液滴容易与硅酸盐矿物、导电添加剂、纳米硅粉等材料碰撞包融，这种携带了粉体材料的丁苯胶乳乳液粒子与多孔导电泡沫塑料具有良好的相容性，能够使活性材料、导电剂均匀地嵌入到泡沫塑料内部，充分、有效地形成导电通道，并且负极材料比表面积大，电解液能与负极材料形成充分浸润，电池的循环性能得到有效提高。本发明通过对硅、碳进行负载后进行脱水固化成型，获得一种具有泡沫结构的载体负载硅/碳负极极片。

一种机械复合免烧制备锂电池硅碳负极的方法，其特征在于具体制备步骤如下：

步骤S1、将纳米硅粉、碳粉、CMC、SBR丁苯胶乳、去离子水共混，加入球磨机球磨30-40min，将硅酸盐矿物、导电填料、悬浮剂、粘结剂和去离子水加入球磨机中，继续球磨60-80min，获得浆体状混合物；

步骤S2、将步骤S1中获得的浆体状混合物与表面活性剂充分混合，加入双螺杆挤出机进行混合、挤出，获得复合浆料。