[发明专利]一种硅碳负极浆料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池，公开了一种硅碳负极浆料的制备方法，包括(1)将硅基材料与单壁碳纳米管、导电炭黑混合并进行真空搅拌，加入羧甲基纤维素钠继续搅拌均匀得到第一浆料；(2)向第一浆料中加入聚丙烯酸并进行真空搅拌，搅拌均匀得到第二浆料；(3)向第二浆料中加入石墨材料和聚丙烯酸并真空搅拌，加水后继续搅拌、分散得到第三浆料；(4)当第三浆料的粘度为4000～8000mpa·s时，加入SBR并进行真空搅拌，再经分散得到第四浆料；(5)对第四浆料进行除泡处理后，经搅拌、过筛得到硅碳负极浆料。本发明的有益效果在于：制备的硅碳负极浆料能够有效缓解硅颗粒在硅碳负极充放电过程中的体积膨胀，避免破坏硅碳负极的整体结构，从而改善电池循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硅碳负极浆料及其制备方法和应用。

背景技术

目前商业化锂电池广泛使用的石墨负极的容量在360mAh/g左右，已经非常接近其理论比容量(372mAh/g)，想要在石墨负极上提升电池的能量密度很难获得突破，于是人们将目光转向硅材料。硅是地壳中含量第二的元素，构成地壳总质量的25.7％，其来源丰富、价格便宜，对环境友好，因而硅负极材料的研究受到广泛的关注。然而，硅负极材料的商业化应用还受到一些因素的限制，硅负极在嵌锂/脱锂过程中伴随着明显的体积变化，这会导致电极材料中的硅粒发生破裂和粉化现象，硅粒与基底之间发生分离，进而导致电池内阻增加、容量快速下降、循环性能变差。

目前常规的方法是将硅材料与石墨混合使用，在保证提升容量的前提下，利用石墨具有较大比表面积的优点，通过石墨材料缓冲硅材料在充放电过程中体积的膨胀和缩小，如公布号为CN107819105A的中国发明专利文献中采用硅碳负极浆料制备负极极片，该技术虽可缓和硅基材料因体积膨胀导致的材料粉化、脱落现象，但随着硅基长期的体积膨胀收缩会导致电极内部导电网络的断开，从而降低电池的循环寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种硅碳负极浆料的制备方法，制备的硅碳负极浆料能够有效缓解硅颗粒在硅碳负极充放电过程中的体积膨胀，避免破坏硅碳负极的整体结构，从而改善电池循环性能。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题：

本发明第一方面提出一种硅碳负极浆料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅基材料与单壁碳纳米管、导电炭黑混合并进行真空搅拌，加入羧甲基纤维素钠继续搅拌均匀得到第一浆料；

(2)向第一浆料中加入聚丙烯酸并进行真空搅拌，搅拌均匀得到第二浆料；

(3)向第二浆料中加入石墨材料和聚丙烯酸并真空搅拌，加水后继续搅拌、分散得到第三浆料；

(4)当第三浆料的粘度达到设定粘度时，加入丁苯橡胶并进行真空搅拌，再经分散得到第四浆料；

(5)对第四浆料进行除泡处理后，经搅拌、过筛得到硅碳负极浆料。

有益效果：本申请将单壁碳纳米管、导电炭黑与硅基材料混合，使导电剂与硅之间有更多的浸润，不仅提高了负极材料的导电性，还在一定程度上抑制了硅的膨胀；同时添加的羧甲基纤维素钠作为分散剂，使得硅基材料在负极浆料中具有更优的分散效果；而后添加的聚丙烯酸作为粘结剂，经搅拌捏合后均匀地包覆在硅负极表面；再添加石墨材料和聚丙烯酸并进行捏合分散，再添加丁苯橡胶并分散匀浆后得到硅碳负极浆料；预先添加聚丙烯酸进行捏合后，再次添加聚丙烯酸进一步补充粘结剂的量，有效地提高了极片的粘结力和内聚力，通过该种和浆方式得到的硅碳负极浆料分散均匀、性能稳定；而且在后续制备极片的过程中，高温烘烤使具有优良弹性的羧甲基纤维素钠和具有较强刚性的聚丙烯酸发生交联反应并形成3D导电网络，进一步增强了颗粒间结合的内聚力，起到增强抑制硅膨胀的效果，有效地解决了硅负极充在放电过程中发生体积膨胀造成硅粒破裂和粉化的问题，确保了硅碳负极的整体结构，进一步提高了锂离子电池的循环性能。