CN107316981A - 一种提高硅基负极循环性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高硅基负极循环性能的方法，包括如下步骤：将硅基材料与导电剂、增稠剂、丙烯酸树脂粘结剂混合均匀，涂布，干燥得到负极极片；在氮气气氛下，对负极极片进行γ射线辐照得到硅基负极。本发明不仅能提高硅基负极的长循环性能，而且对硅基材料的首次库伦效率有一定的提升，且工艺简单，适用性强(PAA类的均可)，适合大规模生产，有望在锂离子电池领域得到很好的实际应用。
Description
技术领域
本发明涉及新能源锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提高硅基负极循环性能的方法。
背景技术
近年来，为了发展高能量密度的可充电锂离子电池，大量的工作集中在硅基负极材料上，原因是硅具有超高的理论容量(4200mAh/g)，然而由于在脱嵌锂的过程中伴随很大的体积效应导致硅颗粒的粉化、与导电剂之间失去了电接触，破坏了整个电极结构，从而造成了容量的衰减和差的循环性能。而一个很重要的方法去解决这些问题就是寻找一种合适的粘结剂，常见的有PAA、CMC/SBR、海藻酸钠、壳聚糖、PI、PAI等，但大多都为点接触或线接触，粘结力不足以承受硅的高达300％体积变化，因此需要一款3D结构的粘结剂。但现有技术大多采用加入交联剂，并对极片进行热处理的方法获得所需的3D结构，但这种方法提高了加工成本，不利于工业化生产。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种提高硅基负极循环性能的方法，利用绿色环保的高能γ射线对负极极片进行处理，最终得到循环性能提高的电池，而且工艺简单，成本可控，适合大规模生产。
本发明提出的一种提高硅基负极循环性能的方法，包括如下步骤：将硅基材料与导电剂、增稠剂、丙烯酸树脂粘结剂混合均匀，涂布，干燥得到表面完整的负极极片；在氮气气氛下，对负极极片进行γ射线辐照得到硅基负极。
优选地，硅基材料为硅/碳复合纳米材料或氧化亚硅/碳复合纳米材料。
优选地，导电剂为炭黑导电剂super-p、碳纳米管、石墨烯、科琴黑和/或乙炔黑。
优选地，增稠剂为羧甲基纤维素钠。
优选地，硅基材料与导电剂、增稠剂、丙烯酸树脂粘结剂的质量比为90～92：1.5～2.5：0.5～1.5：5～7。
优选地，γ射线辐照的剂量率为1～3kGy/h，γ射线辐照的时间为10～30h。
负极极片在γ射线的作用下辐照一定的吸收剂量，由于γ射线辐照使粘结剂分子产生各种自由基，通过自由基的相互结合而形成新的连接键，从而由线型结构变成了体型，对抑制硅的体积效应大大加强，从而提高了硅基负极的循环性能。
上述“混合均匀”是指混合所得浆料外观正常，且常温静置12h不会发生沉降现象。
上述“表面完整的负极极片”是指负极极片表面光滑，无明显颗粒和气泡。
上述“氮气气氛下”是指将负极极片放置于充满氮气的密封容器中。
本发明具有如下技术优点：
1、提高硅基负极长循环性，同时对硅基负极材料的首次库伦效率有一定的提升；
2、该方法工艺简单、适合大规模生产。
附图说明
图1为本发明实施例4所得硅基负极制得的扣电与对比例1所得硅基负极制得的扣电在0.1C的循环性能对比图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种提高硅基负极循环性能的方法，包括如下步骤：按重量份将90份硅/碳复合纳米材料与2.5份碳纳米管、0.5份增稠剂、7份丙烯酸树脂粘结剂混合均匀，涂布，干燥得到表面完整的负极极片；在氮气气氛下，对负极极片进行γ射线辐照得到硅基负极，γ射线辐照的剂量率为1kGy/h，γ射线辐照的时间为30h。
实施例2
一种提高硅基负极循环性能的方法，包括如下步骤：按重量份将92份氧化亚硅/碳复合纳米材料与1.5份石墨烯、1.5份增稠剂、5份丙烯酸树脂粘结剂混合均匀，涂布，干燥得到表面完整的负极极片；在氮气气氛下，对负极极片进行γ射线辐照得到硅基负极，γ射线辐照的剂量率为3kGy/h，γ射线辐照的时间为10h。
实施例3
一种提高硅基负极循环性能的方法，包括如下步骤：按重量份将91份氧化亚硅/碳复合纳米材料和2份炭黑导电剂super-p在研钵内研磨均匀，再加入1份羧甲基纤维素钠和6份丙烯酸树脂粘结剂混合均匀后得到浆料，调节浆料黏度，然后进行涂布，涂布过程中控制面密度，干燥得到负极极片；将负极极片置于自封袋中，向上述自封袋中充满氮气，将充满氮气的自封袋置于γ射线的辐射源中，以2.5kGy/h的剂量率辐照20h，总吸收剂量为50kGy，得到硅基负极。
实施例4
一种提高硅基负极循环性能的方法，包括如下步骤：按重量份将91份氧化亚硅/碳复合纳米材料和2份炭黑导电剂super-p在研钵内研磨均匀，再加入1份羧甲基纤维素钠和6份丙烯酸树脂粘结剂混合均匀后得到浆料，调节浆料黏度，然后进行涂布，涂布过程中控制面密度，干燥得到负极极片；将负极极片置于自封袋中，向上述自封袋中充满氮气，将充满氮气的自封袋置于γ射线的辐射源中，以2.5kGy/h的剂量率辐照30h，总吸收剂量为75kGy，得到硅基负极。
实施例5
一种提高硅基负极循环性能的方法，包括如下步骤：按重量份将91份硅/碳复合纳米材料和2份炭黑导电剂super-p在研钵内研磨均匀，再加入1份羧甲基纤维素钠和6份丙烯酸树脂粘结剂混合均匀后得到浆料，调节浆料黏度，然后进行涂布，涂布过程中控制面密度，干燥得到负极极片；将负极极片置于自封袋中，向上述自封袋中充满氮气，将充满氮气的自封袋置于γ射线的辐射源中，以2kGy/h的剂量率辐照25h，总吸收剂量为50kGy，得到硅基负极。
对比例1
按重量份将91份氧化亚硅/碳复合纳米材料和2份炭黑导电剂super-p在研钵内研磨均匀，再加入1份羧甲基纤维素钠和6份丙烯酸树脂粘结剂混合均匀后得到浆料，调节浆料黏度，然后进行涂布，涂布过程中控制面密度，干燥得到硅基负极。
对比例2
按重量份将91份硅/碳复合纳米材料和2份炭黑导电剂super-p在研钵内研磨均匀，再加入1份羧甲基纤维素钠和6份丙烯酸树脂粘结剂混合均匀后得到浆料，调节浆料黏度，然后进行涂布，涂布过程中控制面密度，干燥得到负极极片。
试验例1
以金属锂为对电极，与实施例3-4所得硅基负极或对比例1所得硅基负极制成扣电，进行循环性能的评测(温度为25℃，电压为5mV～1.5V，电流为0.1C)，其结果如下：
| 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | |
| 循环性能 | 120cycle | 168cycle | 37cycle |
| 首次库伦效率提高率 | 2％ | 3％ | 0 |
试验例2
以金属锂为对电极，与实施例5所得硅基负极或对比例2所得硅基负极制成扣电，进行循环性能的评测(温度为25℃，电压为5mV～1.5V，电流为0.1C)，其结果如下：
| 实施例5 | 对比例2 | |
| 循环性能 | 50cycle | 20cycle |
| 首次库伦效率提高率 | 1.5％ | 0 |
由上述试验例可知：本发明所得硅基负极经γ射线辐照后，提高了循环性能，而且使首次库伦效率略有提升。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种提高硅基负极循环性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：将硅基材料与导电剂、增稠剂、丙烯酸树脂粘结剂混合均匀，涂布，干燥得到负极极片；在氮气气氛下，对负极极片进行γ射线辐照得到硅基负极。
2.根据权利要求1所述提高硅基负极循环性能的方法，其特征在于，硅基材料为硅/碳复合纳米材料或氧化亚硅/碳复合纳米材料。
3.根据权利要求1或2所述提高硅基负极循环性能的方法，其特征在于，导电剂为炭黑导电剂super-p、碳纳米管、石墨烯、科琴黑和/或乙炔黑。
4.根据权利要求1-3任一项所述提高硅基负极循环性能的方法，其特征在于，γ射线辐照的剂量率为1～3kGy/h，γ射线辐照的时间为10～30h。
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