CN108511688A - 一种硅负极极片的热处理制备方法 - Google Patents

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邓健想
刘长昊
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    • H01M4/00—Electrodes
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    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明涉及硅负极极片的制备技术领域，具体提供了一种硅负极极片的热处理制备方法，包括以下步骤S1、将涂布好的硅负极大卷或已成型的硅负极小片采用铜箔或铝箔进行包裹；S2、将包裹后的极片放到高温烤箱中，在真空或惰性气体保护条件下进行热处理；S3、将热处理后的极片取出至常温且真空条件下退火，本发明经热处理后的负极无需在高温烤箱中冷却，直接取出转移至常温烤箱中冷却即可，该方法既可以达到聚合物粘结剂热聚合的目的，又不会导致硅负极氧化，且本发明提供的制备方法操作简单、时间短，有益于工业化生产。

Description

一种硅负极极片的热处理制备方法
技术领域
本发明涉及硅负极极片的制备技术领域，尤其涉及一种硅负极极片的热处理制备方法。
背景技术
由于锂离子电池工作电压高和能量密度大的优点，被广泛应用于数码产品、电动工具以及无人机等各个方面，但因为材料的限制，使得锂离子电池的发展进入瓶颈期，能量密度无法获得进一步的提升，硅的理论比容量高达4200mAh/g，且储量丰富，成为理想的负极材料，但硅负极充放电过程中，硅的嵌脱锂伴随着巨大的体积膨胀，引起材料的粉化，电极材料剥落，电阻显著增加，使电池的循环性能急剧下降。为了解决硅负极的膨胀问题，可以使用聚合物类粘结剂代替PVDF、丁苯橡胶等传统的粘结剂，在使用聚合物类粘结剂时，通过高温热处理，使单体聚合、形成网状结构，可以提高其粘接性能，但传统的热处理工艺繁琐，只能在管式炉或其它炉体内通入保护气下进行，并且每次只能处理极少量的极片，整个升温降温过程所需要的时间又太长，长时间的升温降温过程不仅容易导致粘结剂失效，粘结性能变差，还容易使箔材氧化，硅负极材料变质。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种既可以达到聚合物粘结剂热聚合的目的，又不会导致硅负极氧化，操作简单、时间短的硅负极极片的热处理制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的具体方案如下：一种硅负极极片的热处理制备方法，包括以下步骤S1、将涂布好的硅负极大卷或已成型的硅负极小片采用铜箔或铝箔进行包裹；S2、将包裹后的极片放到高温烤箱中，在真空或惰性气体保护条件下进行热处理；S3、将热处理后的极片取出至常温且真空条件下退火。
优选的，所述步骤S2中的热处理温度为150-350℃，时间为0.16-12h，提高极片材料中粘结剂的粘结性能。
优选的，所述步骤S2中的热处理温度为200-350℃，时间为0.5-2h，既节省时间同时又能提高极片材料中粘结剂的粘结性能。
优选的，所述步骤S1中还包括以下过程，将包裹后的硅负极大卷或已成型的硅负极小片使用高温胶缠绕固定，起到固定作用，有效防止包裹好的极片出现散开现象。
进一步优选的，所述惰性气体为氮气，氮气具有价格低廉，容易获得的优点。
优选的，所述硅负极大卷的制备方法如下：A1、将聚合物粘结剂溶解于氮甲基吡咯烷酮溶剂或水中，搅拌制成胶液；A2、按比例依次加入以下物质到胶液中，活性碳（0-80%）：活性硅材料（0-30%）：粘结剂（2-15%）：导电剂（3-7%），制作成粘度为2000-7000mpas.s的负极浆料；A3、将浆料涂布在铜箔或铝箔上，经涂布机烤箱去除溶剂后固化收卷。
优选的，所述步骤A3还包括以下过程，经涂布机烤箱去除溶剂后再放至真空干燥箱中进一步烤干溶剂，从而减少热处理时极片的溶剂含量，另外可有效减少热处理的时间。
优选的，所述聚合物粘结剂为聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸中的一种或几种，这些粘结剂经热处理后，进一步形成聚合网络，提升粘结性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明通过对采用聚合物类粘结剂的硅负极进行热处理，极大地改善了硅负极的膨胀问题，从而提高了硅负极的循环性能，使用该方法，极大的简化了热处理工艺，易于工业化生产；
2、经热处理后的负极无需在高温烤箱中冷却，直接取出转移至常温烤箱中冷却即可，该方法既可以达到聚合物粘结剂热聚合的目的，又不会导致硅负极氧化，操作简单，时间短。
附图说明
图1为硅负极极片的热处理方法流程图；
图2为硅负极大卷的制备方法流程图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参照图1，本实施例提供的一种硅负极极片的热处理方法，包括以下步骤S1、将涂布好的硅负极大卷或已成型的硅负极小片采用铜箔或铝箔进行包裹；S2、将包裹后的极片放到高温烤箱中，在真空或惰性气体保护条件下进行热处理；S3、将热处理后的极片取出至常温且真空条件下退火。
具体的，惰性气体为氮气，氮气具有价格低廉，容易获得的优点，在真空或氮气的保护下将涂布好的硅负极大卷或已成型的硅负极小片采用铜箔或铝箔进行包裹，能够有效防止硅负极氧化，当然也可以使用其他不透气且耐高温的箔材，或者使用其他小型密封盒放置极片，并将密封盒抽真空或充满惰性气体进行保护，包裹后的极片放到高温烤箱中进行热处理，其中温度范围在150-350℃内，时间范围在0.16-12h内有利于提高极片材料中粘结剂的粘结性能，达到聚合物粘结剂热聚合的目的，将热处理后的极片取出至常温且真空条件下退火，防止极片在高温下氧化，导致材料变质。
实施例二：
本实施例类似于实施例一，作为进一步的优选方案，本实施例在步骤S2中的较佳热处理温度为200-350℃，时间为0.5-2h，既节省时间同时又能提高极片材料中粘结剂的粘结性能。
实施例三：
请参照图2，本实施例提供了硅负极大卷的制备方法，具体如下：A1、将聚丙烯酸溶解于氮甲基吡咯烷酮或水溶剂中，搅拌制成胶液；A2、按比例依次加入以下物质到胶液中，活性碳（0-80%）：活性硅材料（0-30%）：粘结剂（2-15%）：导电剂（3-7%），制作成粘度为2000-7000mpa.s的负极浆料；A3、将浆料涂布在铜箔或铝箔上，经涂布机烤箱去除溶剂后固化收卷。
实施例四：
本实施例类似于实施例三，作为进一步的优选方案，本实施例的步骤A3还包括以下过程，经涂布机烤箱去除溶剂后再放至真空干燥箱中进一步烤干溶剂；
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将涂布好的硅负极大卷或已成型的硅负极小片采用铜箔或铝箔进行包裹；
S2、将包裹后的极片放到高温烤箱中，在真空或惰性气体保护条件下进行热处理；
S3、将热处理后的极片取出至常温且真空条件下退火。
2.根据权利要求1所述的硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的热处理温度为150-350℃，时间为0.16-12h。
3.根据权利要求1所述的硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的热处理温度为200-350℃，时间为0.5-2h。
4.根据权利要求2或3所述的硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于：所述步骤S1中还包括以下过程，将包裹后的硅负极大卷或已成型的硅负极小片使用高温胶缠绕固定。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
6.根据权利要求5所述的硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于，所述硅负极大卷的制备方法如下：
A1、将聚合物粘结剂溶解于氮甲基吡咯烷酮或水中，搅拌制成胶液；
A2、按比例依次加入以下物质到胶液中，活性碳（0-80%）：活性硅材料（0-30%）：粘结剂（2-15%）：导电剂（3-7%），制作成粘度为2000-7000mpas.s的负极浆料；
A3、将浆料涂布在铜箔或铝箔上，经涂布机烤箱去除溶剂后固化收卷。
7.根据权利要求6所述的硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于：所述步骤A3还包括以下过程，经涂布机烤箱去除溶剂后再放至真空干燥箱中进一步烤干溶剂。
8.根据权利要求6所述的硅负极极片的热处理制备方法，其特征在于：所述聚合物粘结剂为聚丙烯酸、聚酰亚胺、聚酰胺酸中的一种或几种。
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