CN111613777A - 石墨烯和硅粉石墨烯涂布浆料分层涂布生产锂电池负极片 - Google Patents

石墨烯和硅粉石墨烯涂布浆料分层涂布生产锂电池负极片 Download PDF

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Abstract

本发明是石墨烯和硅粉石墨烯涂布浆料分层涂布生产锂电池负极片的技术发明。本发明涉及锂离子电池负极片生产领域。本发明改变了锂离子电池负极片的生产方法，采用分三层涂布：首先，将石墨烯涂布浆料涂布在铜箔集流体之上；再将硅粉石墨烯混合涂布浆料涂布在石墨烯涂布浆料层之上；最后将石墨烯涂布浆料涂布在硅粉石墨烯混合涂布浆料层之上。上述分层涂布方法再加辅助碳酸锂极片表面处理液处理以及极片四周切面处理有效抑制了硅材料膨胀率，控制硅材料膨胀方向，防止了硅材料膨胀引发的SEI膜反复破裂等问题，提高了锂离子负极片比容量，解决了石墨负极材料比容量低；硅碳负极材料膨胀率较高，循环性和库仑率较低、成本高的问题。

Description

石墨烯和硅粉石墨烯涂布浆料分层涂布生产锂电池负极片
技术领域：
本发明涉及锂离子电池负极片生产领域。本发明是将石墨烯浆料加粘结剂；硅粉和石墨烯混合浆料加粘结剂，分三层涂布：1)铜箔石墨烯涂布浆料打底；2)硅粉、石墨烯混合涂布浆料居中；3)再将石墨烯涂布浆料涂布在硅粉石墨烯混合涂布浆料涂层之上，从而实现了高循环性、高倍率性、高比容量锂离子电池负极片的一种生产方法。
背景技术：
目前锂离子电池负极片基本用天然石墨、人造石墨为主要材料，比容量低，无法满足高比能量应用电池的要求，特别是新能源汽车更需要高比容量高能量的电池。世界各国都在研制硅碳负极材料以解决上述问题，但存在电极膨胀率较高；循环性和库仑效率较低，更主要是成本高等问题。
发明内容：
石墨烯涂布浆料和硅粉石墨烯混合涂布浆料分层涂布是解决上述问题的较好办法。本办法就是将完全物理法制备的石墨烯浆料加聚丙烯酸(PAA)水性粘结剂调制成石墨烯涂布浆料；同时将石墨烯浆料与硅粉(D90 10微米)充分分散混合加PAA粘结剂调制成硅粉石墨烯混合涂布浆料，然后分层涂布。一、先在铜箔集流体上喷涂一层石墨烯涂布浆料。石墨烯涂布浆料涂层与铜箔粘结性好于硅粉石油墨烯混合涂布浆料，紧紧的粘结在铜箔之上，起到了高导电、高粘结的作用，防止活性物质脱落；二、再将硅粉石墨烯混合涂布浆料涂布在石墨烯涂布浆料涂层之上，(硅粉石墨烯混合涂布浆料易与石墨烯涂布浆料涂层结合，牢牢地粘结在一起)。这种混合涂布浆料因为有百分之五十的石墨烯加入电导性好，并且也起到了包履硅粉的作用，防止硅粉膨胀脱落，同时石墨烯片抗拉、抗折能力十分强大；三、最后再将石墨烯涂布浆料涂布在硅粉石墨烯混合涂布浆料层之上，将硅粉石墨烯混合涂布浆料层彻底覆盖。这层石墨烯涂布浆料层完整地将硅粉石墨烯涂布浆料层包覆，起到了：1)电解液无法进入硅碳层；2)有效控制了硅粉膨胀方向；3)SEI膜不会因硅粉膨胀收缩而破裂。
具体实施方式：
一、首先将物理法生产的石墨烯浆料加粘结剂涂布在铜箔集流体之上。物理法生产的石墨烯浆料无需还原，内在结构没有破坏，电导率高达1000S/CM——2000S/CM以上，并且在浆料的情况下，团聚是可逆的，容易分散，PAA粘结剂与石墨烯能充分分散混合。这种石墨烯涂布浆料能与铜箔牢牢粘结。防止了活性物质与铜箔分离；另一方面与硅粉石墨烯混合涂布浆料层复合粘结性优良，可以控制硅粉石墨烯涂布浆料层膨胀方向。
二、再将硅粉石墨烯混合涂布浆料涂布在石墨烯涂布浆料层之上。硅粉石墨烯混合涂布浆料制备要首先将硅粉和石墨烯浆料充分混合使用超声设备，辅加搅拌机械就可以达到充分混合。(硅粉无需纳米硅粉，粒径D90不要超过10微米即可，这样的硅粉价格远远低于纳米硅，5N硅粉不会超过10万元/吨，而目前100纳米硅需500万元/吨)；再将PAA水性粘结剂加入超声搅拌充分混合即可。硅粉的加入量与石墨烯浆料固含量相等。用涂层的厚度来控制硅含量，从而控制比容量：当硅粉石墨烯混合涂布浆料层与上下两层石墨烯涂布浆料层(都是湿涂层浆料厚度)相等，比容量可达1000mAh/g以上。硅粉石墨烯混合涂布浆料层由于加入50％的石墨烯，石墨烯起着包履、骨架的作用，有效抑制硅粉膨胀，并与上下两层石墨烯涂布浆料层紧密联结，有效防止了硅粉膨胀的应力。石墨烯优良电导率，硅粉高比容量，极大提高了锂离子负极片的比容量、循环性和倍率性。
三、最后将石墨烯涂布浆料涂布在硅粉石墨烯混合涂布浆料层之上。这层石墨烯涂布浆料层将硅粉石墨烯混合涂布浆料层完全覆盖。涂层防止SEI膜因硅膨胀反复破裂，因为整个涂层是一个整体，表面石墨烯涂布浆料涂层可以与下层石墨烯涂布浆料涂层联合控制硅粉石墨烯混合涂布浆料涂层的横纵向膨胀，那么垂直向膨胀不影响石墨烯涂布浆料涂层完整性。从而保护了SEI膜的完整性。
上述石墨烯涂布浆料与硅粉石墨烯混合涂布浆料分层涂布方法，再加辅助碳酸锂极片表面处理液处理，以及极片四周切面处理。无论首次库仑效率，循环性、倍率性都要高于目前有关技术的指标，材料价格要远远低于其它方法的价格。

Claims (5)

1.锂离子电池负极片分层涂布的方法。
2.石墨烯涂布浆料涂布在铜箔集流体上控制硅材料膨胀横向发展方向，抑制膨胀率以及防止活性材料脱落的这一方法。
3.硅粉石墨烯混合涂布浆料涂布在石墨烯涂布浆料层之上这种提高负极比容量的方法。
4.石墨烯涂布浆料在硅粉石墨烯混合涂布浆料层之上，起着控制硅材料膨胀方向解决硅材料膨胀引发的负极SEI膜多次破裂的这一方法。
5.分层涂布方法生产锂离子负极片之后，再加辅助碳酸锂极片表面处理液处理以及极片四周切面处理，以减少SEI膜锂损耗和防止电解液从负极片边缘切面进入硅粉石墨烯涂布浆料涂层提高首次库仑效率，循环率的这一方法。
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