CN112838200A - 一种半导体锂离子蓄电池负极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体锂离子蓄电池负极，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：碳化硅5％‑7％；石墨86.2％‑91.2％；石墨烯1％‑3％；碳纳米管0.5％‑1.5％；羧甲基纤维素钠1％‑1.5％；丁苯橡胶1.3％‑1.8％。本发明还提供了一种半导体锂离子蓄电池负极的制备方法。本发明提供的半导体锂离子蓄电池负极采用碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管综合使用，能发挥碳化硅的作用，提高锂离子电池负极的存锂离子的能力，抑制硅的膨胀，保持硅材料的稳定性；能有效的提升蓄电池容量、延长蓄电池寿命、增强蓄电池的稳定性。

Description

一种半导体锂离子蓄电池负极及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种半导体锂离子蓄电池负极及其制备方法，属于蓄电池技术领域。
背景技术
目前，负极材料，是电池在充电过程中，锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的作用。在电池成本中，负极材料约占了5％-15％，是锂离子电池的重要原材料之一。
作为重要应用领域之一的电动汽车的发展带动了电池性能的提升，同时也对电池提出了更高的要求，包括能量密度的提升，循环寿命的延长等。目前针对负极材料的研究集中在新型碳材料、硅基材料、锡基材料及其氧化物负极材料。
新型碳材料是相对于传统碳材料而言，目前商业上普遍使用石墨这一传统碳材料作为锂离子电池负极材料，但是其理论容量较低，越来越不能满足锂离子电池的发展需求。新型碳材料如碳纳米管、石墨烯等，由于具有特殊的一维和二维柔性结构、优良的导热性和导电特性，因此在锂离子电池应用中具有巨大的潜力。
纯硅负极材料在锂离子电池中工作时体积膨胀率可达200％甚至300％以上，体积膨胀的问题是限制硅材料使用的主要问题。对硅材料进行纳米化处理可以有效改善这一问题。研究方向主要是将硅进行二维纳米化、一维纳米化、零维纳米化。但是这种纳米级的硅材料生产成本高，需要以激光制备，因此推广上存在难度。
因此有必要设计一种新的半导体锂离子蓄电池负极及其制备方法，以克服上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种半导体锂离子蓄电池负极及其制备方法，能有效的提升蓄电池容量、延长蓄电池寿命、增强蓄电池的稳定性。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种半导体锂离子蓄电池负极，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure BDA0002928895740000021
进一步地，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure BDA0002928895740000022
进一步地，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure BDA0002928895740000031
在本较佳实施例中，本发明还提供一种半导体锂离子蓄电池负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管按照上述重量百分比例充分混合均匀，使粒子之间紧密结合；
步骤二：将上述混合物配制成浆料，向浆料中按照重量百分比例加入羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶，调节浆料粘度为4000±200mPa·s；
步骤三：将步骤二制得的浆料按双面面密度为136g/m2分别均匀涂覆在8μm铜箔上，按压实密度为1.50g/cm3进行辊压，即可制成半导体锂离子蓄电池负极。
进一步地，在步骤一中，将化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管的混合物在纳米球磨机中进行充分搅拌，混合3-4小时。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的半导体锂离子蓄电池负极采用碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管综合使用，能发挥碳化硅的作用，提高锂离子电池负极的存锂离子的能力，抑制硅的膨胀，保持硅材料的稳定性；能有效的提升蓄电池容量、延长蓄电池寿命、增强蓄电池的稳定性。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种半导体锂离子蓄电池负极，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure BDA0002928895740000041
本发明使用的碳化硅为半导体碳化硅粉末，碳化硅又名碳硅石、金刚砂，是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。碳化硅具有化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好。碳化硅的硬度很大，莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石(10级)，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
其中，碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管均具有储存锂离子的作用，石墨烯和碳纳米管同时起到导电的作用；羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶均起到粘接剂的作用。
在本较佳实施例中，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure BDA0002928895740000051
具体地，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure BDA0002928895740000052
在本较佳实施例中，本发明还提供一种半导体锂离子蓄电池负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管按照上述重量百分比例充分混合均匀，使粒子之间紧密结合。具体的，将化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管的混合物在纳米球磨机中进行充分搅拌，混合3-4小时，充分均匀混合，分散，粒子之间结合紧密。
纳米球磨机的工作原理是：在一(公转)的大转盘上安装有在(自转)的两个大行星轴，作单行星式运转。同时又在两个大行星轴上安装有两个小转盘在(公转)两个小转盘上安装有四个球磨罐保护座(放球磨罐用)在(自转)，作双行星式运转。球磨罐在这种高速运转的情况下，球磨罐内的研磨球在惯性力的作用下对物料形成了很大高频冲击力、直线碰撞力、磨擦力、对物料进行快速细磨，混合与分散样品。
步骤二：将上述混合物配制成浆料，向浆料中按照重量百分比例加入羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶，调节浆料粘度为4000±200mPa·s。
步骤三：将步骤二制得的浆料按双面面密度为136g/m2分别均匀涂覆在8μm铜箔上，按压实密度为1.50g/cm3进行辊压，即可制成半导体锂离子蓄电池负极。
以下通过多个具体实施例进行说明：
实施例1，将6g碳化硅、88g石墨、2g石墨烯、1g碳纳米管在纳米球磨机中混合均匀、分散；再配制成浆料，并加入1.5g羧甲基纤维素钠和1.5g丁苯橡胶，并调节浆料粘度为4000mPa·s；按双面面密度为136g/m2分别均匀涂覆在8μm铜箔上，按压实密度为1.50g/cm3进行辊压，即可制成半导体锂离子蓄电池负极；将上述负极做成18650锂离子蓄电池，通过与现有的蓄电池对比，采用本发明实施例提供的半导体锂离子蓄电池负极制造的锂离子蓄电池的容量提升了30％，电池寿命延长了20％。
实施例2，将5g碳化硅、90g石墨、1g石墨烯、1.5g碳纳米管在纳米球磨机中混合均匀、分散；再配制成浆料，并加入1.5g羧甲基纤维素钠和1g丁苯橡胶，并调节浆料粘度为4100mPa·s；按双面面密度为136g/m2分别均匀涂覆在8μm铜箔上，按压实密度为1.50g/cm3进行辊压，即可制成半导体锂离子蓄电池负极；将上述负极做成18650锂离子蓄电池，通过与现有的蓄电池对比，采用本发明实施例提供的半导体锂离子蓄电池负极制造的锂离子蓄电池的容量提升了30％，电池寿命延长了18％。
实施例3，将5g碳化硅、91.2g石墨、1g石墨烯、0.5g碳纳米管在纳米球磨机中混合均匀、分散；再配制成浆料，并加入1g羧甲基纤维素钠和1.3g丁苯橡胶，并调节浆料粘度为4150mPa·s；按双面面密度为136g/m2分别均匀涂覆在8μm铜箔上，按压实密度为1.50g/cm3进行辊压，即可制成半导体锂离子蓄电池负极；将上述负极做成18650锂离子蓄电池，通过与现有的蓄电池对比，采用本发明实施例提供的半导体锂离子蓄电池负极制造的锂离子蓄电池的容量提升了25％，电池寿命延长了20％。
实施例4，将7g碳化硅、86.2g石墨、3g石墨烯、1.5g碳纳米管在纳米球磨机中混合均匀、分散；再配制成浆料，并加入1g羧甲基纤维素钠和1.3g丁苯橡胶，并调节浆料粘度为3950mPa·s；按双面面密度为136g/m2分别均匀涂覆在8μm铜箔上，按压实密度为1.50g/cm3进行辊压，即可制成半导体锂离子蓄电池负极；将上述负极做成18650锂离子蓄电池，通过与现有的蓄电池对比，采用本发明实施例提供的半导体锂离子蓄电池负极制造的锂离子蓄电池的容量提升了28％，电池寿命延长了18％。
综上所述，本发明提供的半导体锂离子蓄电池负极采用碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管综合使用，能发挥碳化硅的作用，提高锂离子电池负极的存锂离子的能力，抑制硅的膨胀，保持硅材料的稳定性；能有效的提升蓄电池容量(容量提升30％)、延长蓄电池寿命(寿命延长20％)、增强蓄电池的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种半导体锂离子蓄电池负极，其特征在于，所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure FDA0002928895730000011
2.如权利要求1所述的半导体锂离子蓄电池负极，其特征在于：所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure FDA0002928895730000012
3.如权利要求2所述的半导体锂离子蓄电池负极，其特征在于：所述半导体锂离子蓄电池负极由以下成分按照重量百分比组成：
Figure FDA0002928895730000013
Figure FDA0002928895730000021
4.一种如权利要求1-3任一项所述的半导体锂离子蓄电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管按照上述重量百分比例充分混合均匀，使粒子之间紧密结合；
步骤二：将上述混合物配制成浆料，向浆料中按照重量百分比例加入羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶，调节浆料粘度为4000±200mPa·s；
步骤三：将步骤二制得的浆料按双面面密度为136g/m2分别均匀涂覆在8μm铜箔上，按压实密度为1.50g/cm3进行辊压，即可制成半导体锂离子蓄电池负极。
5.如权利要求4所述的半导体锂离子蓄电池负极的制备方法，其特征在于：在步骤一中，将碳化硅、石墨、石墨烯、碳纳米管的混合物在纳米球磨机中进行充分搅拌，混合3-4小时。
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