CN113363408A - 一种硅基负极片及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硅基负极片及其制备方法、锂离子电池，包括以下步骤：（1）将粘结剂、第一分散剂和添加剂混合搅拌均匀，得到粘结混合物；（2）将硅负极材料、步骤（1）得到的粘结混合物和导电剂加入第二分散剂中，搅拌混合得浆料；（3）将浆料涂布在集流体上，烘干、切片即制得硅基负极片。本发明通过调控分散剂和粘结剂的组成，增强粘结剂与活性材料以及集流体之间的键合作用，抑制硅基材料的体积效应，抑制电极活性物质与集流体的脱落，提升锂离子电池的循环性能。

Description

一种硅基负极片及其制备方法、锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硅基负极片及其制备方法、锂离子电池。
背景技术
随着高能量密度锂离子电池需求的不断上涨，硅负极由于其10倍与商业化石墨负极的克容量3579mAh/g-1成为最具发展前景的负极材料，受到了广泛关注。然而，由于在充放电过程中锂离子的重复脱嵌会导致硅负极材料体积发生300％以上的膨胀和收缩，由此产生的机械作用力会使硅基材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱落，丧失电接触，因此，会严重影响其锂离子电池的循环性能。
目前，被广泛研究得硅基负极主要通过硅单质纳米化降低其粉化程度，或通过碳材料包覆抑制硅的体积效应，但硅碳负极由于其在充放电过程中较大的体积膨胀和收缩存在着衰减较快的问题。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种硅基负极片的制备方法，制备方法简单，对设备无特殊要求，易于产业化。
本发明还提供了一种由上述制备方法制得的硅基负极片。
本发明还提供了一种包含上述硅基负极片的锂离子电池。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种硅基负极片的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粘结剂、第一分散剂和添加剂混合搅拌均匀，得到粘结混合物；
(2)将硅负极材料、步骤(1)得到的粘结混合物和导电剂加入第二分散剂中，搅拌混合得浆料；
(3)将浆料涂布在集流体上，烘干、切片即制得硅基负极片。
本发明通过调控分散剂和粘结剂的组成，增强粘结剂与活性材料以及集流体之间的键合作用，抑制硅基材料的体积效应，抑制电极活性物质与集流体的脱落，提升锂离子电池的循环性能。
作为优选，步骤(1)中，所述电极粘结剂、添加剂和第一分散剂的质量比为(2～20):(0.5～2)：(60～98)。
作为优选，步骤(1)中，所述添加剂为甲基磺酸。
作为优选，步骤(1)中，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶或聚丙烯酸。
作为优选，步骤(1)中，所述第一分散剂和第二分散剂为水。
作为优选，步骤(2)中，所述硅负极材料为氧化亚硅或硅碳复合材料。
作为优选，步骤(2)中，所述导电剂为炭黑和碳纤维的混合物。
作为优选，步骤(2)中，所述硅负极材料、粘结混合物和导电剂的质量比为(3～5):1:1。
一种由上述任一所述的制备方法制得的硅基负极片。
一种包含上述硅基负极片的锂离子电池。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过调控分散剂和粘结剂的组成，增强粘结剂与活性材料以及集流体之间的键合作用，抑制硅基材料的体积效应，抑制电极活性物质与集流体的脱落，提升锂离子电池的循环性能；
(2)制备方法简单，对设备无特殊要求，易于产业化。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)将聚丙烯酸：甲基磺酸和水以质量比12:1:80充分搅拌混合得粘结混合物；
(2)将硅碳复合材料(克容量471mAh/g)、粘结混合物、炭黑和碳纤维按照质量比60:20:10:10分散在水中充分搅拌1h，得到混合均匀地浆料；
(3)将上述浆料涂布在集流体铜箔上，至于60℃烘干，切片即得硅基负极片。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤(1)中，聚丙烯酸：甲基磺酸和水以质量比5:1:60，其余工艺完全相同。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，步骤(1)中，聚丙烯酸、甲基磺酸和水的质量比为:10:1:80，其余工艺完全相同。
实施例4
(1)将丁苯橡胶：甲基磺酸和水以质量比2:2:98充分搅拌混合得粘结混合物；
(2)将氧化亚硅、粘结混合物、炭黑和碳纤维按照质量比150:20:10:10分散在水中充分搅拌1h，得到混合均匀地浆料；
(3)将上述浆料涂布在集流体铜箔上，至65℃烘干，切片即得硅基负极片。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤(1)中，未加入甲基磺酸，其余工艺完全相同。
分别将实施例1-4及对比例1的硅基负极片组装锂离子电池进行测试：
将干燥的硅基负极片转移到手套箱中，以锂片作为对电极，组装成扣式电池(电解液为1M LiPF6为导电盐的体积比为1:1:1:)；组装完成的电池静置12h；将静置号的电池在充放电测试设备上恒电流测试其长期循环性能(充放电倍率为0.2C，电压范围在0.01～1V)，其结果的具体数据列于下表1中。
表1.
性能指标 25℃500次循环后的容量保持率
实施例1 87.3％
实施例2 83.4％
实施例3 86.1％
实施例4 85.3％
对比例1 73.8％
由表1可以看出，通过比较实施例1-4与对比例1的数据可知，未加入甲基磺酸的硅基负极片的锂离子电池具有较低的容量保持率。本发明通过调控分散剂和粘结剂的组成，增强粘结剂与活性材料以及集流体之间的键合作用，抑制硅基材料的体积效应，抑制电极活性物质与集流体的脱落，提升锂离子电池的循环性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种硅基负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将粘结剂、第一分散剂和添加剂混合搅拌均匀，得到粘结混合物；
（2）将硅负极材料、步骤（1）得到的粘结混合物和导电剂加入第二分散剂中，搅拌混合得浆料；
（3）将浆料涂布在集流体上，烘干、切片即制得硅基负极片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述电极粘结剂、添加剂和第一分散剂的质量比为（2 ~ 20）: （0.5 ~ 2）：（60 ~ 98）。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述添加剂为甲基磺酸。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶或聚丙烯酸。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述第一分散剂和第二分散剂为水。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述硅负极材料为氧化亚硅或硅碳复合材料。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述导电剂为炭黑和碳纤维的混合物。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述硅负极材料、粘结混合物和导电剂的质量比为（3~5）: 1:1。
9.一种由权利要求1-8任一所述的制备方法制得的硅基负极片。
10.一种包含如权利要求9所述的硅基负极片的锂离子电池。
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