CN114068926A - 一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，所述的复合导电剂浆料由导电剂A、导电剂B、粘接剂及溶剂组成，所述的导电剂A、导电剂B、粘接剂的质量比为0.1:1~5:0.5~1。本发明利用单壁碳纳米管的高柔韧性一维中空线状结构包裹在硅碳颗粒表面，内外相结合形成一个三维立体结构将硅颗粒牢牢锁在里面，有效防止由于电池在充放电过程中由于极片膨胀，同时添加点状导电剂与碳纳米管形成三维导电网络结构，降低极片阻抗，提高电池倍率性能；另外，加入粘接剂提高复合浆料的稳定性及分散性，可间接降低了导电剂及负极粘接剂含量的含量，增加活性物质的含量，从而提高电池容量。

Description

一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池导电剂技术领域，具体涉及到一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法。
背景技术
在商品化的锂离子电池体系中，一般采用石墨类碳作为负极材料。石墨的理论容量仅有372mAh/g，已无法满足人们对锂离子电池日益增加的容量需求。硅碳复合材料是将高比容量且在自然界储量丰富、价格低廉的硅(比容量4200mAh/g)加入到具有一定机械强度和导电性的碳材料中而制成的复合材料，因其兼顾了硅的高容量和碳材料的导电性而被认为是“影响未来锂电产业发展的10大潜力材料”之一。但在实际应用时，由于硅在嵌/脱锂过程中会产生剧烈的体积膨胀(>300％)，导致硅碳复合材料易在循环过程中急剧粉化并从极片上脱落，从而失去与集流体间的接触，丧失活性。同时为了提高体积能量密度，通常需选择较高的压实密度，这不仅使硅碳负极材料的容量发挥受到极大影响，也会造成循环寿命的急速衰减。
针对上述问题，现有的解决方法一是进行硅碳负极的结构设计，即通过减小硅材料的尺寸，调控其微观形貌来抑制和降低体积膨胀，提高循环寿命。如纳米多孔三维结构、中空结构和核壳结构可以为硅在嵌锂过程中的体积膨胀提供足够的自由空间，从而提高其循环寿命。然而，这些纳米多孔结构或核壳结构却大大降低了电极材料的压实密度，使整个电池体系的体积能量密度大幅下降，难以实现真正的商业化应用。另一个解决途径是对硅碳负极的应用体系进行综合改性，如采用具有体积膨胀抑制作用的高粘度聚合物粘结剂。目前，已有多种天然和人工合成的高分子聚合物被用于硅负极材料的粘结剂，如海藻酸钠、聚甲基纤维素等，因其具有大量的羧基基团，可与硅颗粒表面的羟基形成具有自修复效应的极性氢键，因而可抑制硅的体积膨胀，同时其较高的粘度还可以加强负极材料与集流体间的连接。但这些粘结剂基本都不具有导电性，需配合导电剂来共同使用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，旨在降低锂离子电池正负极匀浆过程中导电剂团聚的风险，提高正负极极片的导电性能，改善锂离子电池的电性能。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，所述的复合导电剂浆料由导电剂A、导电剂B、粘接剂及溶剂组成，制备方法包括以下步骤：
S1：将粘接剂与溶剂按一定比例混合均匀，得到粘接剂溶液；
S2：向S1中加入当量的导电剂A，分散均匀，得到初级导电剂分散液；
S3：向S2中加入当量的导电剂B，分散均匀，得到复合导电剂浆料。
所述的导电剂A、导电剂B、粘接剂的质量比为0.1:1~5:0.5~1。进一步地，所述的导电剂A、导电剂B、粘接剂的质量比为0.1:1~4:0.5~1。
所述的导电剂A为单壁碳纳米管。
所述的单壁碳纳米管的直径为1~2nm，长度为2~10μm。进一步地，所述的单壁碳纳米管的直径为1.2~2nm，长度为4~10μm。
所述的导电剂B为石墨烯多壁碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种。进一步地，所述的导电剂B为导电石墨、导电炭黑中的一种或多种。
所述的粘接剂为羧甲基素纤维钠、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的一种或多种。
所述的复合导电剂浆料固含量为1~4%。进一步地，所述的复合导电剂浆料固含量为1~3%。
本发明的有益效果在于：本发明利用单壁碳纳米管的高柔韧性一维中空线状结构包裹在硅碳颗粒表面，内外相结合形成一个三维立体结构将硅颗粒牢牢锁在里面，有效防止由于电池在充放电过程中由于极片膨胀，同时添加点状导电剂与碳纳米管形成三维导电网络结构，降低极片阻抗，提高电池倍率性能；另外，加入粘接剂提高复合浆料的稳定性及分散性，可间接降低了导电剂及负极粘接剂含量的含量，增加活性物质的含量，从而提高电池容量。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
S1：将0.5 g聚丙烯酸与160g去离子水混合均匀，得到粘接剂溶液；
S2：向S1中加入0.1g单壁碳纳米管，分散均匀，得到初级导电剂分散液；
S3：向S2中加入1g导电石墨，分散均匀，得到复合导电剂浆料。
实施例2：
S1：将0.5 g聚丙烯酸与260g去离子水混合均匀，得到粘接剂溶液；
S2：向S1中加入0.1g单壁碳纳米管，分散均匀，得到初级导电剂分散液；
S3：向S2中加入4g导电石墨，分散均匀，得到复合导电剂浆料。
实施例3：
S1：将0.8 g聚丙烯酸与490g去离子水混合均匀，得到粘接剂溶液；
S2：向S1中加入0.1g单壁碳纳米管，分散均匀，得到初级导电剂分散液；
S3：向S2中加入2g导电石墨，分散均匀，得到复合导电剂浆料。
实施例4：
S1：将0.5 g羧甲基纤维素钠与260g去离子水混合均匀，得到粘接剂溶液；
S2：向S1中加入0.1g单壁碳纳米管，分散均匀，得到初级导电剂分散液；
S3：向S2中加入2g导电石墨，分散均匀，得到复合导电剂浆料。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (7)

1.一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，其特征在于，所述的复合导电剂浆料由导电剂A、导电剂B、粘接剂及溶剂组成，制备方法包括以下步骤：
S1：将粘接剂与溶剂按一定比例混合均匀，得到粘接剂溶液；
S2：向S1中加入当量的导电剂A，分散均匀，得到初级导电剂分散液；
S3：向S2中加入当量的导电剂B，分散均匀，得到复合导电剂浆料。
2.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，其特征在于，所述的导电剂A、导电剂B、粘接剂的质量比为0.1:1~5:0.5~1。
3.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，其特征在于，所述的导电剂A为单壁碳纳米管。
4.根据权利要求1和2所述的一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，其特征在于，所述的单壁碳纳米管的直径为1~2nm，长度为2~10μm。
5.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，其特征在于，所述的导电剂B为石墨烯多壁碳纳米管、导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、乙炔黑中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，其特征在于，所述的粘接剂为羧甲基素纤维钠、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种用于硅碳负极体系的复合导电剂浆料及其制备方法，其特征在于，所述的复合导电剂浆料固含量为1~4%。
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