CN114388748A - 一种硅碳负极浆料及其制备工艺 - Google Patents

一种硅碳负极浆料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅碳负极浆料及其制备工艺，所述的浆料包括硅碳负极活性材料、导电剂、粘接剂、增稠剂及溶剂，所述的硅碳负极活性材料由硅基负极和石墨负极组成，所述的导电剂由导电剂A和导电剂B组成，所述的制备工艺包括点状导电浆料、硅基导电浆料、初级负极浆料、硅碳负极浆料的制备。本发明通过先将硅基负极和线性导电剂进行混合，使线性导电剂均匀地包裹在硅基负极表面，线性导电剂的包裹有效地缓解硅基负极的体积膨胀效应，同时进一步与点状导电剂形成的胶液混合，使浆料更加分散均一，形成更加完善的三维导电网络结构，进一步地提高硅碳负极的电子导电性能。

Description

一种硅碳负极浆料及其制备工艺
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种硅碳负极浆料及其制备工艺。
背景技术
锂离子电池因其能量密度及输出电压高、使用寿命长、无记忆效应以及绿色环保等优点，已广泛地应用在3C消费市场及新能源汽车领域。目前商业化的锂离子电池多采用石墨类炭负极，但是其较低的比容量(理论容量372mAh/g)，以及可能存在的安全问题已经不能满足高能量密度动力电池的实际需要。因此，近年来开发替代碳材料的新型负极材料备受关注，其中硅碳材料以其高的克容量、环境友好、储量丰富等优点被认为是下一代高能量密度锂离子电池的负极材料。但硅碳材料与传统石墨负极材料相比导电性较低，因此导电剂与活性物质分散均匀度将对材料首效发挥有重要影响。同时由于硅碳材料充放电时存在巨大体积变化，极易出现极片掉粉现象，严重影响材料循环寿命，且制浆时易出现团聚现象，所以粘结剂、浆料比例以及制浆工艺将对硅碳材料电化学性能的发挥有着至关重要的影响。
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硅碳负极浆料及其制备工艺，旨在优化制备浆料工艺，提高浆料分散均一性及硅碳负极电子导电性，同时缓解硅基负极体积膨胀效应。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种硅碳负极浆料及其制备工艺，所述的浆料包括硅碳负极活性材料、导电剂、粘接剂、增稠剂及溶剂，所述的硅碳负极活性材料由硅基负极和石墨负极组成，所述的导电剂由导电剂A和导电剂B组成，所述的的制备工艺包括以下步骤：
步骤（一）：将增稠剂在溶剂中以1000~2000rpm转速搅拌至透明状，然后加入导电剂A，以1000~2000rpm转速搅拌60~120min，得到点状导电浆料；
步骤（二）：将硅基负极和导电剂B以500~1000rpm转速搅拌10~60min，加入至步骤（一）中制备的点状导电浆料中，以1000~2000rpm转速搅拌60~120min，得到硅基导电浆料；
步骤（三）：将石墨负极加至步骤（二）制备的硅基导电浆料中，以1000~2000rpm转速搅拌60~180min，得到初级负极浆料；
步骤（四）：将粘接剂加至步骤（三）制备初级负极浆料中，以500~1000rpm转速搅拌30~60min，测试浆料粘度和细度，符合标准即可出料得到硅碳负极浆料。
所述的硅基负极和石墨负极质量比为5~20%：80~95%。优先地，所述的硅基负极和石墨负极质量比为5~10%：90~95%。
所述的导电剂A和导电剂B的质量比为1~10：1。优先地，所述的导电剂A和导电剂B的质量比为5~10：1。
所述的硅基负极为氧化亚硅、硅纳米颗粒、硅纳米线中的一种或多种。优先地，所述的硅基负极为氧化亚硅。
所述导电剂A为导电炭黑、导电石墨、乙炔黑中的一种或多种。优先地，所述导电剂A为导电炭黑。
所述的导电剂B为石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维中一种或多种，优先的为碳纳米管，进一步地选自单壁碳纳米管。
所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸乳液、聚丙烯腈中的一种或多种，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯中的一种或多种。优先地，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠。
所述的溶剂为去离子水、乙醇中的一种或多种。优先地，所述的溶剂为去离子水。
本发明的有益效果在于：本发明通过先将硅基负极和线性导电剂进行混合，使线性导电剂均匀地包裹在硅基负极表面，线性导电剂的包裹有效地缓解硅基负极的体积膨胀效应，同时进一步与点状导电剂形成的胶液混合，使浆料更加分散均一，形成更加完善的三维导电网络结构，进一步地提高硅碳负极的电子导电性能。
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：
步骤（一）：将羧甲基纤维素钠在溶剂中以1500rpm转速搅拌至透明状，然后加入导电剂质量10%导电炭黑，以1800rpm转速搅拌60min，得到点状导电浆料；
步骤（二）：将负极活性材料质量5%的氧化亚硅和导电剂质量1%单壁碳纳米管以1000rpm转速搅拌30min，加入至步骤（一）中制备的点状导电浆料中，以1800rpm转速搅拌60min，得到硅基导电浆料；
步骤（三）：将负极活性材料质量95%石墨负极加至步骤（二）制备的硅基导电浆料中，以2000rpm转速搅拌180min，得到初级负极浆料；
步骤（四）：将丁苯橡胶乳液加至步骤（三）制备初级负极浆料中，以800rpm转速搅拌30min，测试浆料粘度和细度，符合标准即可出料得到硅碳负极浆料。
实施例2：
步骤（一）：将羧甲基纤维素钠在溶剂中以1500rpm转速搅拌至透明状，然后加入导电剂质量8%导电炭黑，以1800rpm转速搅拌60min，得到点状导电浆料；
步骤（二）：将负极活性材料质量5%的氧化亚硅和导电剂质量1%单壁碳纳米管以1000rpm转速搅拌30min，加入至步骤（一）中制备的点状导电浆料中，以1800rpm转速搅拌60min，得到硅基导电浆料；
步骤（三）：将负极活性材料质量95%石墨负极加至步骤（二）制备的硅基导电浆料中，以2000rpm转速搅拌180min，得到初级负极浆料；
步骤（四）：将丁苯橡胶乳液加至步骤（三）制备初级负极浆料中，以800rpm转速搅拌30min，测试浆料粘度和细度，符合标准即可出料得到硅碳负极浆料。
实施例3：
步骤（一）：将羧甲基纤维素钠在溶剂中以1500rpm转速搅拌至透明状，然后加入导电剂质量5%导电炭黑，以1800rpm转速搅拌60min，得到点状导电浆料；
步骤（二）：将负极活性材料质量5%的氧化亚硅和导电剂质量1%单壁碳纳米管以1000rpm转速搅拌30min，加入至步骤（一）中制备的点状导电浆料中，以1800rpm转速搅拌60min，得到硅基导电浆料；
步骤（三）：将负极活性材料质量95%石墨负极加至步骤（二）制备的硅基导电浆料中，以2000rpm转速搅拌180min，得到初级负极浆料；
步骤（四）：将丁苯橡胶乳液加至步骤（三）制备初级负极浆料中，以800rpm转速搅拌30min，测试浆料粘度和细度，符合标准即可出料得到硅碳负极浆料。
实施例4：
步骤（一）：将羧甲基纤维素钠在溶剂中以1500rpm转速搅拌至透明状，然后加入导电剂质量8%导电炭黑，以1800rpm转速搅拌60min，得到点状导电浆料；
步骤（二）：将负极活性材料质量10%的氧化亚硅和导电剂质量1%单壁碳纳米管以1000rpm转速搅拌30min，加入至步骤（一）中制备的点状导电浆料中，以1800rpm转速搅拌60min，得到硅基导电浆料；
步骤（三）：将负极活性材料质量95%石墨负极加至步骤（二）制备的硅基导电浆料中，以2000rpm转速搅拌180min，得到初级负极浆料；
步骤（四）：将丁苯橡胶乳液加至步骤（三）制备初级负极浆料中，以800rpm转速搅拌30min，测试浆料粘度和细度，符合标准即可出料得到硅碳负极浆料。
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 (8)

1.一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述的浆料包括硅碳负极活性材料、导电剂、粘接剂、增稠剂及溶剂，所述的硅碳负极活性材料由硅基负极和石墨负极组成，所述的导电剂由导电剂A和导电剂B组成，所述的的制备工艺包括以下步骤：
步骤（一）：将增稠剂在溶剂中以1000~2000rpm转速搅拌至透明状，然后加入导电剂A，以1000~2000rpm转速搅拌60~120min，得到点状导电浆料；
步骤（二）：将硅基负极和导电剂B以500~1000rpm转速搅拌10~60min，加入至步骤（一）中制备的点状导电浆料中，以1000~2000rpm转速搅拌60~120min，得到硅基导电浆料；
步骤（三）：将石墨负极加至步骤（二）制备的硅基导电浆料中，以1000~2000rpm转速搅拌60~180min，得到初级负极浆料；
步骤（四）：将粘接剂加至步骤（三）制备初级负极浆料中，以500~1000rpm转速搅拌30~60min，测试浆料粘度和细度，符合标准即可出料得到硅碳负极浆料。
2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述的硅基负极和石墨负极质量比为5~20%：80~95%。
3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述的导电剂A和导电剂B的质量比为1~10：1。
4.根据权利要求1所述的一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述的硅基负极为氧化亚硅、硅纳米颗粒、硅纳米线中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述导电剂A为导电炭黑、导电石墨、乙炔黑中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述的导电剂B为石墨烯、碳纳米管、导电碳纤维中一种或多种，优先的为碳纳米管，进一步地选自单壁碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸乳液、聚丙烯腈中的一种或多种，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种硅碳负极浆料及其制备工艺，其特征在于，所述的溶剂为去离子水、乙醇中的一种或多种。
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