[发明专利]一种锂离子电池硅基负极粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池硅基负极粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法，该粘结剂由以下方法制备得到：将氧化石墨超声分散于水中，得到浓度0.5‑5mg/mL的氧化石墨烯（GO）的水分散液，再加入改性SBR粘结剂，GO与改性SBR粘结剂的质量比为1:10‑1:50，搅拌后即得到锂离子电池硅基负极粘结剂（GO/改性SBR）。本发明粘结剂提高硅基负极的循环性能，同时对硅基负极材料的首次库伦效率有一定的提升；本发明降低硅基负极体系中导电剂的用量，有利于提高锂离子电池整体的能量密度；本发明方法工艺简单、适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池粘结剂技术领域，具体是一种锂离子电池硅基负极粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法。

背景技术

近年来，为了发展高能量密度的可充电锂离子电池，大量的工作集中在硅基负极材料上，原因是硅超高的理论容量(4200mAh/g)，然而由于在脱嵌锂的过程中伴随很大的体积效应导致硅颗粒的粉化、与导电剂之间失去了电接触，破坏了整个电极结构，从而造成了容量的衰减和差的循环性能。一个很重要的方法去解决这些问题就是寻找一款合适的粘结剂，常见的有PAA、CMC/SBR、海藻酸钠、壳聚糖、PI、PAI等，其中SBR型的粘结剂因在体系中的添加量少、与活性物质和集流体之间的粘结力强而被广泛应用在低容量的硅基负极体系中。但是由于SBR自身为粒径在50-300nm之间的纳米粒子，因此很容易在硅的反复膨胀收缩的过程中与体系脱离接触，破坏整个导电体系的完整性，导致硅的循环性能大幅度下降。石墨烯，作为目前发现的最薄、强度最大、具有一定韧性、导电导热性最强的一种新型纳米材料，被广泛的应用在物理学、材料学、电子信息、航空航天等领域。石墨烯的制备比较常见的是通过氧化还原法，它的前驱体氧化石墨烯很容易通过化学法制得，同时得到的石墨烯表面会含有一定量的含氧基团，易于进一步改性和分散。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种锂离子电池硅基负极粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池硅基负极粘结剂，所述粘结剂由以下方法制备得到：将氧化石墨超声分散于水中，得到浓度0.5-5g/L氧化石墨烯的水分散液，再加入改性SBR粘结剂，氧化石墨烯与改性SBR粘结剂的质量比为1:10-1:50，搅拌后即得到锂离子电池硅基负极粘结剂。

进一步方案，所述改性SBR粘结剂的粒径在50-300nm之间。

本发明的另一个目的在于提供一种含有锂离子电池硅基负极粘结剂的负极片的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量份计，称取80-95份硅基/石墨复合材料和1-10份的导电剂，在研钵中研磨10-30min得到分散均匀的固体混合物；将0.5-3份的增稠剂粉末加入到水中并以800-2000rpm的转速进行搅拌，搅拌均匀后得到浓度为0.5-1.5wt％的增稠剂溶液；

(2)将固体混合物和增稠剂的溶液混合，在1000-2000rpm的转速下搅拌12-20min，消泡后加入1.5-6份的氧化石墨烯/改性SBR粘结剂，继续在500-1000rpm的转速下搅拌5-10min，消泡后得到混合均匀的硅基负极浆料；

(3)按照20-80g/cm²的面密度将硅基负极浆料涂覆于铜箔上，在85℃的真空干燥箱中烘干，得到表面完整的极片，然后将极片放在一定温度的烘箱中热处理2h。

进一步方案，所述硅基/石墨复合材料中硅基为SiC或SiO，占复合材料整体的3-35wt％。

进一步方案，所述导电剂为超导碳黑、碳纳米管、石墨烯、科琴黑、乙炔黑中的至少一种。

进一步方案，所述增稠剂为羧甲基纤维素钠(CMC)或羧甲基纤维素锂(CMCLi)。