[发明专利]一种基于硅基材料的锂离子电池负极

说明书

本发明公开一种基于硅基材料的锂离子电池负极，该电池负极以碳化硅或一氧化硅为活性物质的负极浆料，并采用新型水基嵌段聚合物，丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸甲酯/苯乙烯嵌段型共聚物作为粘结剂，该粘结剂与硅颗粒有极高的粘合作用，并拥有极高的弹性，有助于缓解硅基颗粒在脱/嵌锂过程中发生的巨大体积变化导致的颗粒粉化失效，同时能提高电解液吸液率，加速锂离子传导速率，大大提高了基于硅的锂离子电池负极的性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种基于硅基材料的锂离子电池负极。

背景技术

锂电池现阶段之所以能广泛应用于电动汽车、便携式电子产品等领域是因为其比容量高、循环寿命长、自放电小等优点。不过，目前仍存在电动汽车单次充电行驶里程短、充电时间过长，便携电子产品电池续航能力不足、容量衰减过快等问题，迫切需要进一步提高锂电池比容量、比功率密度、循环寿命等。

锂离子电池的电极主要由活性物质、导电剂和粘结剂组成。因为碳化硅电极的最大比容量高达2500mAhg^-1，一氧化硅电极的最大理论比容量高达1800mAhg^-1，是已经商用的石墨材料的3倍以上，所以被认为是下一代锂离子电池最有潜力的活性物质。但是，硅基电极在充放电循环过程中存在的体积形变使得其容量衰减迅速，循环性能远达不到正常使用标准。

长期以来聚偏氟乙烯(PVDF)是锂电池正负极中主要使用的粘结剂，它具有良好的电化学、化学、热稳定性，有较高的机械强度，满足了作为电极粘结剂的基本要求而得以广泛使用。但近期研究发现，PVDF粘弹性较差，因此其在电极中用量偏多(接近10％)，而PVDF本身导电子、导离子能力差，因此增加了电极中电子及离子的传导阻力。并且，其较差的粘结性和弹性容易造成活性物质在充放电体积变化过程中与导电剂脱离，致使电池容量过快衰减。另外，溶解PVDF还需用毒性较大且价格相对较高的甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂。此外NMP干燥过程缓慢易造成PVDF在电极表面富集，导致界面电阻增大。

发明内容

针对现有技术中存在的仅用石墨做锂离子电池负极活性物质时比容量低，不能用作高性能需求用电器使用的技术问题，本发明提出一种基于硅基材料的锂离子电池负极，该锂离子电池负极采用新型粘结剂以解决硅基锂离子电池实际使用充放电过程中硅基颗粒的体积膨胀带来的活性物质分裂破碎失效的问题，保持该锂离子电池负极的优异性能。

本发明具体的技术方案如下：

一种基于硅基材料的锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极是将负极浆料涂覆在铜箔上制备而得，厚度在50-300微米之间，所述的负极浆料的配方为：碳化硅或一氧化硅60.0-96.0重量份，导电剂1.0-20.0重量份，粘结剂1.0-7.5重量份，增稠剂1.0-7.5重量份，分散介质30.0-400.0重量份；

所述粘结剂是丙烯酸/苯乙烯/丙烯酸甲酯/苯乙烯嵌段型共聚物。

进一步地，所述的碳化硅的比容量为420-2500mAh/g，一氧化硅的比容量为460-1800mAh/g。

进一步地，所述的嵌段共聚物结构表达式为R-AA_n1-b-St_n2-b-MA_n3-b-St_n4；其中，R为异丙酸基、乙酸基、2-腈基乙酸基或2-胺基乙酸基；AA_n1中，AA为甲基丙烯酸单体单元或丙烯酸单体单元，n1为AA的平均聚合度，n1＝10-40；St_n2中，St为苯乙烯单体单元，n2为St的平均聚合度，n2＝15-8000；MA_n3中，MA为丙烯酸甲酯单元，n3为MA的平均聚合度，n3＝50-8000；St_n4中，St为苯乙烯单体单元，n4为St的平均聚合度，n4＝15-8000。

进一步地，所述的增稠剂是羧甲基纤维素钠或者聚丙烯酸。