[发明专利]一种锂电池用硅基负极浆料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池用硅基负极浆料及其制备方法，其浆料包括以下组分：硅基活性物质40‑100份、导电剂0.1‑10份、交联型粘结剂0.5‑10份、去离子水20‑200份。该硅基负极浆料中的活性物质均匀地分散在粘结剂交联网络中，可以有效地改善硅基负极材料在充放电循环过程中因体积膨胀而导致的极片粉化，循环性能差等问题。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池用硅基负极浆料及其制备方法。

背景技术

目前，在锂电池生产中负极常用材料为石墨类材料，它具有循环寿命长、成本低、资源丰富等优势，但石墨的理论比容量仅为372mAh/g，无法满足锂电池高能量密度的发展要求；此外，它的嵌锂电位非常接近于锂的沉积电势，当电池过充时，极易在电极表面生成锂枝晶，导致起火甚至爆炸，给电池带来了巨大的安全隐患。与石墨类负极材料相比，新型硅基材料具有更高的比容量，例如硅金属负极的理论比容量高达4200mAh/g，且具有较低的嵌/脱锂电位，安全性能好，已经展示出可替代石墨类材料成为新一代负极材料的趋势。然而，硅基材料在嵌脱锂的过程中会伴随着严重的体积膨胀，导致活性物质的粉化脱落和SEI膜的不断形成，使得电池比容量快速衰减，充放电效率降低，循环寿命差等，这使得高容量的硅负极材料在锂电池的应用上受到了严重的限制。

为了解决硅负极材料充放电体积膨胀的问题，粘结剂也成为了近期锂电池研发工作者重点关注的对象，电极非常重要的性能，包括循环稳定性和首次不可逆容量，都强烈依赖于粘结剂的性能。

目前，已经规模化使用的粘结剂包括SBR粘结剂和LA133粘结剂都不能有效地解决上述问题，在充放电循环过程中仍然会出现粉化、体积膨胀，导致活性物质间失去有效的接触，致使出现电池容量衰减快、循环寿命短等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述不足而提供的一种锂电池用硅基负极浆料及其制备方法，与线型粘结剂相比，采用交联型粘结剂具有更好的力学性能、粘结性能和三维整体结构保护性能，能够有效地缓解硅基负极材料在循环过程中由于硅颗粒剧烈的体积变化而造成的极片结构的破坏，为硅基负极材料在循环过程中提供一个稳定的导电网络和极片结构，进而可以更好地提高电池的循环性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂电池用硅基负极浆料，该负极浆料由以下组分按质量份数混合而成：

硅基活性物质 40-100份

导电剂 0.1-10份

交联型粘结剂 0.5-10份

去离子水20-200份；其中：

所述硅基活性物质为硅、硅锂合金、硅硼合金、硅碳复合物、氧化亚硅、氧化亚硅与碳的复合物中的一种或几种混合；

所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维中的一种或几种混合；

所述交联型粘结剂为交联聚丙烯酸盐、交联聚乙烯吡咯烷酮、交联羧甲基纤维素、交联壳聚糖、交联海藻酸钠、交联淀粉、交联聚乙烯醇、交联聚乙二醇、交联瓜尔胶、交联聚酰胺、交联聚酰亚胺、交联丁苯乳液中的一种或几种混合。

一种锂电池用硅基负极浆料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）按照配比将交联型粘结剂加入到去离子水中，搅拌10-60min，得到粘结剂溶液；

（2）向步骤（1）得到的粘结剂溶液中按照配比加入硅基活性物质和导电剂进行分散0.5-12h，得到所述的锂电池用硅基负极浆料；其中：

所述按照配比，其质量份数为硅基活性物质40-100份，导电剂0.1-10份，交联型粘结剂0.5-10份，去离子水20-200份；