[发明专利]应用于硅碳负极的硅基活性复合导电浆料及负极合浆方法

说明书

本发明涉及锂电池负极浆料制备领域，特别涉及一种应用于硅碳负极的硅基活性复合导电浆料及其制备方法及利用该硅基活性复合导电浆料的负极合浆方法。硅基活性复合导电浆料按照重量百分比计，包含0.1‑2%的导电碳材料,5.0‑22.0%的硅基活性材料，0.1‑1%的分散剂，0.1‑3.0%的粘结剂，75.0‑90.0%的溶剂，预先将硅活性物质与导电碳材料及其它各组分混合形成复合导电浆，该硅基活性复合导电浆料可以直接被下游应用端在传统一般的负极合浆工艺条件下直接单独或与石墨活性物质以任意比例掺混使用，得到的硅碳负极库伦效率高，循环效率好，有效降低原料及工艺成本，同时规避负极工艺分散困难问题，有利于发挥硅活性物质的高容量特性。

技术领域

本发明涉及锂电池负极浆料制备领域，特别涉及应用于硅碳负极的硅基活性复合导电浆料及负极合浆方法。

背景技术

近年来,随着新能源汽车行业蓬勃发展,锂离子电池需求量较大。与内燃机车辆相比，电动汽车的有限行驶里程是影响电动汽车广泛使用的一个重要因素。因而需进一步提升锂离子动力电池的能量密度需达到300Wh/k以上,要达到此能量密度，锂离子电池正极需要使用高克容量的811/NCA材料，同时负极也需要匹配高克容量的活性材料，目前普遍使用的石墨负极(理论克容量372mAh/g)无法满足需求,而硅作为负极活性材料的理论比容量高达4200mAh/g。但硅负极存在体积膨胀问题，在充放电过程中，不断的收缩膨胀会造成硅碳负极材料的粉末化，严重影响电池寿命；同时，在电池内部产生很大的应力，对极片造成挤压，循环多次后可能出现极片断裂的情况；也会造成电池内部孔隙率的降低，减少锂离子移动通道，造成锂金属的析出，影响电池安全性。此外，硅为半导体，导电性比石墨差很多，导致电池的内阻高，影响电池的功率输出和充电速度。正因如此，硅碳负极在研发和应用方面的面临着较高的技术壁垒。针对于硅负极中的膨胀问题，研究通过采用其他物质对硅材料进行包覆，其中碳包覆能有效缓解硅在充放电过程中的体积膨胀，有效减小电极在充放电过程中的体积变化，防止纳米硅直接接触电解液，减小电极表面SEI膜的形成消耗，提高库伦效率。通常情况下，包覆量越大，循环性能越好，但降低硅的含量会导致硅基负极活性材料的克容量降低。在硅基负极中，研究界认为氧化亚硅-碳复合材料的实际应用效果可能好于纯硅-碳复合材料，特别是在电池循环性和稳定性方面。

硅基负极相对于传统石墨负极材料的制备工艺复杂，为了获得较优的负极极片，硅基材料其粉末颗粒较大会影响负极极片涂布效果，至少需要微米级，或呈纳米化，但按照市场上类似产品没有达到标准化，导致其价格较高。中国专利CN107785541A阐述了现有体系中硅材料与石墨复合过程中伴随着硅材料中团聚、上浮、分散不均匀现象和原因，导致现有硅材料制备的锂离子电池首效低、循环差、膨胀大。其将硅材料与石墨先进行研磨分散制浆,而后进行造粒、高温碳化得到硅碳复合材料，将其以不同比例与天然石墨掺杂在负极体系制备负极极片片制成半电池得到较优效果，但是其制备过程仍旧很复杂，或将导致硅碳材料制备成本较高。当前硅基负极活性材料未大量用于电池企业中，其中另一很重要的因素是负极合浆工艺不适用于硅基负极。