[发明专利]降低氧化亚硅-石墨负极阻抗的工艺设计及阻抗诊断方法

说明书

本发明公开了一种降低氧化亚硅‑石墨负极阻抗的工艺设计及阻抗诊断方法，将氧化亚硅和石墨、加入到粘结剂A中混合均匀，加入颗粒状导电剂与纳米线状导电剂的复合物，通过设备混合，通过热处理及粒度分级得硅碳初级复合材料；将硅碳初级复合材料导入到特异性设备，与表面修饰剂、碳基改性材料添加剂进行分散、后续热处理，得硅碳二次复合材料；将硅碳二次复合材料通过高活性物、低导电剂、低粘结剂的浆料与极片制作工艺，得硅碳负极极片；将正负极容量面密度比的正负极进行匹配，制作成双片正极‑单面负极的一对二模式的全电池；将全电池进行活化循环，进行交流阻抗测试，测出相应参数的阻抗值。本发明更针对性地设计出了与之匹配的阻抗诊断方法。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，涉及一种降低氧化亚硅-石墨负极阻抗的工艺设计及阻抗诊断方法。

背景技术

硅碳负极材料被认为是一种即将取代石墨包括人造石墨与天然石墨等，逐渐成为高容量锂离子电池和全固态锂离子电池的首选负极材料。当前，实现高性能的硅碳负极材料的规模化、低成本、均一性地合成技术是非常迫切的研究焦点。除此之外，对市场存在的小批量硅碳样件进行使用前的性能参数的快速诊断，包括材料物理性能、浆料特性、所制作极片的性能参数。其中，对比石墨负极，要求硅碳复合负极在大电流倍率下表现出高于石墨的比容量与循环性能。这需要在硅碳负极材料结构设计上开展创新性研究。另外，如何采用简单快捷的方法与工艺，快速对所测试的硅碳负极进行阻抗测试对比，指导判断相应硅碳负极的倍率性能也是非常必要的。

但是，当前硅碳负极材料的主流开发思路是将纳米硅或氧化亚硅等硅负极材料物理混合或者在石墨结构改进过程中添加到石墨材料中，这两种混合手段是无法保证所制备的硅碳负极具有高于石墨的倍率性能和循环性能。需要说明的是，近几年来，研究人员通过采用了各种各样的结构设计，开发出了众多的硅碳负极材料。但是在现有技术中，往往是把研究的侧重点放在了如何制备出该种类型的负极材料，然后仅仅通过低活性物、高粘结剂、高导电剂的浆料配方制备负极极片，再通过简单的扣式半电池测试材料的比容量。上述检测手段很难准确地表达出硅碳负极材料在真实电池中实际的比容量贡献，因为测试数据的一致性与可靠性非常差。因此，上述扣电数据不足够为电池厂从事负极材料选型的研究人员提供直观、准确的数据参考。

由此可见，创新性地设计一种降低氧化亚硅-石墨复合负极阻抗的工艺，并开发出与之匹配的阻抗诊断方法有着非常重要的科学意义和产业化价值。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种降低氧化亚硅-石墨负极阻抗的工艺设计及阻抗诊断方法，更针对性地设计出了与之匹配的阻抗诊断方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种降低氧化亚硅-石墨负极阻抗的工艺设计，包括以下工序：

首先将表面功能化的氧化亚硅和石墨，加入到粘结剂A中混合均匀，得硅碳复合物，再加入合适比例的颗粒状导电剂与纳米线状导电剂的复合物，通过特异性的混合设备再次混合以保证物料分散均一，然后通过针对性的热处理以及粒度分级得到硅碳初级复合材料；

再将上述硅碳初级复合材料导入到具有塑造二次颗粒结构的特异性设备中，与优选的表面修饰剂、碳基改性材料添加剂进行分散以及后续热处理，得到硅碳二次复合材料。

所述功能化的氧化亚硅为通过颗粒纳米化、表面预锂化、表面无定形炭沉积处理的氧化亚硅或者纳米硅的一种或两种。

所述石墨为人造石墨、天然石墨、软碳或硬碳等的一种或两种。

所述功能化的氧化亚硅和石墨之间的质量百分比范围为3：1～45：1。

所述粘结剂A为具有残炭率大于50％的糖类化合物、煤沥青或者石油沥青的一种或两种。

所述颗粒状导电剂为乙炔黑或者Super P的一种或两种。