[发明专利]一种锂离子电池硅/石墨复合负极制备方法

说明书

一种锂离子电池硅/石墨复合负极制备方法：包括制浆、涂布、干燥、碾压、切片步骤，其中制浆过程中混合CMC溶液和SBR乳液作为粘结剂。本发明的方法具有所制备的石墨/纳米硅复合材料负极具有比容量高、循环稳定性好、原材料价格便宜、工艺简单、环保的优点。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池硅/石墨复合负极制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

便携式消费电子是锂离子电池大规模应用的重要领域，随着技术的发展，手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴式智能设备等产品的需求持续增长，对锂离子电池的能量密度、可靠性等提出了更高的要求。与此同时，由于全球能源短缺问题，推动了新能源汽车快速发展，这就要求大幅提高锂离子电池的能量密度。在新能源、智能电网建设的背景下，锂离子电池在储能领域也大规模应用。传统的锂离子电池用石墨作为负极，石墨的理论比容量为372mAh/g，而市场上的高端石墨材料已经可以达到360～365mAh/g，因此相应锂离子电池能量密度的提升空间已相当有限。

硅基负极材料因其较高的理论比容量(4200mAh/g)、低的脱锂电位(＜0.5V)、环境友好、储量丰富、成本较低等优势而被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。

但是，硅基负极材料在规模使用过程中仍存在两个关键问题需要解决：①硅材料在脱/嵌锂过程中反复膨胀收缩，致使负极材料粉化、脱落，并最终导致负极材料失去电接触而使电池彻底失效；②硅材料表面SEI膜的持续生长，会一直不可逆地消耗电池中有限的电解液和来自正极的锂，最终导致电池容量的迅速衰减。为此，人们采用了多种策略进行改善：1)通过纳米化结构设计获得更多空间，比如，中空结构、多孔结构、核壳结构等；2)通过与其他柔性的材料复合来缓冲应力，比如与碳、石墨烯、碳纳米管等构建复合物。虽然上述措施可以在很大程度上减小或缓冲硅的体积效应、提高材料的循环稳定性，但是由于这些措施都涉及到复杂的制备工艺，工艺成本高、产率低，限制了硅基负极的工业化应用。

传统制备工艺多用聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂，在含硅负极中使用PVDF会使其容量迅速衰减。此外，用PVDF作粘结剂需要用到有毒的N-甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂，成本高，对人体健康和环境毒害作用大。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种锂离子电池硅/石墨复合负极制备方法，获得较高的比容量和很好的循环稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种锂离子电池硅/石墨复合负极制备方法：包括制浆、涂布、干燥、碾压、切片步骤，其中，

制浆步骤:

制浆用到的材料和试剂为：纳米硅颗粒，粒径50-70nm；石墨；导电炭黑；羧甲基纤维素钠(CMC)(平均分子量Mw 250000，取代度0.90)，使用前用水配置成4％重量比的CMC溶液；固含量为41.3％重量比的丁苯橡胶(SBR)乳液；水；

负极配方按固体含量计重量比比例为纳米硅/石墨/导电炭黑/CMC/SBR＝10/90/2.5/3/2.4。实际制浆过程中采用溶液，负极配方根据实际称量的溶液计算为纳米硅/石墨/导电炭黑/4％CMC溶液/SBR乳液/水＝10/90/2.5/75/5.81/300；

具体制浆过程为：将纳米硅、石墨、导电炭黑、CMC、水混合在一起，球磨6h，之后加入SBR乳液，球磨过夜。

其中，具体涂布步骤为:将混合好的浆料用一个固定厚度为100μm的刀片涂布到铜箔上；

其中，具体干燥步骤为:将涂布好的电极在室温下自然干燥3h，之后在温度60℃、真空为10-2Torr下干燥24h；

其中，具体碾压步骤为:将干燥好的极片用40μm厚度的辊压机碾压；

其中，具体切片步骤为:碾压后的电极根据需要切割成面积合适的极片。