[发明专利]一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法

说明书

本发明提出一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，所述方法是将硅粉、分散剂、导电剂和锂水玻璃制成粘稠浆料，然后将球形石墨粉、PVA共混压制得到碳膜，接着依次向模具中贴铜集流体、碳膜，涂布浆体，再贴碳膜，进行等静压成型，在成型过程中向模具中注入酸液，保压烘干，经无水乙醇洗涤干燥，获得锂电池硅碳负极极片。本发明提供的方法，通过简单的压制、涂布、成型工艺在集流体上一步形成硅碳负极层，免去现有工艺中的硅碳复合和高温烧结工艺，整个工艺方便简便实用，适宜于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料的技术领域，特别是涉及一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法。

背景技术

锂离子电池作为现有新能源汽车的主要动力来源之一，因其优异的性能已经在便携式消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。同时，在纯电动汽车、混合动力汽车以及储能等领域也显示了良好的应用前景。

锂离子电池的负极材料主要为改性天然石墨和人造石墨，尽管制备技术已相当成熟，但其理论比容量小，难以满足市场对大容量锂离子电池的需求。锂离子电池大容量负极材料的研究和应用普遍受到重视，其中，硅碳负极材料因其大容量性能而受到关注。

作为负极材料，硅具有较高的理论比容量和较低的嵌锂电位而引起广泛关注。但硅作负极却存在天然的缺陷，即锂嵌入脱出硅的晶胞时，会导致硅材料发生严重的体积变化，造成容量衰减迅速。经过科学家大量的研究发现，将硅与其他材料复合能够有效缓解硅的体积效应，增长其循环寿命，而硅-碳复合物是其中最具有应用前景的复合材料。硅-碳复合负极材料中硅作为活性物质提供储锂容量；碳作为分散基体缓冲硅颗粒嵌脱锂时的体积变化，保持电极结构的完整性，并维持电极内部电接触。硅-碳复合负极材料受到了越来越高的重视，科学家称之为“锂电负极材料的新大陆”。目前的硅碳负极生产方案较为复杂，这也是制约硅碳负极发展的重要因素。

中国发明专利申请号201811061348.6公开了一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，它是用球形石墨与纳米硅复合，并在外层包覆碳层得到核壳结构的硅碳复合材料；该发明先是采用湿法球磨使球形石墨与纳米硅均匀分散，并产生一定的机械结合，而后将得到的浆料喷雾干燥，从而使复合结构表面包覆有机碳层，烧结碳化，最终得到相应硅碳负极材料。中国发明专利申请号201910753059.0公开了一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，所述负极材料为核壳结构，核为纳米硅、多孔隙石墨和碳纳米管，纳米硅通过超细研磨制备，多孔隙石墨由天然石墨或人造石墨经强酸侵蚀而成，纳米硅通过液相法渗入石墨的孔隙中，碳纳米管通过CVD沉积穿插纳米硅颗粒之间，壳为有机裂解碳。

为了简化硅碳负极材料的制备工艺，特别是解决球磨法生产硅碳负极工艺复杂、循环性能差的问题，有必要提出一种新型简易化生产硅碳负极材料的方法，进而促进硅碳负极材料的规模化工业生产。

发明内容

针对目前球磨法生产硅碳负极工艺复杂，循环性能差的问题，本发明提出一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，从而简化了硅碳负极材料的制备工艺，适宜于规模化工业生产。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种球形石墨简易化生产动力锂电池硅碳负极极片的方法，具体生产方法如下：

（1）将硅粉、分散剂、导电剂和锂水玻璃混合，快速机械搅拌均匀，形成粘稠浆料；

（2）将球形石墨粉、PVA混合均匀，然后置于压力成型机中，压制得到厚度为100-200μm的碳膜；

（3）将锂电池用铜集流体置于模具底部，将碳膜紧贴在铜集流体表面，加压后保压5-8min，然后向表面涂布粘稠浆体，接着加压后保压5-8min，贴合碳膜，再进行等静压成型，压制10-30min后缓慢加入酸液，保压1-2h，接着对模具进行加热烘干处理，最后使用无水乙醇洗涤烘干，即可得到所需的动力锂电池硅碳负极极片。