[发明专利]适用于硅基负极的复合导电剂、硅基负极、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种适用于硅基负极的复合导电剂、硅基负极、其制备方法和锂离子电池。所述硅基负极包括负极集流体和位于所述负极集流体表面的硅基负极活性层，其特征在于，所述复合导电剂包括导电炭黑、羧基化导电碳纳米管、导电碳纤维和羧基化Mxene；以用于制备硅基负极活性层的原料干基总质量为100％计，羧基化Mxene的质量百分含量为≥0.1％。采用本发明的复合导电剂制备的硅基负极具有良好的导电性、体积膨胀小、高的理论克容量和能量密度。

技术领域

本发明涉及涉及新能源技术领域，涉及一种适用于硅基负极的复合导电剂、硅基负极、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳负极材料，其理论比容量仅为372mAh/g(每6个碳原子嵌入1个锂离子，形成LiC6结构)，现今高端石墨克容量达到360-365mAh/g，接近理论容量，因此需要寻求更高能量密度的负极材料。目前硅基材料成为负极材料中的研究热点，理论比容量高达为4200mAh/g，因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度，被认为是碳负极材料的替代性产品，可有效提高锂离子电池的能量密度，因此一直以来受到广泛关注。然而，硅在脱嵌锂过程中体积存在300％膨胀，导致部分硅颗粒循环过程中粉化而不再提供容量、和导电剂的物理连接遭到破坏，影响电池循环寿命。

如何选择适合于硅负极的导电剂至关重要，导电剂的首要作用是提高电子电导率。导电剂在具活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用以减小电极的接触电阻，提高锂电池中电子的迁移速率，降低电池极化。目前常用于硅基材料的导电剂主要有导电炭黑、导电碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)、石墨烯等。导电炭黑是点状导电剂，也称作零维导电剂，主要通过颗粒之间的点接触提高导电性，炭黑颗粒的高比表面积，堆积紧密有利于颗粒之间紧密接触在一起，组成了电极中的导电网络，但与其他一维或二维导电剂相比，导电炭黑添加量多，不利于提升锂电池能量密度，此外，在硅负极循环过程中反复膨胀收缩，会造成导电剂与硅负极失去接触，破坏导电网络体系。导电碳纤维是一维导电剂，与活性物质接触形式为点线接触，相比于导电炭黑与导电石墨的点点接触形式，更能降低导电剂用量，提高电池容量，但VGCF分散难，限制其导电性发挥。碳纳米管是一维结构，具有良好的电子导电性，由于其管径小、长径比大，在范德华力的作用下，易发生团聚，影响导电作用。石墨烯是二维导电剂，与活性物质接触形式为点面接触，与零维和一维材料相比可以减少大量减少导电剂用量，但石墨烯的片层结构，会阻碍锂离子扩散，从而降低了极片的离子电导率。CN107978759A通过利用粘结剂作为固态碳源生长石墨烯作为导电剂提高产品性能。但是，上述方法的导电剂并不适用于高膨胀、低导电性的硅基材料负极。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种适用于硅基负极的复合导电剂、硅基负极、其制备方法和锂离子电池。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种适用于硅基负极的复合导电剂，所述硅基负极包括负极集流体和位于所述负极集流体表面的硅基负极活性层，所述复合导电剂包括导电炭黑、羧基化导电碳纳米管、导电碳纤维和羧基化Mxene；

以用于制备硅基负极活性层的原料干基总质量为100％计，羧基化Mxene的质量百分含量≥0.1％，例如0.1％、0.3％、0.5％、0.8％、1％、1.5％、2％、3％、3.5％、4％或5％等。

本发明的复合导电剂是一种适用于硅基负极的复合导电剂，采用该复合导电剂与硅基活性物质配料制备硅基负极，能够使硅基负极具有良好的导电性、体积膨胀小、高的理论克容量和能量密度。