[发明专利]一种三维多孔硅碳复合锂电池负极及其制备方法和锂二次电池

说明书

本发明公开了一种三维多孔硅碳复合锂电池负极及其制备方法和锂二次电池。本发明制备方法包括如下步骤：S1、将一号聚合物、二号聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶液；S2、将单质硅粉分散于聚合物溶液中，得到混合分散液；S3、使混合分散液在负极集流体的表面形成涂层，将涂层干燥后进行无氧烧结以使一号聚合物碳化包覆硅的同时二号聚合物气化形成孔隙，从而在负极集流体的表面形成三维多孔硅碳复合层，得到锂离子电池负极。本发明制备方法无需额外添加导电剂粘结剂等影响负极容量的物质，具备良好导电性，三维多孔结构可容纳更多电解液，在提升负极的能量密度的情况下解决了硅作为负极充放电过程中体积变化过大的问题。

技术领域

本发明涉及锂电池负极领域，特别是涉及一种无需导电剂粘结剂的三维多孔硅碳复合锂电池负极及其制备方法和锂二次电池。

背景技术

锂二次电池作为新能源产业的杰出代表，近年呈现出井喷式的增长，尤其是在电动汽车领域，具备大倍率充放性能的动力电池更是出现了供不应求的局面。随着锂二次电池在电动汽车上的大量应用，电池的容量成为制约锂电池继续发展的一个因素。其中，锂电池负极是作为提升其容量的一个重要因素。

目前正广泛应用于锂电池中的负极主要为石墨，其需要添加导电剂和粘结剂才可以进行涂布使用。石墨虽然充放电稳定性好，但容量偏低，同时还需要加入无容量的导电剂和粘结剂，进一步降低了负极的容量。导致需要涂覆较多的石墨，并且粘结剂会影响锂离子在负极中的导通，导电剂混杂在石墨中导电效果并不是非常好。硅的储锂容量高达4200mAh/g，是石墨的10倍多，但纯硅基材料的导电性差，且其作为负极材料时充放电体积变化大。因此，提供一种容量更高，且无需添加导电剂粘结剂的锂电池负极是本领域技术人员需要解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维多孔硅碳复合锂电池负极及其制备方法和锂二次电池，该锂电池负极为无需导电剂粘结剂的三维多孔硅碳复合负极，可解决现有技术中石墨负极容量低、硅作为负极充放电中体积变化大、添加无益于容量的导电剂和粘结剂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种锂电池负极的制备方法，包括如下步骤：

S1、将一号聚合物、二号聚合物溶解于溶剂中，得到聚合物溶液；

S2、将单质硅粉分散于所述聚合物溶液中，得到混合分散液；

S3、使所述混合分散液在所述负极集流体的表面形成涂层，将所述涂层干燥后进行无氧烧结以使所述一号聚合物碳化包覆硅的同时所述二号聚合物气化形成孔隙，从而在所述负极集流体的表面形成三维多孔硅碳复合层，得到所述锂电池负极。

上述的制备方法中，所述一号聚合物选自聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二酯、ABS树脂(即丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺(PA)和芳纶中的至少一种；

所述二号聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

上述的制备方法中，所述一号聚合物和所述二号聚合物的质量比可为5：(1～5)，具体可为5：5。

上述的制备方法中，所述溶剂选自水、乙醇、丙醇、异丙醇、丙三醇、四氢呋喃、吡啶、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮和聚乙二醇中至少一种。

上述的制备方法中，所述单质硅粉的粒径可为10nm～500nm，具体可为50nm；

以所述三维多孔硅碳复合层的重量为基准，硅的百分含量可为5％～90％，具体可为12％。

上述的制备方法中，所述溶剂在所述混合分散液中的质量百分含量可为10％～90％，具体可为86％。