一种锂离子电池、负极、负极导电浆料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极导电浆料，属于锂离子电池材料制造领域。该导电浆料含有增稠剂、粘结剂、导电剂、消泡剂、活性物质和溶剂；以导电浆料的质量为100％计，固含量为5～30％。其中，增稠剂：粘结剂：导电剂：消泡剂：活性物质的质量比＝0.1～2.0％：0.5～15％：0.5～15％：0.1‑5％：70～97.5％。本导电浆料为水性粘结剂体系，采用羧甲基纤维素作为增稠剂、硅/碳化硅/碳复合物作为活性物质。此外，本文还提供该导电浆料的制备方法、以及使用该导电浆料制备的锂离子电池负极和锂离子电池。采用本发明专利技术提供的负极浆料制作方法所组装的锂离子电池半电池，具有优异的循环稳定性和首次库伦效率。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池、负极、负极导电浆料及制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料制造
，特别涉及一种锂离子电池、负极、负极导电浆料及制备方法。
技术介绍
锂离子电池以其能量密度高、工作电压高、循环性能稳定、负载特性好、充放电速率快、安全性同时兼具无污染等特点在近些年间经历了蓬勃的发展，并广泛应用于纯电动汽车、便携式电子设备等多种领域。锂离子电池主要包括以下几个组成部分：正极、负极、隔膜、电解液、集流体和封装外壳等，其中电极材料的容量特性主要决定了电池能量密度上限。除此之外，浆料制备，涂布，烘干及电池组装等工艺对于电化学性能的发挥同样起着至关重要的作用。浆料制备是其中的一个重要步骤，主要实现将活性物质材料与非活性组分充分混合的目的。所以，电极浆料制备的好坏和性能直接影响了电极片电化学性能的发挥。电极片充分发挥其电化学特性，一方面是浆料的均匀性，保证各组分之间的充分混合均匀，避免团聚，同时也保证极片负载量的可控性及电化学性能的真实可重复性；另一方面是非活性组分与活性物质的匹配性，选择导电性优异的导电剂与粘结性能更加出色的粘结体系可以在降低非活性组分含量的同时达到提升电化学性能的目的，提高电池的整体能量密度。油性粘结体系聚偏氟乙稀(PolyvinylideneFluoride，PVDF)溶解于N-甲基吡咯烷酮(N-Methylpyrrolidone，NMP)中，因其价格低廉同时机械强度较好，兼具宽电化学窗口等特点是锂离子电池正负极中传统的粘结体系。但同时油性粘结体系存在着几个突出的问题：首先是溶剂使用NMP，使用量大，回收难，成本高同时有一定毒性，对环境不友好(赵洪等.电源技术,2011,35(12):1504)。再者是PVDF/NMP体系对于高体积膨胀率合金类负极材料而言其粘结性不强，易使得活性物质在反复脱嵌锂过程中与集流体脱离，整个电极结构遭到不可逆破坏，导致循环性能不佳。近些年来，以羧甲基纤维素、聚丙烯酸等为代表的一类水溶性粘结剂逐渐得到了广泛的关注和使用。这类粘结剂相比油性粘结体系，更环保廉价，同时使用较少量就可以达到相同或更佳的粘结效果。但目前水性粘结体系的引入在制备浆料方面还存在着一定的问题，突出的问题是现有的水性粘结体系的加入会明显增加体系内气泡含量，尤其在高速搅拌黏稠浆料时会产生大量气泡难以除去，导致制备出的干极片会发生显著的起皱、皲裂现象，涂覆厚度不均匀，极片质量与负载均匀性得不到充分保证，导致极片电化学性能无法充分发挥同时重复性受到明显影响。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种锂离子电池、负极、负极导电浆料及制备方法，以解决现有浆料的制备中存在的在水性粘结体系加入后高速搅拌黏稠浆料时产生大量气泡难以除去进而导致电极片质量下降影响电化学性能发挥的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。本专利技术第一个目的是提供一种锂离子电池负极导电浆料。在一些示例性的实施例中，导电浆料含有如下组分：增稠剂、粘结剂、导电剂、消泡剂、活性物质和溶剂；其中，以导电浆料的质量为100％计，固含量为5～30％；固含量包括增稠剂、粘结剂、导电剂、消泡剂和活性物质；增稠剂：粘结剂：导电剂：消泡剂：活性物质的质量比＝0.1～2.0％：0.5～15％：0.5～15％：0.1-5％：70～97.5％；所述增稠剂包括：羧甲基纤维素(CarboxyMethylCellulose，CMC)；所述活性物质包括：硅/碳化硅/碳复合物；所述粘结剂包括：聚丙烯酸(Polyacrylicacid，PAA)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、聚丙烯醇(polyvinylalcohol，PVA)、海藻酸钠(sodiumalginate，Alg)、丁苯橡胶(PolymerizedStyreneButadieneRubber，SBR)、LA132、LA133、LA133N、LA134、LA135、LA136D、ME1209中的一种或几种的混合物。本实施例提供了一种水性粘结体系的锂离子电池负极导电浆料，在本实施例中，选取的粘结剂为水溶性，导电浆料的溶剂可以为去离子水或其他水溶性溶剂。硅/碳化硅/碳复合物为一种全新的活性物质，可以提升本导电浆料制备极片的循环稳定性。采用CMC作为增稠剂，一方面是配合其他水溶性粘结剂可以使得在保障循环稳定性的同时降低粘结剂的总加入量，提高电池整体能量密度；另一方面是调节浆料的粘稠度，提高粘结剂的粘附作用强化粘结效果。多种水性粘合体系组合配合CMC的使用在降低总添加量的同时仍起到了很好的粘合效果。此外，在本导电浆料中还加入了消泡剂，以减少水性粘合体系混合搅拌过程中产生的气泡。烘干步骤之前的抽真空步骤更加保证了气泡的完全除去。进一步的，硅/碳化硅/碳复合物为硅@碳化硅@碳核壳结构复合材料。其中，硅@碳化硅@碳核壳结构复合材料含有内层、中间层和外层三层结构。内层为硅Si基质层、所述中间层为碳化硅SiC基质层，所述外层为碳C基质层。以所述复合材料的总重量为100％计，所述内层的质量分数为19～96％，所述中间层的质量分数为3～80％，所述外层的质量分数为1～40％。其中，三层结构为致密包覆型的壳核三层结构，核壳结构包覆层可有效抑制充放电过程中Si的体积变化，稳定电极表面的固体电解质界面(solidelectrolyteinterface，SEI)膜，该复合材料具有比容量高，循环稳定性好等特点。Si基质层可以是纯Si或掺杂了其他金属或非金属元素的以Si为主体的混合物。近似的，SiC基质层可以是SiC或含有SiC的混合物。C基质层是指以碳为主体的包覆层，可以是纯碳材料，如无定型碳、石墨碳等，亦或掺杂了金属或非金属元素的碳材料等等。优选的，内层为纯Si粉，中间层为SiC，外层为石墨碳；内层Si粉的颗粒直径为0.02～50μm，所述中间层的厚度为2nm～20μm，所述外层的厚度为2nm～10μm；优选的，中间层的厚度为1～500nm，外层的厚度为1～500nm。进一步的，导电剂包括：SuperPLi、SuperS、350G、乙炔黑、科琴黑carbonECP、科琴黑carbonECP600JD、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、气相生长碳纤维(Vapor-growncarbonfiber，VGCF)、碳纳米管(CarbonNanotube，CNT)、碳纳米角(CarbonNanohorn，CNH)、介孔石墨烯(Mesoporousgraphene，MGF)、碳纳米管-石墨烯杂合物(CarbonNanotube-Grapheneheterozygous)等一种或几种的混合物。进一步的，活性物质还可以包括：硅/碳复合物、硅氧化物/碳复合物、硅/氮化硅/碳复合物、硅/硅氧化物/碳复合物等的一种或几种的混合物。如：微/纳米级硅/石墨核壳结构粉末、微/纳米级一氧化硅/石墨核壳结构粉末、微/纳米级硅/氮化硅/石墨复合物粉末、微/纳米级硅/硅氧化物/石墨复合物粉末等。可选的，活性物质还可以包括：微/纳米级高纯硅粉、微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极导电浆料，其特征在于，所述导电浆料含有如下组分：增稠剂、粘结剂、导电剂、消泡剂、活性物质和溶剂；其中，以导电浆料的质量为100％计，固含量为5～30％；所述固含量包括所述增稠剂、粘结剂、所述导电剂、所述消泡剂和所述活性物质；所述增稠剂：所述粘结剂：所述导电剂：所述消泡剂：所述活性物质的质量比＝0.1～2.0％：0.5～15％：0.5～15％：0.1‑5％：70～97.5％；所述增稠剂包括：羧甲基纤维素CMC；所述活性物质包括：硅/碳化硅/碳复合物；所述粘结剂包括：聚丙烯酸PAA、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯醇PVA、海藻酸钠Alg、丁苯橡胶SBR、LA132、LA133、LA133N、LA134、LA135、LA136D和ME1209中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极导电浆料，其特征在于，所述导电浆料含有如下组分：增稠剂、粘结剂、导电剂、消泡剂、活性物质和溶剂；其中，以导电浆料的质量为100％计，固含量为5～30％；所述固含量包括所述增稠剂、粘结剂、所述导电剂、所述消泡剂和所述活性物质；所述增稠剂：所述粘结剂：所述导电剂：所述消泡剂：所述活性物质的质量比＝0.1～2.0％：0.5～15％：0.5～15％：0.1-5％：70～97.5％；所述增稠剂包括：羧甲基纤维素CMC；所述活性物质包括：硅/碳化硅/碳复合物；所述粘结剂包括：聚丙烯酸PAA、聚四氟乙烯PTFE、聚丙烯醇PVA、海藻酸钠Alg、丁苯橡胶SBR、LA132、LA133、LA133N、LA134、LA135、LA136D和ME1209中的一种或多种。2.如权利要求1所述的导电浆料，其特征在于，所述硅/碳化硅/碳复合物为硅@碳化硅@碳核壳结构复合材料；所述硅@碳化硅@碳核壳结构复合材料含有内层、中间层和外层三层结构；其中，所述内层为硅Si基质层、所述中间层为碳化硅SiC基质层，所述外层为碳C基质层。3.如权利要求2所述的导电浆料，特征在于，所述消泡剂包括：碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、乙醇和异丙醇的一种或多种。4.如权利要求2所述的导电浆料，其特征在于，所述导电剂包括：SuperPLi、SuperS、350G、乙炔黑、科琴黑carbonECP、科琴黑carbonECP600JD、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、气相生长碳纤维VGCF、碳纳米管CNT、碳纳米角CNH、介孔石墨烯MGF和碳纳米管-石墨烯杂合物中的一种或多种。5.如权利要求1-4中任一项所述的导电浆料，其特征在于，所述活性物质还包括：硅/碳复合物、硅氧化物/碳复合物、硅/氮化硅/碳复合物和硅/硅氧化物/碳复合物的一种或多种。6.一种权利要求1-5中任一项所述的锂离子电池负极导电浆料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将增稠剂与溶剂加入容器中搅拌均匀；2...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖哲熙，魏飞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11