一种负极浆料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种负极浆料及其制备方法和锂离子电池。所述制备方法包括：1)将多孔硅基材料与导电剂预混，得到预混物；2)将预混物与润湿分散剂进行一次捏合，得到一次捏合产物；3)将一次捏合产物与润湿分散剂进行二次捏合，得到二次捏合产物；4)将二次捏合产物与添加剂在抽真空条件下混合，进行静置真空脱泡，得到所述负极浆料。所制得的负极浆料与常规浆料对比具有相当优良的电化学性能，可以使制备的锂离子电池的能量密度、倍率性能和循环性能得到改善。

【技术实现步骤摘要】
一种负极浆料及其制备方法和锂离子电池
本专利技术属于电池
，涉及一种负极浆料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂电池负极材料目前处于锂离子电池产业中最关键的环节。按锂离子电池成本比例，负极材料占比锂电池总成本的25％～28％。相对于锂电池正极材料，负极材料的研究方兴未艾。较为理想的负极材料最少要具备以下7点条件：化学电位较低，与正极材料形成较大的电势差，从而得到高功率电池；应具备较高的循环比容量；在负极材料中Li+应该容易嵌入和脱出，具有较高的库伦效率，以至于在Li+脱嵌过程中可以有较稳定的充放电电压；有良好的电子电导率和离子电导率；有良好的稳定性，对电解质有一定的兼容性；对于材料的来源应该资源丰富，价格低廉，制造工艺简单；安全、绿色无污染。符合以上各个条件的负极材料目前基本较为困难，因此研究能量密度高、安全性能好、价格便宜、材料易得的新型负极材料成为当务之急，这也是现阶段锂电池研究领域的热门课题。现阶段，锂离子电池负极材料主要有碳材料、过渡金属的氧化物、合金材料、硅材料及其他含硅材料等。CN102280612A公开了一种锂电池负极浆料制备方法及制备得到的锂离子电池，包括：将非离子型水溶性纤维素粉末溶于水中制备胶液，并在胶液中加入消泡剂。该方案还公开了采用上述方法制备得到的锂离子电池负极浆料制备得到的锂离子电池。CN102790218A公开了一种锂离子电池负极浆料制备工艺。该方案的步骤如下：取重量份数88-96份负极活性材料、4.8-6份粘结剂、1.0-1.7份增稠剂、0-5.5份导电剂、70.4-115.2份溶剂和0.88-5.76份添加剂作为原材料；将增稠剂加到溶剂中搅拌2.5-4.5小时；投加导电剂搅拌3-5小时；分数次投加负极活性材料搅拌2.5-4小时；投加添加剂搅拌20-60分钟；投加粘结剂搅拌1.5-3小时，过筛得负极浆料。CN108630884A公开了一种锂离子电池负极浆料制备方法，该方法包括以下步骤：步骤S1、备料：称取负极活性物质粉体材料、导电剂、粉体粘结剂、液体粘结剂和溶剂，待用；步骤S2、制备均匀胶液：将粉体粘结剂和40％-60％溶剂加入搅拌设备内，进行搅拌，得到均匀胶液；步骤S3、沥青状浆料搅拌：向步骤S2中的均匀胶液中加入负极活性物质粉体材料和导电剂，进行搅拌，活性物粉体和胶液混合后得到沥青状浆料；步骤S4、磨合搅拌：向步骤S3中的沥青状浆料中加入20％-40％的溶剂继续混合,磨合搅拌；步骤S5、调整黏度：向步骤S4的浆料中加入20％-40％的溶剂，使黏度范围在2000-6000mPa。但是上述方案中，负极浆料的能量密度、倍率性能、循环性能仍有待进一步加强。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种负极浆料及其制备方法和锂离子电池。本专利技术提供的负极浆料能够提供锂离子电池的能量密度、倍率性能和循环寿命。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种负极浆料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将多孔硅基材料与导电剂预混，得到预混物；(2)将步骤(1)所述预混物与润湿分散剂进行一次捏合，得到一次捏合产物；(3)将步骤(2)所述一次捏合产物与润湿分散剂进行二次捏合，得到二次捏合产物；(4)将步骤(3)所述二次捏合产物与添加剂在抽真空条件下混合，进行静置真空脱泡，得到所述负极浆料。本专利技术中，所述多孔硅基材料是指孔隙率在25％以上的硅基材料。此种材料由于多孔的特性，具有优异的弹性空间，因此可以在负极材料充放电过程中较好的抵抗膨胀，改善了负极材料在充放电中由于膨胀而被破坏，最终导致电池衰减的弊端。同时，多孔的空间结构有利于Li+嵌入和脱出，提高电池能量密度。本专利技术提供的制备方法中，预混物与润湿分散剂混合后会形成粘稠膏状，使用两步法添加润湿分散剂，既保证了润湿分散剂对混合物料的润湿、分散性，同时又解决了润湿分散剂一次性投入太多导致混合物料黏度过高解聚困难的问题。本专利技术中，所述捏合是指利用机械搅拌使糊状、黏性及塑性物料均匀混合的操作。本专利技术中，步骤(4)的抽真空可防止混合过程中空气溶解于浆料中，可使体系固化致密，提高电学性能。随着混合物物料固化定型，混合过程中会有气体混入体系中，因此停止搅拌后物料需要在真空环境中静置进行脱泡，可使体系进一步致密。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述多孔硅基材料包括氧化硅分子筛。氧化硅分子筛是具有纳米硅原子簇为骨架的“量子海绵”状微结构的材料。可以通过晶体硅或非晶硅用电化学阳极腐蚀或化学腐蚀单晶硅而形成，其表面积与体积比很大，具有优异的抗膨胀破坏性。优选地，所述多孔硅基材料的表面包覆有碳层。由于硅的导电性不佳，故在多孔硅基材料的表面包覆一层无定形碳进行改性以提升导电性。优选地，所述碳层为无定形碳层。优选地，步骤(1)所述导电剂为片状结构导电剂；本专利技术提供的制备方法中，片状结构的导电剂可以改善负极表面性能，其在混合过程中包覆在多孔硅基材料表面，填充多孔硅基材料间间隙，起传导电子作用，同时能提高极片保液量。优选地，步骤(1)所述导电剂包括片状结构导电石墨和/或乙炔黑。所述片状结构导电石墨可以为导电剂SFG-6。优选地，步骤(1)中，所述片状结构导电剂的质量为多孔硅基材料质量的6-8％，例如6％、6.5％、7％、7.5％或8％等。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述预混为干混。优选地，步骤(1)所述预混的时间为35-50min，例如35min、40min、42min、45min、48min或50min等。本专利技术汇总，预混时间要精确控制，时间短会导致多孔硅基材料与导电剂混合不均匀，时间过长会增加破坏多孔硅基材料的物理结构机率。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述润湿分散剂为溶液。1.优选地，所述溶液的溶质包括羟乙基纤维素和/或甲基纤维素。羟乙基纤维素(HEC)是一种白色或淡黄色，无味、无毒的纤维状或粉末状固体，40目过筛率≥99％。作为表面活性剂的一种，可有效起到润湿、分散的效果。优选地，所述溶液的溶剂为水。优选地，润湿分散剂中，溶质的质量分数为45-55％。优选地，步骤(2)所述一次捏合用框式搅拌机进行。这种方式捏合剪切力较弱，对多孔硅基材料的物理结构破坏较小，同时达到均匀混合物料的目的。优选地，步骤(2)所述一次捏合的时间为3-5h，例如3h、3.5h、4h、4.5h或5h等。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(3)所述润湿分散剂为溶液。优选地，所述溶液的溶质包括羟乙基纤维素和/或甲基纤维素。优选地，所述溶液的溶剂为水。优选地，润湿分散剂中，溶质的质量分数为45-55％，例如45％、48％、50％、52％或55％等。...

【技术保护点】
1.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)将多孔硅基材料与导电剂预混，得到预混物；/n(2)将步骤(1)所述预混物与润湿分散剂进行一次捏合，得到一次捏合产物；/n(3)将步骤(2)所述一次捏合产物与润湿分散剂进行二次捏合，得到二次捏合产物；/n(4)将步骤(3)所述二次捏合产物与添加剂在抽真空条件下混合，进行静置真空脱泡，得到所述负极浆料。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将多孔硅基材料与导电剂预混，得到预混物；
(2)将步骤(1)所述预混物与润湿分散剂进行一次捏合，得到一次捏合产物；
(3)将步骤(2)所述一次捏合产物与润湿分散剂进行二次捏合，得到二次捏合产物；
(4)将步骤(3)所述二次捏合产物与添加剂在抽真空条件下混合，进行静置真空脱泡，得到所述负极浆料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述多孔硅基材料氧化硅分子筛；
优选地，所述多孔硅基材料的表面包覆有碳层；
优选地，所述碳层为无定形碳层；
优选地，步骤(1)所述导电剂为片状结构导电剂；
优选地，步骤(1)所述导电剂包括片状结构导电石墨和/或乙炔黑；
优选地，步骤(1)中，所述片状结构导电剂的质量为多孔硅基材料质量的6-8％。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述预混为干混；
优选地，步骤(1)所述预混的时间为35-50min。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述润湿分散剂为溶液；
优选地，所述溶液的溶质包括羟乙基纤维素和/或甲基纤维素；
优选地，所述溶液的溶剂为水；
优选地，润湿分散剂中，溶质的质量分数为45-55％；
优选地，步骤(2)所述一次捏合用框式搅拌机进行；
优选地，步骤(2)所述一次捏合的时间为3-5h。


5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述润湿分散剂为溶液；
优选地，所述溶液的溶质包括羟乙基纤维素和/或甲基纤维素；
优选地，所述溶液的溶剂为水；
优选地，润湿分散剂中，溶质的质量分数为45-55％；
优选地，步骤(3)所述二次捏合用框式搅拌机进行；
优选地，步骤(3)所述二次捏合的时间为2-4h；
优选地，步骤(2)和步骤(3)所述润湿分散剂的质量比为(1-2):1；
优选地，步骤(2)和步骤(3)所述润湿分散剂的总质量为步骤(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海兰，冯建林，谭强强，
申请(专利权)人：中科马鞍山新材料科创园有限公司，中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34