[发明专利]一种硅基负极浆料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种硅基负极浆料，所述硅基负极浆料包括硅基活性物质、PEDOT/PSS分散液和粘结剂的组合；所述PEDOT/PSS分散液中的PEDOT/PSS复合材料可以包覆在硅基活性物质的表面形成包覆层，且包覆层具有良好的柔性和优异的导电性；当硅基活性物质发生体积变化时，包覆层不会发生脱落和变形，进而可以保证利用所述硅基负极浆料制备得到的硅基负极极片具有较低的体积电阻率，且采用所述硅基负极极片制备得到的锂离子电池具有较低的DCR以及较高的循环容量保持率，具有重要的研究价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅基负极浆料及其制备方法和应用。

背景技术

伴随着锂离子电池不断地发展和进步，对锂离子电池倍率、循环容量保持率、能量密度等方面都有着更高的要求。目前，石墨负极在全电池中的克容量发挥已经达到355mAh/g，达到理论值的95％以上，其应用已经接近极限。硅基负极材料由于丰富的储量和超高的理论比容量正逐渐成为电池企业和锂电材料改善负极的最优选择，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一，为了追求更高能量密度，使用含硅材料作为负极活性物质是一种有效的手段。

但是，含硅负极材料在实际使用过程中也存在较为明显的缺点，主要表现在：电池的充放电过程中会引起硅体积的严重膨胀，巨大的体积效应导致活性物质层与铜集流体层的脱落，从而失去电子导电性；另外，含硅负极材料的膨胀收缩，会导致活性物质之间产生空隙，随着循环的进行，活性物质的空隙密度增加，空隙的宽度也增大，使得电子传输变差，电化学极化增加，电池性能下降。

含硅负极材料在充放电过程中的膨胀收缩是不可避免的，现有技术中一般通过调节负极浆料中的配方或改进负极极片的制作方法来解决上述问题。

CN106898755A公开了一种高稳定的锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法，所述硅碳负极材料由硅碳复合材料，N、S共掺杂多孔碳和石墨烯组成，其中硅碳复合材料是在单质硅表面包覆一层有机物裂解碳形成的，占硅碳负极材料含量的5～50w％，N、S共掺杂多孔碳材料占硅碳负极材料含量的40～85w％，最外层为石墨烯，占硅碳负极材料含量的0.5～10％。该方法主要利用单质硅表面包覆一层有机物裂解碳来缓解单质硅的体积膨胀。

CN105406039A公开了一种硅碳负极浆料及其制备方法，该硅碳负极浆料组分包括丙烯腈多元共聚LA型水性电极粘结剂、炭黑Super-p导电剂、单臂碳纳米管悬浮乳液、硅碳/碳纳米管复合负极材料和去离子水。该负极浆料制备方法是丙烯腈多元共聚LA型水性电极粘结剂与去离子水加入行星搅拌机中搅拌，制备粘结剂溶液静置备用；炭黑Super-p导电剂粉体与单臂碳纳米管悬浮乳液放入行星球磨机中球磨湿混；混合好的两种导电剂与硅碳/碳纳米管复合负极材料放入行星搅拌机中进行稠料搅拌；加入粘结剂溶液混合搅拌，最后加入去离子水搅拌调节负极浆料粘度，浆料过筛。该方法主要利用碳纳米管导电剂和丙烯腈多元共聚水分散液粘结剂进而较好的延展性，可以承受硅碳复合负极材料体积的反复膨胀与收缩，进而提高了材料的循环性能。

CN107819105A公开了一种硅碳负极极片的制作方法，包括如下步骤：将硅碳负极浆料均匀涂覆在铜箔集流体的两面得到硅碳负极极片，其中，铜箔集流体上带有均匀分布的微孔，铜箔集流体的一面为A面，另一面为B面；涂覆工艺为：先在A面涂覆重量不超过1/4面密度的硅碳负极浆料，红外烘干，再在A面涂覆剩余的硅碳负极浆料，烘干，然后涂覆B面，烘干得到硅碳负极极片；或先在A面涂覆重量不超过1/4面密度的硅碳负极浆料，红外烘干，然后涂覆B面，烘干，再在A面涂覆剩余的硅碳负极浆料，烘干得到硅碳负极极片。其制备得到的硅碳负极极片采用了多层结构，底层采用的是石墨负极，上层采用的是硅碳负极，硅碳负极的膨胀主要由底层石墨进行吸收。