[发明专利]一种锂离子电池用硅碳负极及锂离子电池

说明书

本发明提出了一种锂离子电池用硅碳负极及锂离子电池，所述硅碳负极包括负极集流体以及附着在负极集流体上的聚合物膜，所述聚合物膜包括硅基活性材料、石墨烯以及聚酰亚胺，该锂离子电池用硅碳负极是采用下述方法制备得到：将二酐与二胺进行缩聚形成聚酰胺酸后，再与氨基化改性石墨烯进行缩合，得到石墨烯聚酰胺酸的共聚物；将上述石墨烯聚酰胺酸的共聚物与硅基活性材料进行混合形成浆料后，涂覆在负极集流体上，加热进行亚胺化，即得到所述锂离子电池用硅碳负极。本发明所述硅碳负极材料可有效抑制硅的体积膨胀，同时具备硅活性材料的高比容量特性和碳活性材料的高循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用硅碳负极及 锂离子电池。

背景技术

现有的二次电池体系中，无论从发展空间，还是从寿命、比能量、工作电 压和自放电率等技术指标来看，锂离子电池都是当前最有竞争力的二次电池。 而二次电池的基本结构是正极和负极之间夹着电解质(电解液或固体电解质)。 作为正极及负极，都是包括集流体和设置在集流体上的活性物质的结构。在这 其中，活性物质都是选择能够吸留及释放锂的材料。

目前，技术人员通常选用碳或硅等能够用作载流子离子的吸留及释放的材 料。但碳的理论比容量仅为372mAh·g^-1，而与碳相比，硅的理论比容量高达 4200·mAh·g^-1，是碳的10倍。并且硅的脱/嵌锂电位低(0-0.45V)与石墨的电压 平台最为接近，放电平台长且稳定，因此被认为是目前最具前景的活性替代材 料。

但是，硅的电子电导率和离子电导率都较低，导致其电化学反应的动力学 性能较差；并且普通纯硅的循环稳定性也较差。同时硅在锂化过程中的相变和 体积膨胀会产生较大的应力，致使电极断裂粉化、电阻增大、循环性能骤降等。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂离子电池用硅碳负极 及锂离子电池，该硅碳负极可有效抑制硅的体积膨胀，同时具备硅活性材料的 高比容量特性和碳活性材料的高循环稳定性。

本发明提出的一种锂离子电池用硅碳负极，包括负极集流体以及附着在负 极集流体上的聚合物膜，所述聚合物膜包括硅基活性材料、石墨烯以及聚酰亚 胺，其特征在于，该锂离子电池用硅碳负极是采用下述步骤制备得到：

S1、将二酐与二胺进行缩聚形成聚酰胺酸后，再与氨基化改性石墨烯进行 缩合，得到石墨烯聚酰胺酸的共聚物；

S2、将上述石墨烯聚酰胺酸的共聚物与硅基活性材料进行混合形成浆料后， 涂覆在负极集流体上，加热进行亚胺化，即得到所述锂离子电池用硅碳负极。

优选地，所述二酐为均苯四甲酸二酐、3，3'，4，4'-联苯四羧酸二酐、4， 4'-氧双邻苯二甲酸二酐、3，3'，4，4'-二苯甲酮四甲酸二酐或1，2，4，5-环己 烷四甲酸二酐中的至少一种；

所述二胺为对苯二胺、4，4'-二氨基联苯、4，4'-二氨基二苯基醚、4，4'-二 氨基二苯基硫醚、4，4'-二氨基二苯甲酮、4，4'-二氨基二苯砜或2，2-双[4-(4-氨 基苯氧基)苯基]丙烷中的至少一种。

优选地，所述氨基化改性石墨烯是通过将氧化石墨烯与有机胺进行缩合， 再进行还原后得到；

优选地，所述有机胺为乙二胺、丁二胺或己二胺中的至少一种。

优选地，所述氨基化改性石墨烯的用量是所述聚酰胺酸质量的15-30wt％。

优选地，所述硅基活性材料为粒径20-200nm的硅粉。

优选地，所述石墨烯聚酰胺酸的共聚物与硅基活性材料的质量比为1-3:1。

优选地，所述加热的温度为100-300℃，时间为1-3h。