一种硅碳负极活性材料及其制备方法与流程
本发明涉及电化学，具体为一种硅碳负极活性材料及其制备方法。
背景技术：
1、随着锂电行业的快速发展，对于电池安全性、高能量密度电池的同时，电池内部的极片的稳定性选择也是比较高。而负极材料是锂离子电池的重要组成部分，它直接影响着电池的能量密度、和安全性能等关键指标。而传统的负极材料(人造石墨、天然石墨)已不能满足高能量密度电池设计提升，硅基材料作为高能量密度的负极材料已经成为企业和各类科研院所追逐新的焦点。且在目前已知的材料中比容量最高(4200mah/g)，远大于碳材(372mah/g)的理论容量；同时硅较石墨作为负极在安全方面比较可靠，但是硅直接作为负极材料，硅的嵌锂电位低、在其成本上的造价非常高，生产制作环境的要求也非常高，同时硅颗粒表面sei膜破裂与再生，会消耗大量锂，造成首效低而且短期内产能也很难得到释放，而通过硅基材料与碳材料进行混合，有效地解决嵌锂容量提高了电子导电性能。
2、对此专利公开号cn115312699a公开了碳硅负极活性材料及二次电池。采用硅基进行碳掺杂，可以进一步地抑制硅负极的膨胀，有效地提高了嵌锂容量，从而降低电池内阻，提高电池的能量密度，同时可以使辊压压实变大，减少活性物质颗粒的压碎，改善孔隙率过小问题，使表面形成碳包覆层减少碳层的比表面积，使sei膜所造成的不可逆损失得到更好的稳定。从而进一步提高首次库伦效率，及能量密度问题，利用碳材料可弹性缓冲在充放电过程中受到体积的膨胀和缩小，提高了锂离子电池硅负极材料的可逆容量，从而增加循环稳定性。
3、专利公开号cn110697685b公开了一种硅碳负极活性材料及其制备方法、硅碳负极材料、锂离子电池，包括：将金属催化剂粉末和硅粉末混合，并在惰性气氛下球磨，得到表面均匀分布金属催化剂颗粒的硅颗粒；将碳源和所述表面均匀分布金属催化剂颗粒的硅颗粒混合，得到混合物料；在惰性气氛下将所述混合物料碳化，得到硅碳负极活性材料。硅颗粒的表面均匀地包覆有一维线状碳纳米管复合点状金属颗粒的点线结合导电网络，而且包覆层完整均匀。本发明实施例采用在硅颗粒表面原位生成碳纳米管包覆层的方法，不仅制备过程简便，且可以获得较均匀的碳纳米管包覆层结构。
4、在上述方案中可知，硅碳负极活性材料在充放电过程中，硅会发生显著的体积变化，导致材料体积膨胀，使得电极结构的完整性出现问题，降低了硅碳负极活性材料的循环寿命。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种硅碳负极活性材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硅碳负极活性材料及其制备方法，包括以下组分：纳米硅粉、石墨、导电剂、粘结剂和分散剂，其中纳米硅粉占总质量的35％，石墨占总质量的40％，导电剂占总质量的14％、粘结剂占总质量的6％、分散剂占总质量的5％；所述导电剂包括以下组分：纳米硅粉、石墨、导电剂、粘结剂和分散剂，其中纳米硅粉占总质量的35％，石墨占总质量的40％，导电剂占总质量的14％、粘结剂占总质量的6％、分散剂占总质量的5％；所述导电剂包括以下组分：碳黑82～90％和铜8～15％，所述粘结剂包括以下组分：聚偏氟乙烯40～43％、丁苯橡胶24～30％和羧甲基纤维素钠25～32％，所述分散剂包括以下组分：甲基吡咯烷酮52～58％、聚乙二醇18～24％和十二烷基硫酸钠22～26％。
3、作为本发明的一种优选技术方案，所述纳米硅粉粒径范围为10～500纳米。
4、作为本发明的一种优选技术方案，所述石墨粒径范围为0.5～50微米。
5、作为本发明的一种优选技术方案，所述碳黑粒径范围为20～500纳米。
6、作为本发明的一种优选技术方案，所述铜的粒径范围为100～1000纳米。
7、作为本发明的一种优选技术方案，所述聚偏氟乙烯、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠的总质量与去离子水的质量比例为1:1。
8、作为本发明的一种优选技术方案，其制备方法如下：
9、(1)将配制好的碳黑和铜按照比例混合，在搅拌机中以1500rpm的转速搅拌30分钟，确保均匀混合，得到导电剂混合物。
10、(2)将配制好的聚偏氟乙烯、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠按照比例混合，加入去离子水，形成黏稠的浆料。在搅拌机中加热并维持60℃的环境下以1000rpm的转速搅拌1小时，确保各组分充分溶解和混合，得到粘结剂混合物。
11、(3)将配制好的甲基吡咯烷酮、聚乙二醇和十二烷基硫酸钠按照比例混合，在搅拌机中以1000rpm的转速搅拌至均匀，得到分散剂混合物。
12、(4)将配制好的纳米硅粉和石墨按照比例混合，在搅拌机中以1500rpm的转速干混15分钟。
13、(5)将制备好的导电剂混合物加入到纳米硅粉和石墨的混合物中，继续以1500rpm的转速搅拌15分钟。
14、(6)缓慢加入粘结剂混合物和分散剂混合物，以调节浆料的粘度和分散性。以1500rpm的转速持续搅拌1小时，确保所有组分均匀混合，得到硅碳负极活性材料浆料。
15、(6)将制备好的硅碳负极活性材料浆料均匀涂布在金属集流体上。
16、(7)将涂布好的电极片放入烘箱中，在80℃下干燥12小时，确保完全去除浆料中的水分，得到硅碳负极活性材料。
17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18、本发明通过在导电剂中添加12％的铜和88％的碳黑，不仅能够降低内阻，提高电子在负极材料中的传输效率，提升电池的充放电性能，还有助于缓冲体积膨胀，从而保持电极结构的完整性，减少副反应的发生，延长电池的循环寿命和安全性，并且可以显著降低充电不可逆膨胀率。
技术特征：
1.一种硅碳负极活性材料，包括以下组分：纳米硅粉、石墨、导电剂、粘结剂和分散剂，其中纳米硅粉占总质量的35％，石墨占总质量的40％，导电剂占总质量的14％、粘结剂占总质量的6％、分散剂占总质量的5％；
2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极活性材料，其特征在于：所述纳米硅粉粒径范围为10～500纳米。
3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极活性材料，其特征在于：所述石墨粒径范围为0.5～50微米。
4.根据权利要求1所述的一种硅碳负极活性材料，其特征在于：所述碳黑粒径范围为20～500纳米。
5.根据权利要求1所述的一种硅碳负极活性材料，其特征在于：所述铜的粒径范围为100～1000纳米。
6.根据权利要求1所述的一种硅碳负极活性材料，其特征在于：所述聚偏氟乙烯、丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠的总质量与去离子水的质量比例为1:1。
7.一种硅碳负极活性材料的制备方法，其制备方法如下：
技术总结
本发明公开了一种硅碳负极活性材料及其制备方法，包括以下组分：纳米硅粉、石墨、导电剂、粘结剂和分散剂，其中纳米硅粉占总质量的35％，石墨占总质量的40％，导电剂占总质量的14％、粘结剂占总质量的6％、分散剂占总质量的5％；所述导电剂包括以下组分：纳米硅粉、石墨、导电剂、粘结剂和分散剂，其中纳米硅粉占总质量的35％，石墨占总质量的40％，导电剂占总质量的14％、粘结剂占总质量的6％、分散剂占总质量的5％；所述导电剂包括以下组分：碳黑82～90％和铜8～15％，本发明一种硅碳负极活性材料及其制备方法，能够提升电池的充放电性能，还有助于缓冲体积膨胀，降低充电不可逆膨胀率。
技术研发人员：杨金杯,丁盛平,王东
受保护的技术使用者：陕西浦士达环保科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5