包覆剂、硅碳负极材料、负极浆料及其制备方法与流程

本发明涉及新能源电池，特别涉及一种包覆剂、硅碳负极材料、负极浆料及其制备方法。

背景技术：

1、目前锂离子负极石墨的克容量开发已经接近石墨的理论容量。主流开发硅和石墨掺混使用作为负极材料，其拥有理论超高的容量(可达4200mah/g)，同时具有较低的脱嵌锂的电位以及成本低的优势。但是硅作为负极材料有着非常致命的缺点：在嵌锂过程中硅颗粒会发生体积膨胀变大，结构容易破碎。如果硅和石墨共同掺混，硅颗粒体积的变化，容易破坏石墨表层的sei膜，导致锂离子电池库伦效率变低，锂离子电池循环过程中，硅颗粒体积膨胀极其容易从负极极片上脱落导致锂离子电池循环快速衰减失效。

2、有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种包覆剂、硅碳负极材料、粘接剂及其制备方法、负极浆料。本发明的负极浆料在能够锂离子电池在循环过程中，抑制硅材料体积膨胀，降低负极活性物质从负极极片上脱落，减缓锂离子电池循环容量的衰减。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种包覆剂，按照重量份数计算所述包覆剂包括：

4、沥青             10份-18份；

5、酚醛环氧树脂     2份-10份；

6、碳化硼           0.03-0.08份。

7、在一些实施例中，按照重量份数计算所述包覆剂包括：

8、沥青             15份-16份；

9、酚醛环氧树脂     4份-5份；

10、碳化硼           0.04-0.06份。

11、本发明的目的还在于，提供一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料包括如上所述的包覆剂。

12、本发明的目的还在于，提供一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

13、纳米硅以水为介质在超细球磨设备中进行湿法球磨得到硅颗粒，将硅颗粒、石墨、炭黑(sp)进行充分混合形成第一混合物；

14、在均速搅拌条件下向第一混合物加入如上所述的包覆剂，得到第二混合物；

15、将所述第二混合物置于喷雾干燥机中进行干燥，得类球状颗粒；

16、将类球状颗粒置于炭化炉中在惰性气氛下进行三阶段梯度升温烧结，冷却后得到硅碳负极材料。

17、在一些实施例中，所述喷雾干燥机的进口温度为280-320℃，出口温度为100-120℃，供料盘频率为16-20hz，雾化盘频率为250-300hz；

18、所述炭化炉三阶段梯度烧结温度为850-950℃，烧结时间为10-14h。

19、本发明的目的还在于，提供一种负极浆料，包括如上所述的硅碳负极材料和复合粘接剂。

20、在一些实施例中，所述复合粘接剂包括粘结剂；所述粘接剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物。

21、在一些实施例中，所述复合粘结剂还包括第一粘接剂；所述第一粘接剂包括苯丙橡胶乳液和丙烯酸酯乳液的一种或两种；

22、所述粘接剂与第一粘接剂的固含量质量比为100:1-100:4。

23、本发明的目的还在于，提供一种以上所述的负极浆料中粘接剂的制备方法，包括如下步骤：

24、将经过中和后的丙烯酸、丙烯酰胺、交联剂、以及引发剂溶于蒸馏水，在恒温条件下充分反应后冷却至35-45℃；

25、将冷却后的物料与沉淀剂进行搅拌混合，得到悬浊液；

26、对所述悬浊液进行沉淀、冲洗、抽滤后得到白色丝状沉淀物；

27、将所述白色丝状沉淀物烘干后研磨得到白色粉末；

28、向所述白色粉末加入溶剂，得到丙烯酸-丙烯酰胺共聚物胶液即为所述粘接剂；

29、所述丙烯酸与丙烯酰胺质量比范围为：100:10-100：55。

30、在一些实施例中，所述沉淀剂为无水乙醇，所述物料与无水乙醇配比按照体积比为0.8-1.2；

31、所述溶剂为蒸馏水；

32、所述丙烯酸与丙烯酰胺质量比范围为：100:40-100:50。

33、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的负极浆料采用的包覆剂由于包含的碳化硼具有强度高、模量高、密度低、耐高温、化学稳定性好等优点，能够改善锂离子电子中包覆剂硬、脆、易破裂问题，降低因机械强度和冷压过大导致包覆剂破裂的风险。同时由于所述包覆剂中包含的酚醛环氧树脂具有环氧基团能够和本发明所提供的粘接剂丙烯酸-丙烯酰胺共聚物胶液中的羧基发生反应，生成稳定性更佳的酯基结构，同时，丙烯酰胺的粘结力更强，使得硅碳负极材料的包覆层表面与粘接剂形成官能团实现双行粘接，粘接稳定性更强。同时在第一粘接剂(包括苯丙橡胶乳液和丙烯酸酯乳液的一种或两种)作用下更好在活性物质表面进行粘接。即本发明提供的负极浆料由于包含有本发明提供的包覆剂和粘接剂，在使用该负极浆料的锂离子电池循环过程中，能够抑制硅材料体积膨胀，降低负极活性物质从负极极片上脱落，从而减缓锂离子电池循环容量的衰减。

技术特征：

1.一种包覆剂，其特征在于，按照重量份数计算所述包覆剂包括：

2.根据权利要求1所述的包覆剂，其特征在于，按照重量份数计算所述包覆剂包括：

3.一种硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料包括权利要求1或2所述的包覆剂。

4.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，

6.一种负极浆料，其特征在于，包括权利要求3所述的硅碳负极材料和复合粘接剂。

7.根据权利要求6所述的负极浆料，其特征在于，所述复合粘接剂包括粘结剂；所述粘接剂为丙烯酸-丙烯酰胺共聚物。

8.根据权利要求7所述的负极浆料，其特征在于，所述复合粘结剂还包括第一粘接剂；所述第一粘接剂包括苯丙橡胶乳液和丙烯酸酯乳液的一种或两种；

9.一种权利要求7所述的负极浆料中粘接剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的负极浆料中粘接剂的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂为无水乙醇，所述物料与无水乙醇配比按照体积比为0.8-1.2；

技术总结
本发明公开一种包覆剂、硅碳负极材料、负极浆料及其制备方法，应用于新能源电池技术领域。硅碳负极材料由以下步骤制得：纳米硅以水为介质在超细球磨设备中进行湿法球磨得到硅颗粒，将硅颗粒、石墨、炭黑(SP)进行充分混合形成第一混合物；在均速搅拌条件下向第一混合物加入所述包覆剂，得到第二混合物；将所述第二混合物置于喷雾干燥机中进行干燥，得类球状颗粒；将类球状颗粒置于炭化炉中在惰性气氛下进行三阶段梯度升温烧结，冷却后得到硅碳负极材料。采用本发明的硅碳负极材料的电池在循环过程中硅碳负极材料中的包覆层能抑制硅材料体积膨胀，减少负极活性物质从负极极片上的脱落，减缓锂离子电池循环容量的衰减。

技术研发人员：翁正,张凯,马斌,吴声本
受保护的技术使用者：惠州锂威新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7