本發(fā)明涉及負(fù)極材料，尤其涉及一種硅氧負(fù)極漿料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，對(duì)高能量密度電池的需求日益迫切。硅氧材料因其擁有較高的理論容量，被視為極具潛力的負(fù)極材料。然而，硅氧負(fù)極材料在實(shí)際應(yīng)用中面臨諸多挑戰(zhàn)。尤其在充放電過程中，其體積會(huì)發(fā)生顯著膨脹，導(dǎo)致材料易于粉化，進(jìn)而使得電池性能迅速衰減。更為關(guān)鍵的是，由于預(yù)鋰化可以大幅提高硅氧負(fù)極材料的首次庫倫效率，一般可以用硅氧負(fù)極材料來指代或包含預(yù)鋰化硅氧負(fù)極材料，在制作負(fù)極漿料的過程中，硅氧負(fù)極材料表面殘留的鋰源會(huì)溶解在漿料中，并且與漿料中的粘結(jié)劑cmc、納米硅、水等物質(zhì)會(huì)發(fā)生反應(yīng)，持續(xù)釋放氣體，導(dǎo)致在負(fù)極漿料消泡階段無法完全消除氣泡，涂布后負(fù)極片放置過程中持續(xù)產(chǎn)氣造成涂層出現(xiàn)裂紋、氣孔等不良，甚至組裝成電池后仍有少量氣體產(chǎn)生，會(huì)帶來安全隱患，嚴(yán)重制約了其在高能量密度電池中的應(yīng)用。傳統(tǒng)粘結(jié)劑cmc在應(yīng)對(duì)硅氧負(fù)極材料的這些挑戰(zhàn)時(shí)顯得力不從心，難以滿足市場(chǎng)對(duì)高性能電池日益增長(zhǎng)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種硅氧負(fù)極漿料及其制備方法，本發(fā)明通過在合漿過程中加入弱酸，并加入適宜種類的粘結(jié)劑，可以原位解決預(yù)鋰化硅氧活性物質(zhì)合漿容易產(chǎn)氣的問題，并且可以使得負(fù)極漿料具有合適的流變性能和穩(wěn)定性，方便后期的涂覆工藝，緩解安全隱患。

2、本發(fā)明提出了一種硅氧負(fù)極漿料，其原料按重量份包括：活性物質(zhì)91.5-92.5份、粘結(jié)劑3.5-5.5份、導(dǎo)電劑1.0-2.5份、弱酸0.5-1.0份、水100-105份；

3、其中，活性物質(zhì)的原料按重量份包括：石墨72-74.5份、硅氧活性物質(zhì)18-20.5份。

4、優(yōu)選地，粘結(jié)劑為物質(zhì)a和丁苯橡膠的混合物，其中，物質(zhì)a為聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽中的一種或多種。

5、上述聚丙烯酸鹽可以為聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鉀等。

6、上述聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽分別為聚丙烯酸乳液、聚丙烯酸鹽乳液，其固含量為7-10wt％。

7、上述丁苯橡膠為固含量為35-45wt％的丁苯橡膠乳液。

8、優(yōu)選地，物質(zhì)a和丁苯橡膠的重量比為3-4:1。

9、優(yōu)選地，弱酸為硼酸、磷酸、偏鋁酸、醋酸、丙酸、丙烯酸中的一種或多種。

10、本發(fā)明選用聚丙烯酸或其鹽和丁苯橡膠以適宜比例相互配合，可以使得負(fù)極漿料具有良好的流變性和粘性，并且和適宜種類的弱酸相互配合，可以避免合漿時(shí)產(chǎn)生氣體的問題，使得負(fù)極漿料具有良好的穩(wěn)定性，方便后期的涂覆工藝，并且提高電池的安全性。

11、優(yōu)選地，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑sp、單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨烯中的一種或多種。

12、上述單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨烯是指各自對(duì)應(yīng)的水系漿料，水系漿料的固含量可以為0.4-4wt％。

13、優(yōu)選地，硅氧活性物質(zhì)為siox，其中，0＜x≤2。

14、優(yōu)選地，硅氧活性物質(zhì)為sio2、sio1.3、sio1.0、sio0.85、sio0.4中的一種或多種。

15、優(yōu)選地，硅氧活性物質(zhì)為預(yù)鋰化硅氧活性物質(zhì)。

16、優(yōu)選地，硅氧負(fù)極漿料的粘度為2000-4000mpa·s。

17、上述硅氧負(fù)極漿料的固含量為37-40wt％。

18、本發(fā)明還提出了上述硅氧負(fù)極漿料的制備方法，包括如下步驟：將石墨、硅氧活性物質(zhì)、部分導(dǎo)電劑一次混勻，加入部分粘結(jié)劑、弱酸、部分水二次混勻，然后加入剩余導(dǎo)電劑三次混勻，加入部分水四次混勻，勻漿，再加入剩余水五次混勻，最后加入剩余粘結(jié)劑六次混勻，得到硅氧負(fù)極漿料。

19、優(yōu)選地，二次混勻后，固含量為55-63wt％。

20、上述三次混勻后的固含量可以為48-53wt％。

21、優(yōu)選地，四次混勻后，固含量為40-45wt％。

22、優(yōu)選地，采用雙行星攪拌設(shè)備進(jìn)行混勻。

23、優(yōu)選地，一次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為40-50rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0rpm，混勻時(shí)間為80-100min。

24、優(yōu)選地，二次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為40-50rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1500-2000rpm，混勻時(shí)間為80-100min。

25、優(yōu)選地，三次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80-90rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4000-4500rpm，混勻時(shí)間為80-100min。

26、優(yōu)選地，四次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80-90rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4000-4500rpm，混勻時(shí)間為160-200min。

27、優(yōu)選地，勻漿時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20-25rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0rpm，混勻時(shí)間為90-120min。

28、優(yōu)選地，五次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80-90rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4000-4500rpm，混勻時(shí)間為20-100min。

29、優(yōu)選地，六次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為40-50rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為3000-3500rpm，混勻時(shí)間為30-40min。

30、優(yōu)選地，三次至六次混勻時(shí)，在真空環(huán)境中進(jìn)行，混勻溫度為10-45℃。

31、本發(fā)明選用合適的合漿工藝可以進(jìn)一步降低負(fù)極漿料的產(chǎn)氣問題，并提高負(fù)極漿料的穩(wěn)定性。

32、上述三次至六次混勻時(shí)，可以用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)調(diào)節(jié)混勻溫度。

33、上述水均為去離子水。

34、本發(fā)明通過在合漿過程中加入弱酸，并加入適宜種類的粘結(jié)劑，使得漿料不含傳統(tǒng)粘結(jié)劑羧甲基纖維素cmc，弱酸和粘結(jié)劑相互配合可以原位解決預(yù)鋰化硅氧活性物質(zhì)合漿容易產(chǎn)氣的問題，并且可以使得負(fù)極漿料具有合適的流變性能和穩(wěn)定性，方便后期的涂覆工藝，并能緩解安全隱患。

技術(shù)特征：

1.一種硅氧負(fù)極漿料，其特征在于，其原料按重量份包括：活性物質(zhì)91.5-92.5份、粘結(jié)劑3.5-5.5份、導(dǎo)電劑1.0-2.5份、弱酸0.5-1.0份、水100-105份；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅氧負(fù)極漿料，其特征在于，粘結(jié)劑為物質(zhì)a和丁苯橡膠的混合物，其中，物質(zhì)a為聚丙烯酸、聚丙烯酸鹽中的一種或多種；優(yōu)選地，物質(zhì)a和丁苯橡膠的重量比為3-4:1；優(yōu)選地，弱酸為硼酸、磷酸、偏鋁酸、醋酸、丙酸、丙烯酸中的一種或多種；優(yōu)選地，導(dǎo)電劑為導(dǎo)電炭黑sp、單壁碳納米管、多壁碳納米管、石墨烯中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述硅氧負(fù)極漿料，其特征在于，硅氧活性物質(zhì)為siox，其中，0＜x≤2；優(yōu)選地，硅氧活性物質(zhì)為sio2、sio1.3、sio1.0、sio0.85、sio0.4中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述硅氧負(fù)極漿料，其特征在于，硅氧活性物質(zhì)為預(yù)鋰化硅氧活性物質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述硅氧負(fù)極漿料，其特征在于，硅氧負(fù)極漿料的粘度為2000-4000mpa·s。

6.一種如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述硅氧負(fù)極漿料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將石墨、硅氧活性物質(zhì)、部分導(dǎo)電劑一次混勻，加入部分粘結(jié)劑、弱酸、部分水二次混勻，然后加入剩余導(dǎo)電劑三次混勻，加入部分水四次混勻，勻漿，再加入剩余水五次混勻，最后加入剩余粘結(jié)劑六次混勻，得到硅氧負(fù)極漿料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述硅氧負(fù)極漿料的制備方法，其特征在于，二次混勻后，固含量為55-63wt％；優(yōu)選地，四次混勻后，固含量為40-45wt％。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述硅氧負(fù)極漿料的制備方法，其特征在于，采用雙行星攪拌設(shè)備進(jìn)行混勻。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述硅氧負(fù)極漿料的制備方法，其特征在于，一次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為40-50rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0rpm，混勻時(shí)間為80-100min；優(yōu)選地，二次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為40-50rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為1500-2000rpm，混勻時(shí)間為80-100min；優(yōu)選地，三次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80-90rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4000-4500rpm，混勻時(shí)間為80-100min；優(yōu)選地，四次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80-90rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4000-4500rpm，混勻時(shí)間為160-200min；優(yōu)選地，勻漿時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為20-25rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0rpm，混勻時(shí)間為90-120min；優(yōu)選地，五次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為80-90rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為4000-4500rpm，混勻時(shí)間為20-100min；優(yōu)選地，六次混勻時(shí)，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為40-50rpm，自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為3000-3500rpm，混勻時(shí)間為30-40min。

10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述硅氧負(fù)極漿料的制備方法，其特征在于，三次至六次混勻時(shí)，在真空環(huán)境中進(jìn)行，混勻溫度為10-45℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種硅氧負(fù)極漿料，其原料按重量份包括：活性物質(zhì)91.5?92.5份、粘結(jié)劑3.5?5.5份、導(dǎo)電劑1.0?2.5份、弱酸0.5?1.0份、水100?105份；其中，活性物質(zhì)的原料按重量份包括：石墨72?74.5份、硅氧活性物質(zhì)18?20.5份。本發(fā)明還公開了上述硅氧負(fù)極漿料的制備方法，包括如下步驟：將石墨、硅氧活性物質(zhì)、部分導(dǎo)電劑一次混勻，加入部分粘結(jié)劑、弱酸、部分水二次混勻，然后加入剩余導(dǎo)電劑三次混勻，加入部分水四次混勻，勻漿，再加入剩余水五次混勻，最后加入剩余粘結(jié)劑六次混勻，得到硅氧負(fù)極漿料。本發(fā)明可以解決預(yù)鋰化硅氧活性物質(zhì)合漿容易產(chǎn)氣的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：韓云龍,于占江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥國(guó)軒新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19