一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法。

背景技术：

1、作为锂离子电池电极的重要组成部分，粘合剂用于连接活性材料、导电助剂和集流体。此外，包裹在电极颗粒上的粘结剂会深刻影响它们的界面特征。现有技术中常规的粘合剂例如pvdf，由于电解液共嵌入石墨层间导致电极失效，对于硅负极来说，溶解pvdf的溶剂为nmp，溶剂中存在游离氨，吸水后整体溶液呈现碱性，碱性集团会攻击相邻的c-f和c-h键，使其发生消除反应，形成c＝c，在制备浆料时双键断裂与其他物质发生交联反应，直至产生凝胶。pvdf作为粘结剂主要靠的是化学键力，在硅石墨负极充放电的过程中难以承受体积膨胀带来的巨大应力，电池性能也会迅速下降。此外，pvdf本身缺乏电子导电性和离子导电性，这也使得它制得的硅碳负极在高功率循环中不具备稳定性。

2、因此，现如今急需提供一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，以此来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，制得的粘合剂作用于硅碳负极表现出较高的容量以及循环稳定性。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1：称取一定质量的废硅粉进行提纯得到微米级硅粉，称取一定质量的天然鳞片石墨球形尾料进行提纯得到石墨材料；所述微米级硅粉和所述石墨材料按照1：4的质量比混合后进行球磨，得到硅碳复合材料；

5、s2：按照1：50的质量比将原位聚合结构化合物融入dmf中，再将所述硅碳复合材料放入溶液中搅拌、离心和干燥后得到硅碳负极材料；

6、s3：将结构化合物和溶剂混合，在混合后的溶液中加入催化剂后进行搅拌和透析纯化，得到三维网状聚合物；

7、s4：将所述硅碳负极材料、导电剂和所述三维网状聚合物按照8：1：1比例进行混合搅拌后得到的混合浆料涂布到铜箔上，进行真空干燥，温度在80-120℃时进行聚合物热缩合。

8、可选地，所述石墨材料粒径d50为100nm～20μm，且所述石墨材料中固定碳的含量大于99％；所述微米级硅粉粒径d50为1μm～200μm，所述微米级硅粉中硅含量大于98％，其中球磨采用的磨球为氧化锆珠，球磨时间为2～15h。

9、可选地，所述原位聚合结构化合物为热塑型聚氨酯、吡咯和呋喃中的一种。

10、可选地，所述结构化合物的分子量范围为20-5000，纯度为99.9％。

11、可选地，所述结构化合物包括第一结构化合物、第二结构化合物和第三结构化合物，所述第一结构化合物为聚丙烯酸、柠檬酸、瓜儿豆胶、植酸和三氟甲磺酸中的至少一种，所述第二结构化合物和所述第三结构化合物均为双(2-氨基苯基)二硫、聚丙烯腈、聚苯胺、氰乙酸、腈乙醇、聚吡咯、聚乙烯亚胺、尿素、3，5-双三氟甲基苯甲酰胺、吡咯、环糊精、热塑性聚氨酯和氢氧化锂中的至少一种。

12、可选地，所述溶剂为水、n，n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、无水乙醇和丙酮中的至少一种

13、可选地，所述s3中所述结构化合物与所述溶剂通过湿法进行混合，得到混合浆料，对所述混合浆料进行溶剂去除，得到无溶剂混合物。

14、可选地，所述微米级硅粉和所述石墨材料混合进行球磨后，通过200目的筛子筛选，再进行除磁处理后得到硅碳复合材料。

15、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

16、本发明中，将微米级硅粉和石墨材料按照1：4的质量比混合后放置于球磨罐中，通过球磨机对其进行球磨处理后得到硅碳复合材料；按照1：50的质量比将原位聚合结构化合物融入dmf中得到混合溶液，同时将硅碳复合材料放入溶液中依次进行搅拌、离心和干燥处理后得到硅碳负极材料；结构化合物和溶剂进行混合后加入催化剂进行搅拌，随后进行透析纯化处理后得到三维网状聚合物，最终将硅碳负极材料、导电剂和三维网状聚合物按照8：1：1的比例混合搅拌后得到混合浆料，再将混合浆料涂布到铜箔上后进行真空干燥，控制温度为80°-120°时进行聚合物热缩合。将制得的混合浆料，即改性粘合剂作用于硅碳负极表现出较高的容量以及循环稳定性。

技术特征：

1.一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，所述石墨材料粒径d50为100nm～20μm，且所述石墨材料中固定碳的含量大于99％；所述微米级硅粉粒径d50为1μm～200μm，所述微米级硅粉中硅含量大于98％，其中球磨采用的磨球为氧化锆珠，球磨时间为2～15h。

3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，所述原位聚合结构化合物为热塑型聚氨酯、吡咯和呋喃中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，所述结构化合物的分子量范围为20-5000，纯度为99.9％。

5.根据权利要求4所述的一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，所述结构化合物包括第一结构化合物、第二结构化合物和第三结构化合物，所述第一结构化合物为聚丙烯酸、柠檬酸、瓜儿豆胶、植酸和三氟甲磺酸中的至少一种，所述第二结构化合物和所述第三结构化合物均为双(2-氨基苯基)二硫、聚丙烯腈、聚苯胺、氰乙酸、腈乙醇、聚吡咯、聚乙烯亚胺、尿素、3，5-双三氟甲基苯甲酰胺、吡咯、环糊精、热塑性聚氨酯和氢氧化锂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、n，n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、无水乙醇和丙酮中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，所述s3中所述结构化合物与所述溶剂通过湿法进行混合，得到混合浆料，对所述混合浆料进行溶剂去除，得到无溶剂混合物。

8.根据权利要求1所述的一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其特征在于，所述微米级硅粉和所述石墨材料混合进行球磨后，通过200目的筛子筛选，再进行除磁处理后得到硅碳复合材料。

技术总结
本发明涉及一种硅碳负极专用复合粘结剂制备方法，其步骤包括：称取微米级硅粉和石墨材料按照1：4的质量比混合后进行球磨，得到硅碳复合材料；按照1：50的质量比将原位聚合结构化合物融入DMF中，再将硅碳复合材料放入溶液中搅拌、离心和干燥后得到硅碳负极材料；将结构化合物和溶剂混合，加入催化剂后进行搅拌和透析纯化，得到三维网状聚合物；将硅碳负极材料、导电剂和三维网状聚合物按照8：1：1比例进行混合搅拌后得到的混合浆料涂布到铜箔上，进行真空干燥，温度在80‑120℃时进行聚合物热缩合。本发明提供的一种硅碳负极专用复合粘合剂制备方法，制得的粘合剂作用于硅碳负极表现出较高的容量以及循环稳定性。

技术研发人员：刘建风,李佳丽,刘俊昊,公旭中
受保护的技术使用者：深圳光风新能源科技创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23