技术领域

本发明涉及锂离子电池生产技术领域，特别是涉及一种用于锂离子电池的硅碳负极的制备方法。

背景技术

与石墨负极材料相比，硅基负极材料的能量密度优势明显。硅负极的理论能量密度超其10倍，高达4200mAh/g。但是硅的导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，其直接效应也是使电池循环寿命变差，本领域中一般采用碳包覆硅材料或者是碳硅合金来提高硅材料的性能。近年来，硅碳复合材料与天然石墨混合使用也成为负极的主流之一，通过利用硅材料的高能量密度以及碳材料较为成熟的工艺性能，提高负极的性能。

发明内容

在此基础上，本发明提供了一种用于锂离子电池的硅碳负极的制备方法，所述硅碳负极包括硅碳复合材料和天然石墨，其中，所述硅碳复合材料的平均粒径D50为1-3μm，D90为5-6μm，所述天然石墨的平均粒径D50为16-18μm，所述制备方法包括，将所述硅碳复合材料过筛，筛网孔径和所述硅碳复合材料的D90相同，收集筛网上的材料作为第一材料，收集筛网下的作为第二材料；然后将天然石墨过筛，筛网孔径和所述硅碳复合材料的D90相同，收集筛网下的材料作为第二材料，按照一定比例将其与所述硅碳复合材料的第二材料混合，制备浆料1；然后将筛网上的材料收集再次过筛，所述筛网孔径为1.5倍的D50(石墨)；收集筛网下的材料作为第一材料，收集筛网上的材料再次过筛，所述筛网孔径为2倍的D50(石墨)；收集筛网下的材料，按照一定比例将其与所述硅碳复合材料的第一材料和所述天然石墨的第一材料混合，制备得到浆料2，然后在集流体上涂布浆料2，干燥得到第一混合层，然后再涂布浆料1，干燥得到第二混合层，热压得到所述负极。本发明制备得到的负极倍率性能好，层间结合力强，循环寿命好。

具体的方案如下：

一种用于锂离子电池的硅碳负极的制备方法，所述硅碳负极包括硅碳复合材料和天然石墨，其中，所述硅碳复合材料的平均粒径D50为1-3μm，D90为5-6μm，所述天然石墨的平均粒径D50为16-18μm，所述制备方法包括：

1)将所述硅碳复合材料过筛，筛网孔径和所述硅碳复合材料的D90相同，收集筛网上的材料作为第一材料，收集筛网下的作为第二材料；

2)将天然石墨过筛，筛网孔径和所述硅碳复合材料的D90相同，收集筛网下的材料作为第二材料，按照一定比例将其与所述硅碳复合材料的第二材料混合，制备浆料1；

3)将筛网上的材料收集再次过筛，所述筛网孔径为1.5倍的D50(石墨)；收集筛网下的材料作为第一材料；

4)收集筛网上的材料再次过筛，所述筛网孔径为2倍的D50(石墨)，收集筛网下的材料，按照一定比例将其与所述硅碳复合材料的第一材料和所述天然石墨的第一材料混合，制备得到浆料2；

5)在集流体上涂布浆料2，干燥得到第一混合层，然后再涂布浆料1，干燥得到第二混合层；

6)将所述第一和第二混合层共同热压，得到所述负极。

进一步的，所述步骤2中，按照质量比，所述天然石墨：硅碳复合材料＝100:20-40。

进一步的，所述步骤4中，按照质量比，所述筛网下的材料：第一碳硅复合材料：第一天然石墨材料＝5-10:100:15-30。

进一步的，所述步骤2中，制备浆料1的过程包括，向溶剂中按顺序加入分散剂，导电剂和粘结剂，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料1，其中按质量比，活性物质：分散剂：导电剂：粘结剂＝100:4-6:4-6:6-7。

进一步的，所述步骤4中，制备浆料2的过程包括，向溶剂中按顺序加入分散剂，导电剂和粘结剂，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料2，其中按质量比，活性物质：分散剂：导电剂：粘结剂＝100:2-3:3-5:3-5。

进一步的，所述溶剂为水和乙醇的混合溶液，按照体积比，水：乙醇＝10-8:1。

进一步的，所述第一混合层和第二混合层的厚度比为5-10:1。

一种负极，其特征在于通过所述方法制备得到。

本发明具有如下有益效果：

1)、发明人发现，硅碳材料和天然石墨混合负极，通过对负极活性层的结构化处理，位于不同位置的活性材料采用不同粒径，不同比例的活性材料进行堆积，能够最大化材料的各种性能；

2)、通过发明人无数次试验，确定了各层的最佳粒径分布范围以及组分比例；

3)、通过多次筛选，从而将原料的各粒度分布分级，从而降低了对原料初始属性的需求。

4)、本发明的制备方法，操作简单，成本低廉，得到的负极，倍率性能好，层间结合力强，循环寿命好。

具体实施方式

本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。其中，提供所述硅碳复合材料的平均粒径D50为2μm，D90为6μm，所述天然石墨的平均粒径D50为16μm，所述溶剂为水和乙醇的混合溶液，按照体积比，水：乙醇＝9:1

实施例1

1)将所述硅碳复合材料过筛，筛网孔径为6μm，收集筛网上的材料作为第一材料，收集筛网下的作为第二材料；

2)将天然石墨过筛，筛网孔径为6μm，收集筛网下的材料作为第二材料，按照所述天然石墨：硅碳复合材料＝100:20的比例将其与所述硅碳复合材料的第二材料混合，向溶剂中按顺序加入CMC，乙炔黑和PVDF，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料1，其中按质量比，活性物质：CMC：乙炔黑：PVDF＝100:4:4:6；

3)将筛网上的材料收集再次过筛，所述筛网孔径为24μm；收集筛网下的材料作为第一材料；

4)收集筛网上的材料再次过筛，所述筛网孔径为32μm，收集筛网下的材料，所述筛网下的材料：第一碳硅复合材料：第一天然石墨材料＝5:100:15，将其与所述硅碳复合材料的第一材料和所述天然石墨的第一材料混合，向溶剂中按顺序加入CMC，乙炔黑和PVDF，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料2，其中按质量比，活性物质：CMC：乙炔黑：PVDF＝100:2:3:3；

5)在铜箔上涂布浆料2，干燥得到第一混合层，然后再涂布浆料1，干燥得到第二混合层，所述第一混合层厚度为50μm，和第二混合层的厚度为5μm；

6)将所述第一和第二混合层共同热压，得到所述负极。

实施例2

1)将所述硅碳复合材料过筛，筛网孔径为6μm，收集筛网上的材料作为第一材料，收集筛网下的作为第二材料；

2)将天然石墨过筛，筛网孔径为6μm，收集筛网下的材料作为第二材料，按照所述天然石墨：硅碳复合材料＝100:40的比例将其与所述硅碳复合材料的第二材料混合，向溶剂中按顺序加入CMC，乙炔黑和PVDF，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料1，其中按质量比，活性物质：CMC：乙炔黑：PVDF＝100:6:6:7；

3)将筛网上的材料收集再次过筛，所述筛网孔径为24μm；收集筛网下的材料作为第一材料；

4)收集筛网上的材料再次过筛，所述筛网孔径为32μm，收集筛网下的材料，所述筛网下的材料：第一碳硅复合材料：第一天然石墨材料＝10:100:30，将其与所述硅碳复合材料的第一材料和所述天然石墨的第一材料混合，向溶剂中按顺序加入CMC，乙炔黑和PVDF，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料2，其中按质量比，活性物质：CMC：乙炔黑：PVDF＝100:3:5:5；

5)在铜箔上涂布浆料2，干燥得到第一混合层，然后再涂布浆料1，干燥得到第二混合层，所述第一混合层厚度为50μm，和第二混合层的厚度为10μm；

6)将所述第一和第二混合层共同热压，得到所述负极。

实施例3

1)将所述硅碳复合材料过筛，筛网孔径为6μm，收集筛网上的材料作为第一材料，收集筛网下的作为第二材料；

2)将天然石墨过筛，筛网孔径为6μm，收集筛网下的材料作为第二材料，按照所述天然石墨：硅碳复合材料＝100:30的比例将其与所述硅碳复合材料的第二材料混合，向溶剂中按顺序加入CMC，乙炔黑和PVDF，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料1，其中按质量比，活性物质：CMC：乙炔黑：PVDF＝100:5:5:7；

3)将筛网上的材料收集再次过筛，所述筛网孔径为24μm；收集筛网下的材料作为第一材料；

4)收集筛网上的材料再次过筛，所述筛网孔径为32μm，收集筛网下的材料，所述筛网下的材料：第一碳硅复合材料：第一天然石墨材料＝8:100:20，将其与所述硅碳复合材料的第一材料和所述天然石墨的第一材料混合，向溶剂中按顺序加入CMC，乙炔黑和PVDF，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料2，其中按质量比，活性物质：CMC：乙炔黑：PVDF＝100:3:4:4；

5)在铜箔上涂布浆料2，干燥得到第一混合层，然后再涂布浆料1，干燥得到第二混合层，所述第一混合层厚度为50μm，和第二混合层的厚度为7μm；

6)将所述第一和第二混合层共同热压，得到所述负极。

对比例1

向溶剂中按顺序加入CMC，乙炔黑和PVDF，搅拌均匀后加入活性物质，搅拌均匀得到浆料，其中按质量比，硅碳复合材料：天然石墨：CMC：乙炔黑：PVDF＝40:60:3:4:4；。提供铜箔，向铜箔表面涂布浆料，干燥，得到活性层的厚度为60μm，热压，得到所述负极。

测试及结果

将实施例1-3和对比例1的电极裁片与锂片对电极组成试验电池，电解质盐为1mol/L的六氟磷酸锂，电解质溶液为EC/EMC＝1:1，测量1C，2C下的极片可逆容量见表1。表1可见，对比例1中的2C的可逆容量与1C的可逆容量的比值，比实施例1-3的比值明显下降。在1C下循环100次和300次的容量保持率见表2可见，本实施例的电池的循环性能明显优于对比例1的电池。

表1

表2

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。