[0024] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0025] 本发明的多孔导电软悬浮硅负极,由橡胶、硅颗粒和导电填料组成,以总质量分数为100%,橡胶为10%‑80%、硅颗粒为10%‑90%、导电填料为1%‑40%;其中,橡胶选用107号橡胶、乙烯基硅油(DY‑V401)、甲基橡胶、甲基乙烯基橡胶、甲基苯基乙烯基橡胶或氟橡胶;硅颗粒的粒径为10nm‑5μm;导电填料选用铜粉、银粉或导电炭黑。
[0026] 该多孔导电软悬浮硅负极以橡胶作为基底,附着在铜箔上,拥有以析盐法制得的泡沫多孔结构。
[0027] 本发明多孔导电软悬浮硅负极的制备方法,按照以下步骤实施:
[0028] 步骤1:将橡胶、硅颗粒和导电填料相混合,
[0029] 以橡胶作为基体加入稀释剂进行稀释,得到橡胶基体;将硅颗粒与导电填料混入适量的有机溶剂中进行稀释分散,根据需要加入偶联剂,搅拌均匀后加入到橡胶基体中并搅拌,在搅拌过程中根据橡胶基体的不同,加入催化剂与交联剂,继续搅拌至均匀得到浆料。
[0030] 稀释剂选用二甲基硅油;
[0031] 有机溶剂选用正己烷或无水乙醇;
[0032] 偶联剂选用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂,偶联剂加入后能够改善性能,但并非必须使用,具体参照后面的实施例;
[0033] 催化剂选用二月桂酸二丁基锡,催化剂的选择根据橡胶基体的不同而不同,对于缩合硫化型橡胶,催化剂可以是有机锡、钛酸酯、胺等;对于加成硫化型橡胶,催化剂可以是铂络合物、铂、钌或铑络合物等;
[0034] 交联剂选用正硅酸乙酯,交联剂的选择根据橡胶基体的不同而不同,对于缩合硫化型橡胶,交联剂可以是多烷氧基硅烷、多丁酮肟基硅烷等;对于加成硫化型橡胶,交联剂为含氢硅油;
[0035] 步骤2:浆料中加入盐粒并搅拌,
[0036] 在上步的浆料中加入盐粒并搅拌均匀,得到混合浆料;
[0037] 其中的盐粒质量分数为浆料质量的20%‑350%;
[0038] 步骤3:硫化橡胶,
[0039] 将混合浆料涂敷在铜箔极板上,进行刮平处理;之后,根据橡胶基体的不同,采用不同的硫化方式对橡胶基体进行硫化处理,得到半成品极片;
[0040] 根据橡胶基体及其含量的不同,硫化时间也会有所不同;
[0041] 步骤4:析盐处理,
[0042] 将半成品极片进行切片处理之后,采用蒸馏水析盐;
[0043] 选择对水进行加热或者超声处理加快析盐速度,并且可以多次换水以保证盐分尽量析尽;
[0044] 步骤5:干燥,
[0045] 对完成析盐的极片进行干燥处理,去除其中的水分,即成。
[0046] 实施例1
[0047] 步骤1:将橡胶、硅颗粒和导电填料相混合,
[0048] 选用107号橡胶作为基体,加入质量分数5%的二甲基硅油(稀释剂),搅拌均匀后备用。将质量分数为20%的1μm硅颗粒与质量分数40%的1μm铜粉加入适量的有机溶剂(正己烷)中,加入质量分数3%的偶联剂(硅烷偶联剂),搅拌均匀。在搅拌的过程中加入交联剂(正硅酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡),搅拌均匀。
[0049] 步骤2:浆料中加入盐粒并搅拌,
[0050] 将上述混合好的浆料中加入质量分数为100%的氯化钠,并搅拌均匀。
[0051] 步骤3:硫化橡胶,
[0052] 将上步制得的混合浆料涂敷在铜箔极板上,并进行刮平处理;放于阴凉通风处,室温下静置12h。
[0053] 步骤4:析盐处理,
[0054] 将硫化完成的半成品极片裁成圆形薄片,放入蒸馏水中,在超声清洗机下清洗1.5h,换水后再清洗0.5h。
[0055] 步骤5:干燥,
[0056] 将制备完成的极片成品放入烘箱中,干燥30min后取出。
[0057] 实施例2
[0058] 步骤1:将橡胶、硅颗粒和导电填料相混合,
[0059] 选用107号橡胶作为基体,加入质量分数5%的二甲基硅油(稀释剂),搅拌均匀后备用。将质量分数为40%的1μm硅颗粒与质量分数10%的导电炭黑加入适量的有机溶剂(正己烷)中,加入质量分数3%的偶联剂(硅烷偶联剂),搅拌均匀。在搅拌的过程中加入交联剂(正硅酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡),搅拌均匀。
[0060] 步骤2:浆料中加入盐粒并搅拌,
[0061] 将上述混合好的浆料中加入质量分数为100%的氯化钠并搅拌均匀。
[0062] 步骤3:硫化橡胶,
[0063] 将上步制得的混合浆料涂敷在铜箔极板上,并进行刮平处理;放于阴凉通风处,室温下静置12h。
[0064] 步骤4:析盐处理,
[0065] 将硫化完成的半成品极片裁成圆形薄片,放入蒸馏水中,在超声清洗机下清洗1.5h,换水后再清洗0.5h。
[0066] 步骤5:干燥,
[0067] 将制备完成的极片成品放入烘箱中,干燥30min后取出。
[0068] 实施例3
[0069] 步骤1:将橡胶、硅颗粒和导电填料相混合,
[0070] 选用107号橡胶作为基体,加入质量分数5%的二甲基硅油(稀释剂),搅拌均匀后备用。将质量分数为25%的500nm硅颗粒与质量分数40%的800nm铜粉加入适量的有机溶剂(正己烷)中,加入质量分数3%的偶联剂(钛酸酯偶联剂),搅拌均匀。在搅拌的过程中加入交联剂(正硅酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡),搅拌均匀。
[0071] 步骤2:浆料中加入盐粒并搅拌,
[0072] 将上述混合好的浆料中加入质量分数为250%的氯化钠并搅拌均匀。
[0073] 步骤3:硫化橡胶,
[0074] 将上步制得的混合浆料涂敷在铜箔极板上,并进行刮平处理;放于阴凉通风处,室温下静置12h。
[0075] 步骤4:析盐处理,
[0076] 将硫化完成的半成品极片裁成圆形薄片,放入蒸馏水中,在超声清洗机下清洗1.5h,换水后再清洗0.5h。
[0077] 步骤5:干燥,
[0078] 将制备完成的极片成品放入烘箱中,干燥30min后取出。
[0079] 实施例4
[0080] 步骤1:将橡胶、硅颗粒和导电填料相混合,
[0081] 选用107号橡胶作为基体,加入质量分数5%的二甲基硅油(稀释剂),搅拌均匀后备用。将质量分数为20%的1μm硅颗粒与质量分数10%的导电炭黑加入适量的有机溶剂(正己烷)中,加入质量分数3%的偶联剂(硅烷偶联剂),搅拌均匀。在搅拌的过程中加入交联剂(正硅酸乙酯)和催化剂(二月桂酸二丁基锡),搅拌均匀。
[0082] 步骤2:浆料中加入盐粒并搅拌,
[0083] 将上述混合好的浆料中加入质量分数为250%的氯化钠并搅拌均匀。
[0084] 步骤3:硫化橡胶,
[0085] 将上步制得的混合浆料涂敷在铜箔极板上,并进行刮平处理;放于阴凉通风处,室温下静置12h。
[0086] 步骤4:析盐处理,
[0087] 将硫化完成的半成品极片裁成圆形薄片,放入蒸馏水中,在超声清洗机下清洗1.5h,换水后再清洗0.5h。
[0088] 步骤5:干燥,
[0089] 将制备完成的极片成品放入烘箱中,干燥30min后取出。
[0090] 实施例5
[0091] 步骤1:将橡胶、硅颗粒和导电填料相混合,
[0092] 选用乙烯基硅油(DY‑V401)作为基体,加入质量分数5%的二甲基硅油(稀释剂),搅拌均匀后备用。将质量分数为25%的1μm硅颗粒与质量分数40%的1μm铜粉加入适量的有机溶剂(无水乙醇)中,加入质量分数3%的偶联剂(硅烷偶联剂),搅拌均匀。在搅拌的过程中加入交联剂(含氢硅油)和催化剂(铂),搅拌均匀。
[0093] 步骤2:浆料中加入盐粒并搅拌,
[0094] 将上述混合好的浆料中加入质量分数为150%的氯化钠并搅拌均匀。
[0095] 步骤3:硫化橡胶,
[0096] 将上步制得的混合浆料涂敷在铜箔极板上,并进行刮平处理;放于阴凉通风处,室温下静置24h。
[0097] 步骤4:析盐处理,
[0098] 将硫化完成的半成品极片裁成圆形薄片,放入蒸馏水中,在超声清洗机下清洗1.5h,换水后再清洗0.5h。
[0099] 步骤5:干燥,
[0100] 将制备完成的极片成品放入烘箱中,干燥30min后取出。
[0101] 实施例6
[0102] 步骤1:将橡胶、硅颗粒和导电填料相混合,
[0103] 选用乙烯基硅油(DY‑V401)作为基体,加入质量分数5%的二甲基硅油(稀释剂),搅拌均匀后备用。将质量分数为25%的1μm硅颗粒与质量分数20%的导电炭黑铜粉加入适量的有机溶剂(无水乙醇)中,加入质量分数3%的偶联剂(钛酸酯偶联剂),搅拌均匀。在搅拌的过程中加入交联剂(含氢硅油)和催化剂(铂),搅拌均匀。
[0104] 步骤2:浆料中加入盐粒并搅拌,
[0105] 将上述混合好的浆料中加入质量分数为100%的氯化钠并搅拌均匀。
[0106] 步骤3:硫化橡胶,
[0107] 将上步制得的混合浆料涂敷在铜箔极板上,并进行刮平处理;放于阴凉通风处,室温下静置24h。
[0108] 步骤4:析盐处理,
[0109] 将硫化完成的半成品极片裁成圆形薄片,放入蒸馏水中,在超声清洗机下清洗1.5h,换水后再清洗0.5h。
[0110] 步骤5:干燥,
[0111] 将制备完成的极片成品放入烘箱中,干燥30min后取出。
[0112] 对本发明上述六个实施例制备的成品进行性能测试如下:
[0113] 1)电池比容量测试:比容量测试是将涂布好的单面极片剪裁成直径为15mm的圆片,然后以锂片作为对位电极制成CR2016纽扣电池,在测试设备上对纽扣电池进行测试,进而得出材料性能。测试结果如表1所示。
[0114] 2)循环性能测试:通过控制一定的电压范围对纽扣半电池进行循环扫描,记录下不同电压时电流的大小,通过一个个电流峰的电压区间确定电极材料的电化学反应机理。将测试用电池用80mA恒流充电960min,限制电压为4.2V,以160mA恒流充电至3.0V,然后得到其初始容量。重复上述放电步骤50次,记录循环50次后的放电容量,按照下式计算其放电容量保持率。测试结果如表1所示。
[0115] 放电容量保持率=50次循环后放电容量/初始放电容量×100%。
[0116] 表1、本发明六个实施例的性能测试结果
[0117]
[0118] 从上表1中明显看出,本发明的硅负极相对于现有的硅负极具有较高的比容量以及较好的倍率放电特性,进一步提高了现有硅负极的性能,进一步满足了现有高性能电池的需求。