一種電泳沉積系統(tǒng)及制備鋰離子電池硅基負(fù)極材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到鋰離子電池負(fù)極材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種制備鋰離子電池用硅基負(fù)極材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池于上世紀(jì)80年代進入實用化以來，因其具有比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、儲存壽命長等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于軍事和民用小型電器中，如便攜式計算機，照相機，電動工具等。但是隨著社會的不斷發(fā)展，尤其是電動汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，研發(fā)高能量密度的鋰離子電池迫在眉睫。負(fù)極作為鋰離子電池的不可或缺的一部分，研發(fā)高能量密度的鋰離子電池負(fù)極也顯得至關(guān)重要。
[0003]目前商用的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨類碳材料，但是石墨類碳材料的理論比容量僅為372mAh/g，無法滿足高能量密度鋰離子電池負(fù)極的要求。硅作為一種新興的鋰離子電極負(fù)極材料，具有很高的理論比容量(4200mAh/g)，且其放電平臺略高于碳類材料，在沖放電過程中，不易形成鋰枝晶，從而提高了電池的安全性能。但是硅在循環(huán)過程中由于體積膨脹收縮劇烈，會造成材料粉化而失去與導(dǎo)電基底的電化學(xué)聯(lián)結(jié)，最終將導(dǎo)致容量的迅速衰減。將硅基材料進行微納米尺度處理是抑制體積膨脹、防止粉化的有效途徑，另外，將硅材料覆碳再與石墨烯復(fù)合，可以減少材料的粉化，有利于提高硅基負(fù)極的循環(huán)性能。但微納米尺度處理后的硅基材料比表面積大，均勻分散及其困難。專利CN103050672A發(fā)明了一種采用抽濾的方法制備出石墨烯-硅復(fù)合電極，但是工藝過程繁瑣，不利于商業(yè)化，且電極的循環(huán)性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電泳沉積系統(tǒng)，為卷對卷連續(xù)式操作系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)制備鋰離子電池硅基負(fù)極材料，工藝流程簡單，機械化程度高，適用于工業(yè)的大批量生產(chǎn)。
[0005]為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種電泳沉積系統(tǒng)，為卷對卷連續(xù)式操作系統(tǒng)，包括電泳電沉積系統(tǒng)、分別與電泳電沉積系統(tǒng)相連通的供料系統(tǒng)和材料回收系統(tǒng)，以及電控系統(tǒng)，其中
[0007]供料系統(tǒng)，提供電泳液；
[0008]電泳電沉積系統(tǒng)，包括沉積池，在所述沉積池上設(shè)有放卷口和收卷口，所述放卷口和收卷口設(shè)有滑輪，所述滑輪用于傳送銅箔基材，所述銅箔基材為工作電極，連接電源正極；
[0009 ]材料回收系統(tǒng)，回收電泳沉積完成后的電泳液；
[0010]電控系統(tǒng)，連接控制電泳電沉積系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。
[0011]優(yōu)選的，所述電泳沉積系統(tǒng)還設(shè)有兩個隔離對稱的方形對電極，連接電源負(fù)極;所述放卷口和收卷口的滑輪轉(zhuǎn)動帶動銅箔基材通過兩個方形對電極之間。
[0012]優(yōu)選的，所述電源正極為柱狀滾輪，所述電泳電沉積系統(tǒng)還設(shè)有與電源正極相對稱的U形凹槽結(jié)構(gòu)的對電極，連接電源負(fù)極。
[0013]優(yōu)選的，所述銅箔基材卷繞電源正極的柱狀滾輪連接放卷口和收卷口設(shè)有滑輪，所述滑輪與柱狀滾輪的轉(zhuǎn)動方向一致，并帶動銅箔基材的轉(zhuǎn)動。
[0014]本發(fā)明還提供一種利用上述電泳沉積系統(tǒng)制備鋰離子電池硅基負(fù)極材料的方法，包括如下:
[0015]I)打開電控系統(tǒng)，驅(qū)動電泳沉積池上的滑輪，放卷銅箔基材至于電泳池中；
[0016]2)打開供料系統(tǒng)使電泳液進入電泳沉積池，其中電泳液為納米硅材料、碳材料、覆碳前驅(qū)體和分散劑置于分散介質(zhì)中均勻分散成;開啟電源，進行電泳沉積，在銅箔基材上得到硅-碳復(fù)合材料;關(guān)閉電源，材料回收系統(tǒng)回收電泳液，驅(qū)動滑輪收卷已沉積硅-碳復(fù)合材料的銅箔基材，銅箔基材相對位移，新的銅箔基材位移至沉積池中；
[0017]3)打開供料系統(tǒng)使電泳液進入電泳沉積池，重復(fù)2)的操作，使一定量的銅箔基材上都沉積得到硅-碳復(fù)合材料；
[0018]4)將硅-碳復(fù)合材料從銅箔基材上剝離進行干燥處理，再將干燥的硅-碳復(fù)合材料于惰性氣氛中碳化處理，得到鋰離子電池用硅-碳負(fù)極材料。
[0019]優(yōu)選的，所述納米娃材料包括純的納米娃或者納米氧化娃，優(yōu)選為納米娃，其直徑為10_2000nm。
[0020]優(yōu)選的，所述碳材料包括碳納米管、碳納米纖維、納米碳球、石墨烯或者氧化石墨稀，優(yōu)選為氧化石墨稀。
[0021]優(yōu)選的，所述覆碳前驅(qū)體為可溶于分散介質(zhì)且于惰性氣氛中高溫煅燒后有一定殘?zhí)嫉木酆衔?，包括葡萄糖、聚氧乙烯、聚乙二醇、聚乙烯醇、酚醛樹脂或者環(huán)氧樹脂中的至少一種，優(yōu)選為聚乙二醇。
[0022]優(yōu)選的，所述分散介質(zhì)為水、丙酮、乙醇、乙酰丙酮、環(huán)己烷、異丙醇、醋酸、二氯甲烷、甲基乙基酮或者甲苯中的至少一種;所述分散劑為檸檬酸、聚乙酰胺、聚丙烯酰胺、乙氧基燒基硫酸納、α_稀基橫酸納、十一■燒基硫酸納、乙氧基燒基硫酸錢或者鵬中的至少一種。
[0023]優(yōu)選的，所述惰性氣氛為氮氣、氬氣或者氫氣中的至少一種;所述碳化處理的溫度為400-1000°C，優(yōu)選為700°C ;時間為0.5-20h，優(yōu)選為4h。
[0024]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，設(shè)計電泳沉積系統(tǒng)為卷對卷連續(xù)操作系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以實現(xiàn)鋰離子電池硅基負(fù)極材料制備的連續(xù)性，工藝流程簡單，機械化程度高，適用于工業(yè)化的大批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明電泳沉積系統(tǒng)的模塊示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實施例一電泳電沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0027 ]圖3為本發(fā)明實施例二電泳電沉積系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點更加的清晰，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】做出更為詳細(xì)的說明，在下面的描述中，闡述了很多具體的細(xì)節(jié)以便于充分的理解本發(fā)明，但是本發(fā)明能夠以很多不同于描述的其他方式來實施。因此，本發(fā)明不受以下公開的具體實施的限制。
[0029]實施例一
[0030]一種電泳沉積系統(tǒng)，為卷對卷連續(xù)式操作系統(tǒng)，如圖1所示，包括電泳電沉積系統(tǒng)、分別與電泳電沉積系統(tǒng)相連通的供料系統(tǒng)和材料回收系統(tǒng)，以及電控系統(tǒng)，其中
[0031]供料系統(tǒng)，提供電泳液；
[0032]電泳電沉積系統(tǒng)，如圖2所示，包括沉積池I，在所述沉積池I上設(shè)有放卷口和收卷口，所述放卷口和收卷口設(shè)有滑輪2，所述滑輪2用于傳送銅箔基材3，所述銅箔基材3為工作電極，連接電源正極;其中所述電泳沉積系統(tǒng)還設(shè)有兩個隔離對稱的方形對電極4，連接電源負(fù)極;所述放卷口和收卷口的滑輪2轉(zhuǎn)動帶動銅箔基材3通過兩個方形對電極4之間；
[0033]材料回收系統(tǒng)，回收電泳沉積完成后的電泳液；
[0034]電控系統(tǒng)，連接控制電泳電沉積系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。
[0035]實施例二
[0036]一種電泳沉積系統(tǒng)，為卷對卷連續(xù)式操作系統(tǒng)，如圖1所示，包括電泳電沉積系統(tǒng)、分別與電泳電沉積系統(tǒng)相連通的供料系統(tǒng)和材料回收系統(tǒng)，以及電控系統(tǒng)，其中
[0037]供料系統(tǒng)，提供電泳液；
[0038]電泳電沉積系統(tǒng)，如圖3所示，包括沉積池I，在所述沉積池I上設(shè)有放卷口和收卷口，所述放卷口和收卷口設(shè)有滑輪2，所述滑