CN111916673A - 一种负极片及制备方法、电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种负极片及制备方法、电池，负极片包括：集流体；涂层，涂层设在集流体上，涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，第一涂层限定出多个相互连接的预设区域，第二涂层位于预设区域中，第二涂层与邻近的第一涂层连接；第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。在本发明的负极片中，第二涂层位于第一涂层围成的区域中，通过第一涂层中的碳材料可以良好的连接硅材料，碳材料能够限制硅材料的膨胀，降低粉化程度，提高负极片的循环寿命，提高负极片的能量密度，提高极片的导电性有利于长效循环，提高了容量和充放电效率。

Description

一种负极片及制备方法、电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种负极片及制备方法、电池。
背景技术
锂离子电池作为高效轻质便携的储能装置广泛应用于电子设备、电器、电动汽车等领域。硅作为负极材料在充放电循环过程中较大的体积膨胀限制了硅负极使用的含量。硅负极体积膨胀的根源在于硅在充放电过程中不断形成新的SEI层，旧的SEI层不断破裂，造成了硅粉化严重，从而导致了硅负极材料较大的体积膨胀，硅材料由于膨胀导致脱离集流体，进一步导致容量衰减，循环衰减较快；由于硅材料导电性较差，导致硅材料充放电效率低下。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种负极片及制备方法、电池，用以解决包含硅材料的负极片体积膨胀较为严重，循环衰减较快，充放电效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
第一方面，根据本发明实施例的负极片，包括：
集流体；
涂层，所述涂层设在所述集流体上，所述涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，所述第一涂层限定出多个相互连接的预设区域，所述第二涂层位于所述预设区域中，所述第二涂层与邻近的所述第一涂层连接；
所述第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，所述第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。
其中，所述碳材料包括天然石墨、人造石墨、碳微球、软碳、硬碳、石墨烯材料中的一种或多种；和/或
所述硅材料包括纳米硅、结晶硅、非结晶硅、硅氧材料、硅碳材料中的一种或多种；和/或
所述第一粘结剂和所述第二粘结剂分别包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯胺、聚丙烯酸、海藻酸钠、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂或环氧树脂中的一种或多种；和/或
所述第一导电剂和所述第二导电剂分别包括碳纳米管、碳纤维、导电石墨、中间相碳微球、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、导电炭黑、硬碳或金属粉中的一种或多种。
其中，所述第一涂层与所述第二涂层的质量比为0.1-10。
其中，所述第一涂料中还包括第一增稠剂和/或第一分散剂，所述第二涂料中还包括第二增稠剂和/或第二分散剂。
其中，所述第二涂层在所述集流体上的正投影与所述预设区域重合。
其中，多个所述预设区域均匀分布在所述集流体上。
其中，每个所述预设区域的面积相等。
其中，所述第一涂层包括多条相互平行的横向线和多条相互平行的纵向线，所述横向线与所述纵向线垂直相交以限定出多个所述预设区域；或者
所述第一涂层包括多条波浪线，相邻的两条所述波浪线相连以限定出多个所述预设区域。
第二方面，根据本发明实施例的负极片的制备方法，包括：
提供集流体；
在所述集流体上形成涂层，其中，所述涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，所述第一涂层限定出多个相互连接的预设区域，所述第二涂层位于所述预设区域中，所述第二涂层与邻近的所述第一涂层连接；
所述第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，所述第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。
第三方面，根据本发明实施例的电池，包括上述实施例中所述的负极片。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的负极片，包括集流体和涂层，所述涂层设在所述集流体上，所述涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，所述第一涂层限定出多个相互连接的预设区域，所述第二涂层位于所述预设区域中，所述第二涂层与邻近的所述第一涂层连接；所述第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，所述第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。在本发明的负极片中，第二涂层位于第一涂层围成的区域中，通过第一涂层中的碳材料可以良好的连接硅材料，以使硅材料具有较高电导率，有效缓解体积膨胀，碳材料能够限制硅材料的膨胀，降低粉化程度，从而提高负极片的循环寿命，通过碳材料与硅材料的复合，提高了负极片中硅材料的负载量，提高负极片的能量密度，提高极片的导电性有利于长效循环，提高了容量和充放电效率。
附图说明
图1为本发明实施例的负极片的一个结构示意图；
图2为本发明实施例的负极片的另一个结构示意图。
附图标记
集流体10；横向线11；纵向线12；波浪线13；预设区域14。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面具体描述根据本发明实施例的负极片。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的负极片包括集流体10和涂层，其中，涂层设在集流体10上，涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，第一涂层限定出多个相互连接的预设区域14，第二涂层位于预设区域14中，第二涂层与邻近的第一涂层连接；第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。
也就是说，负极片主要由集流体10和涂层构成，其中，涂层设在集流体10上，集流体可以为铜箔，涂层可以包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，第一涂层限定出多个相互连接的预设区域14，预设区域14可以大于或等于四个，相邻的预设区域14连接在一起，预设区域14可以为由第一涂层限定出的封闭区域，相邻的预设区域14可以通过第一涂层连接在一起；单个的预设区域14可以呈口字型，四个相邻的预设区域14连接在一起可以呈田字型；第二涂层可以位于预设区域14中，第二涂层可以与邻近的第一涂层连接，第二涂层可以直接与邻近的第一涂层连接。负极片的厚度可以为10μm-500μm，集流体10的厚度可以为1μm-50μm，本领域技术人员在上述厚度范围内，可结合实际需要设置不同涂层的厚度。
第一涂料可以包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，第二涂料中可以包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂，第一粘结剂和第二粘结剂可以相同或不同，第一导电剂和第二导电剂可以相同或不同，具体可以根据需要合理选择，其中，第一涂料中碳材料可以占10～90％，第二涂料中的硅材料可以占10～90％，具体可以根据具体需要选择。在本发明的负极片中，第二涂层位于第一涂层围成的区域中，通过第一涂层中的碳材料可以良好的连接硅材料，以使硅材料具有较高的电导率，有效缓解体积膨胀，碳材料能够限制硅材料的膨胀，降低粉化程度，从而提高负极片的循环寿命，通过碳材料与硅材料的复合，提高了负极片中硅材料的负载量，提高负极片的能量密度，提高极片的导电性有利于长效循环，提高了容量和充放电效率。本发明的负极片可以适用于多种材料和多种组合方式，可有效降低制备成本，有利于大规模生产和商业化发展。本发明中的负极片能够有效防止极片在循环过程中的粉化问题，可以提高电芯循环寿命，随着碳材料质量的不断增加，也提高了电解液浸润负极片的能力，提高了负极片的电导率，使得负极片的容量得到了有效的发挥。
在本发明的一些实施例中，碳材料可以包括天然石墨、人造石墨、碳微球、软碳、硬碳、石墨烯材料中的一种或多种，比如，碳材料可以为碳微球或石墨烯材料；和/或，硅材料可以包括纳米硅、结晶硅、非结晶硅、硅氧材料、硅碳材料中的一种或多种，比如，硅材料可以为纳米硅或结晶硅。实际应用过程中，具体的碳材料和硅材料可以根据需要选择；和/或，第一粘结剂和第二粘结剂可以分别包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚苯胺(PAN)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸钠、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、酚醛树脂或环氧树脂中的一种或多种，粘结剂具有粘结作用；和/或，第一导电剂和第二导电剂可以分别包括碳纳米管(CNTs)、碳纤维(VGCF)、导电石墨(KS-6、SFG-6)、中间相碳微球(MCMB)、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、导电炭黑、硬碳或金属粉中的一种或多种，比如，第一导电剂可以为碳纳米管，第二导电剂可以为碳纤维。
其中，第一涂层与第二涂层的质量比可以为0.1-10，比如第一涂层与第二涂层的质量比可以为0.1，具体可以根据需要合理选择。
可选地，第一涂料中还可以包括第一增稠剂和/或第一分散剂，第二涂料中还包括第二增稠剂和/或第二分散剂；第一增稠剂和第二增稠剂可以为羧甲基纤维素钠；第一分散剂和第二分散剂可以分别包括聚丙烯(PVA)、十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或硅烷偶联剂、乙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中一种或多种，优选为十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、乙醇中的一种；增稠剂有利于涂料的涂覆，分散剂有利于涂料均匀分散和涂覆。
在一些实施例中，第二涂层在集流体10上的正投影与预设区域14可以重合，增强第二涂层与第一涂层之间的连接，增强导电性，有效抑制硅材料的膨胀，降低粉化程度。
可选地，多个预设区域14可以均匀分布在集流体10上，可以呈阵列状排列分布，使得负极片的性能稳定。
其中，每个预设区域14的面积可以相等，使得负极片的性能稳定。
在本发明的实施例中，如图1所示，第一涂层可以包括多条相互平行的横向线11和多条相互平行的纵向线12，横向线11与纵向线12垂直相交以限定出多个预设区域14，比如7条横向线11与10条纵向线12垂直相交限定出54个预设区域14，横向线11与纵向线12的宽度可以为1μm～10cm；或者，如图2所示，第一涂层可以包括多条波浪线13，相邻的两条波浪线13相连以限定出多个预设区域14，比如，第一涂层可以包括6条波浪线13，通过6条波浪线13相连以限定出45个预设区域14。在实际应用过程中，具体的预设区域14的数量、形状和面积大小可以根据需要选择。
本发明实施例提供一种负极片的制备方法，制备方法可以包括：
提供集流体10；
在集流体10上形成涂层，其中，涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，第一涂层限定出多个相互连接的预设区域14，第二涂层位于预设区域14中，第二涂层与邻近的第一涂层连接；第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。
也就是说，在制备负极片的过程中，可以先选择集流体10，集流体10可以为铜箔，然后在集流体10上形成涂层，可以通过打印形成涂层，比如3D打印。涂层可以包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，第一涂层限定出多个相互连接的预设区域14，相邻的预设区域14连接在一起，预设区域14可以为由第一涂层限定出的封闭区域，相邻的预设区域14可以通过第一涂层连接在一起，每个预设区域14的形状和/或大小可以相同；第二涂层可以位于预设区域14中，第二涂层可以与邻近的第一涂层连接，第二涂层可以直接与邻近的第一涂层连接。
第一涂料可以包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，第二涂料中可以包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂，第一粘结剂和第二粘结剂可以相同或不同，第一导电剂和第二导电剂可以相同或不同，具体可以根据需要合理选择。通过本发明的制备方法制备的负极片，第二涂层位于第一涂层围成的区域中，通过第一涂层中的碳材料可以良好的连接第二涂层中的硅材料，以使硅材料具有较高的电导率，有效缓解体积膨胀，碳材料能够限制硅材料的膨胀，降低粉化程度，从而提高负极片的循环寿命，通过碳材料与硅材料的复合，提高了负极片中硅材料的负载量，提高负极片的能量密度，提高极片的导电性有利于长效循环，提高了容量和充放电效率。
在一些实施例中，碳材料可以包括天然石墨、人造石墨、碳微球、软碳、硬碳、石墨烯材料中的一种或多种；和/或，硅材料包括纳米硅、结晶硅、非结晶硅、硅氧材料、硅碳材料中的一种或多种。其中，第一粘结剂和第二粘结剂分别包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯胺、聚丙烯酸、海藻酸钠、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂或环氧树脂中的一种或多种；和/或，第一导电剂和所述第二导电剂分别包括碳纳米管、碳纤维、导电石墨、中间相碳微球、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、导电炭黑、硬碳或金属粉中的一种或多种。可选地，第一涂层与第二涂层的质量比可以为0.1-10，比如第一涂层与第二涂层的质量比可以为0.1，具体可以根据需要合理选择。
可选地，第一涂料中还包括第一增稠剂和/或第一分散剂，第二涂料中还包括第二增稠剂和/或第二分散剂。
在一些实施例中，第二涂层在集流体10上的正投影与预设区域14重合。其中，多个预设区域14均匀分布在集流体10上。可选地，每个预设区域14的面积相等。
根据一些实施例，第一涂层可以包括多条相互平行的横向线11和多条相互平行的纵向线12，横向线11与纵向线12垂直相交以限定出多个预设区域14；或者，第一涂层包括多条波浪线13，相邻的两条波浪线13相连以限定出多个预设区域14。
在负极片的制备过程中，可结合实际需要配置硅材料和碳材料质量不同的浆料，并将浆料依次通过3D打印技术打印在集流体上。
该制备方法可包括如下步骤：
分别称取一定质量的硅材料和碳材料，以及所需的粘结剂、分散剂、导电剂以及增稠剂和水；
将增稠剂添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂、分散剂、导电剂和碳材料，分散均匀后添加余量的水，随后经过研磨、过筛后制得第一涂料；将增稠剂添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂、分散剂、导电剂和硅材料，分散均匀后添加余量的水，随后经过研磨、过筛后制得第二涂料。
将上述制备的第一涂料以及第二涂料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印涂层，以形成极片。
将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
本发明实施例提供一种电池，电池可以包括上述实施例中所述的负极片。具有本发明的负极片的电池中，通过第一涂层中的碳材料可以良好的连接第二涂层中的硅材料，可以有效缓解体积膨胀，提高电池的循环寿命，提高电池的能量密度，有利于长效循环，提高了电池的容量和充放电效率。
下面通过一些具体的实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为54，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为2mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例2
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，其中预设区域的数量为54，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为2mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例3
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为4，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为10mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例4
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为8，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为5mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例5
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为16，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为4mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例6
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为32，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为2mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例7
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为64，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为2mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例8
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为128，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为2mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例9
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为256，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为1mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例10
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为512，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为0.5mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例11
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为256，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为1mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
实施例12
本实施例提供的负极片中的预设区域类似于图1中的预设区域的形状，预设区域的数量为512，极片面积为47mm*65mm，每个预设区域的面积可以均分负极片的面积；
横向线和纵向线的宽度为0.5mm，预设区域内为第二涂层；
负极片的制备方法包括：
称取80g碳材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第一浆料；
称取80g纳米硅材料，搭配10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成第二浆料；
具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管、纯纳米硅或天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到第一浆料和第二浆料；
将上述制备的第一浆料和第二浆料分别加入到挤压式3D打印机的腔体内，调节压力，直至达到合适的出料速度，使用合适的打印针头，在集流体的表面上打印出第一涂层和第二涂层，以形成极片。
可以将打印好的极片干燥后经过常规辊压、裁片后即得到负极片。
对比例1
对比例1中的负极片包括集流体和纯纳米硅活性层。
对比例1的负极片的制备方法包括：
称取80g纯纳米硅、10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成活性层浆料。具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管以及纯纳米硅，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到活性层浆料；
将该活性层浆料打印在铜箔表面，经过辊压、裁片后得到负极片。
对比例2
对比例2中的负极片包括集流体和天然石墨活性层。
对比例2中的负极片制备方法包括：
称取80g天然石墨、10g粘结剂PAA、2g分散剂十二烷基苯磺酸钠、4g导电剂碳纳米管、4g增稠剂CMC和100g水配制成活性层浆料。具体地，先将增稠剂CMC添加至一半配方量的水中，然后在搅拌条件下依次添加粘结剂PAA、分散剂十二烷基苯磺酸钠、导电剂碳纳米管以及天然石墨，分散均匀后添加余量的水，随后经研磨、过筛后得到活性层浆料；
将该活性层浆料打印在铜箔表面，经过辊压、裁片后得到负极片。
实施例1-12以及对比例1和2中，集流体均为6μm的铜箔，将实施例1-12及对比例1-2制得的负极片做成锂离子电池，可将制备的负极片搭配隔膜、电解液、正极片制备成锂离子电池。隔膜可以使用聚乙烯(PE)多孔隔膜，隔膜厚度为12μm；电解液为碳酸酯溶液，主要添加剂为VC、FEC；正极材料可以为钴酸锂，钴酸锂电压范围为3.0～4.45V，负极片按照实施例及对比例负极材料，正极涂布面密度为20mg/cm2，充放电电流为0.5C/0.5C。
对锂离子电池进行测试，测试其在25℃、0.5C/0.5C能量密度，容量衰减到初始容量的80％的循环次数，及循环100次后的极片膨胀率，测试结果如表1所示。
表1测试结果
能量密度(Wh/kg) 循环次数 极片膨胀率
实施例1 296 539 38％
实施例2 301 528 39％
实施例3 267 224 79％
实施例4 273 328 65％
实施例5 278 419 57％
实施例6 281 440 50％
实施例7 288 488 42％
实施例8 289 530 28％
实施例9 273 672 22％
实施例10 266 783 18％
实施例11 286 502 32％
实施例12 275 705 15％
对比例1 262 232 105％
对比例2 243 785 16％
由表1可知，实施例1-12中负极片制备的锂离子电池，在具备较高的能量密度的基础上，其循环性能得到了有效的提高。根据实施例1-12与对比例1-2，硅材料含量的提高有利于提高电池的能量密度，碳材料提高有利于降低极片电阻率，同时形成的小区域即“口”或者“田”字区域越多，极片膨胀率越低，实施例1-12中的负极片体积膨胀率明显低于对比例1，说明本发明中锂离子硅碳复合负极片能够有效抑制硅材料的体积膨胀，从而有利于长效循环，提高质量能量密度。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种负极片，其特征在于，包括：
集流体；
涂层，所述涂层设在所述集流体上，所述涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，所述第一涂层限定出多个相互连接的预设区域，所述第二涂层位于所述预设区域中，所述第二涂层与邻近的所述第一涂层连接；
所述第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，所述第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。
2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述碳材料包括天然石墨、人造石墨、碳微球、软碳、硬碳、石墨烯材料中的一种或多种；和/或
所述硅材料包括纳米硅、结晶硅、非结晶硅、硅氧材料、硅碳材料中的一种或多种；和/或
所述第一粘结剂和所述第二粘结剂分别包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯胺、聚丙烯酸、海藻酸钠、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂或环氧树脂中的一种或多种；和/或
所述第一导电剂和所述第二导电剂分别包括碳纳米管、碳纤维、导电石墨、中间相碳微球、石墨烯、科琴黑、乙炔黑、导电炭黑、硬碳或金属粉中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一涂层与所述第二涂层的质量比为0.1-10。
4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一涂料中还包括第一增稠剂和/或第一分散剂，所述第二涂料中还包括第二增稠剂和/或第二分散剂。
5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第二涂层在所述集流体上的正投影与所述预设区域重合。
6.根据权利要求1或5所述的负极片，其特征在于，多个所述预设区域均匀分布在所述集流体上。
7.根据权利要求1或5所述的负极片，其特征在于，每个所述预设区域的面积相等。
8.根据权利要求1或5所述的负极片，其特征在于，所述第一涂层包括多条相互平行的横向线和多条相互平行的纵向线，所述横向线与所述纵向线垂直相交以限定出多个所述预设区域；或者
所述第一涂层包括多条波浪线，相邻的两条所述波浪线相连以限定出多个所述预设区域。
9.一种负极片的制备方法，其特征在于，包括：
提供集流体；
在所述集流体上形成涂层，其中，所述涂层包括由第一涂料形成的第一涂层和由第二涂料形成的第二涂层，所述第一涂层限定出多个相互连接的预设区域，所述第二涂层位于所述预设区域中，所述第二涂层与邻近的所述第一涂层连接；
所述第一涂料包括碳材料、第一粘结剂和第一导电剂，所述第二涂料中包括硅材料、第二粘结剂和第二导电剂。
10.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的负极片。
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