CN113497224A - 一种锂离子电池硅碳负极极片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池硅碳负极极片，所述硅碳负极极片包括负极集流体和涂覆于所述集流体表面的膜层，所述的膜层至少含有两层负极活性物质层，所述的靠近集流体的膜层为含硅层，远离集流体的膜层为石墨层，所述的含硅层和石墨层均含活性材料、导电剂、粘接剂及增稠剂，通过特定的涂覆工艺制备得到硅炭负极极片。本发明所制备的硅炭负极极片可抑制硅炭负极膨胀，提高电池的循环性能，同时提高负极的克容量，以提高电池的能量密度达到行业需求。

Description

一种锂离子电池硅碳负极极片
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种锂离子电池硅碳负极极片。
背景技术
锂离子电池因其能量密度及输出电压高、使用寿命长、无记忆效应以及绿色环保的优点，已广泛的应用在3C消费市场及新能源汽车等领域。
目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类负极材料，其理论比容量仅为372mAh/g，在提升能量密度方面能力有限，严重限制了锂离子电池的进一步发展。而硅基材料是在研发负极材料中理论比容量最高的研究材料之一，理论比容量高达为4200mAh/g，因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度和在Li-Si合金中的高Li摩尔分数，被认为是碳负极材料的替代性产品。然而，硅负极由于其在嵌脱锂循环过程中具有严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极表现出较差的循环性能。现阶段，研究者们一直致力于从硅材料本身出发，已抑制硅材料的膨胀，很少从电池制备工艺出发以改善硅材料的膨胀，以提高电池的循环性能。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池硅碳负极极片，旨在抑制硅炭负极膨胀，提高电池的循环性能，同时提高负极的克容量，以提高电池的能量密度达到行业需求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种锂离子电池硅碳负极极片，所述硅碳负极极片包括负极集流体和涂覆于所述集流体表面的膜层，所述的膜层至少含有两层负极活性物质层。
所述集流体的膜层内层为含硅层，集流体的膜层外层为石墨层。
所述的负极集流体为常规铜箔、多孔铜箔、涂炭铜箔中的一种；优选多孔铜箔、涂炭铜箔中的一种。
所述的含硅层包含活性物质、导电剂、粘接剂及增稠剂，其干粉重量比为92~96%：1~2%：1~3%：1~2%；所述石墨层包含活性材料、导电剂、粘接剂及增稠剂，其干粉重量比为93~96%：0.5~1.5%：1~2%：1~2%。进一步地，所述含硅层包含活性材料、导电剂、粘接剂及增稠剂，其干粉重量比为94~96%：1~2%：1~3%：1~2%，所述石墨层包含活性物质、导电剂、粘接剂及增稠剂，其干粉重量比为93~96%：1~1.5%：1~2%：1~2%。
所述的含硅层的活性物质为硅纳米颗粒、硅纳米线、硅炭复合材料以及氧化硅/炭复合材料中的一种或多种。进一步地，所述的含硅层的活性物质为硅纳米颗粒、硅纳米线、氧化硅/炭复合材料中的一种或多种。
所述的导电剂为石墨烯、碳纳米管、导电石墨、导电炭黑中的一种或多种。进一步地，所述的导电剂为碳纳米管、导电炭黑中的一种或多种。
所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚酰亚胺中的一种或多种，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇中的一种或多种。进一步地，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的一种或多种，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠。
所述的含硅层先涂覆在负极集流体表面，烘干至半干状态，然后再将石墨层涂覆在含硅层表面。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明所制备的硅炭负极极片将含硅层置于多孔铜箔或涂炭表面，一定程度上抑制硅负极膨胀，然后在含硅层表面继续涂覆石墨层，可以进一步地抑制硅负极的膨胀，同时有效地避免硅负极直接与电解液接触，防止形成较厚的固态电解质膜；
（2）本发明在含硅层处于半干状态下立马涂覆石墨层，可以提高石墨层与含硅层的粘接作用，可避免含硅层过于干燥而降低与石墨层的粘接作用，同时也避免含硅层处于流动状态时，石墨层渗透至含硅层，降低对含硅层的膨胀作用；
（3）本发明提高活性材料的克容量，可有效提高电池的能量密度，同时也可提高其循环性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
将1.2%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入95%硅负极材料、1.4%碳纳米管及导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入2.4%聚丙烯酸及丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将1.1%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入96%石墨、1.0%导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入1.9%丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将搅拌均匀的硅负极浆料涂布在多孔铜箔表面，烘至半干状态，立马涂覆石墨负极浆料，然后烘干即可得到硅炭负极极片。
实施例2：
将1.2%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入95%硅负极材料、1.4%碳纳米管及导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入2.4%丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将1.1%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入96%石墨、1.0%导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入1.9%丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将搅拌均匀的硅负极浆料涂布在多孔铜箔表面，烘至半干状态，立马涂覆石墨负极浆料，然后烘干即可得到硅炭负极极片。
实施例3：
将1.2%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入95%硅负极材料、1.4%导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入2.4%聚丙烯酸及丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将1.1%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入96%石墨、1.0%导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入1.9%丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将搅拌均匀的硅负极浆料涂布在多孔铜箔表面，烘至半干状态，立马涂覆石墨负极浆料，然后烘干即可得到硅炭负极极片。
实施例4：
将1.2%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入95%硅负极材料、1.4%碳纳米管及导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入2.4%聚丙烯酸及丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将1.1%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入96%石墨、1.0%导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入1.9%丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将搅拌均匀的硅负极浆料涂布在涂炭铜箔表面，烘至半干状态，立马涂覆石墨负极浆料，然后烘干即可得到硅炭负极极片。
实施例5：
将1.2%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入95%硅负极材料、1.4%碳纳米管及导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入2.4%聚丙烯酸及丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将1.1%羧甲基纤维素钠溶解于去离子水中，然后加入96%石墨、1.0%导电石墨复合导电剂，搅拌均匀，随后加入1.9%丁苯橡胶搅拌均匀，除气泡；
将搅拌均匀的硅负极浆料涂布在常规铜箔表面，烘至半干状态，立马涂覆石墨负极浆料，然后烘干即可得到硅炭负极极片。
本发明提供了一种锂离子电池硅碳负极极片，有效地抑制了硅炭负极膨胀，提高了电池的循环性能，同时明显地提高了负极的克容量，所制备的电池能量密度可达到行业需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述硅碳负极极片包括负极集流体和涂覆于所述集流体表面的膜层，所述的膜层至少含有两层负极活性物质层。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述集流体的膜层内层为含硅层，集流体的膜层外层为石墨层。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述的负极集流体为常规铜箔、多孔铜箔、涂炭铜箔中的一种。
4.根据权利要求2所述的一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述的含硅层包含活性物质、导电剂、粘接剂及增稠剂，其干粉重量比为92~96%：1~2%：1~3%：1~2%；所述的石墨层包含活性物质、导电剂、粘接剂及增稠剂，其干粉重量比为93~96%：0.5~1.5%：1~2%：1~2%。
5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述的含硅层的活性物质为硅纳米颗粒、硅纳米线、硅炭复合材料以及氧化硅/炭复合材料中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述的导电剂为石墨烯、碳纳米管、导电石墨、导电炭黑中的一种或多种。
7.根据权利要求3所述的一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述的粘接剂为丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚酰亚胺中的一种或多种，所述的增稠剂为羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇中的一种或多种。
8.根据权利要求2或3所述的一种锂离子电池硅碳负极极片，其特征在于，所述的含硅层先涂覆在负极集流体表面，烘干至半干状态，然后再将石墨层涂覆在含硅层表面。
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