CN114944465A - 负极极片及电池 - Google Patents

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黄学杰
王丕涛
胡保平
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Abstract

本申请涉及一种负极极片及电池，属于二次电池技术领域。该负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体表面的负极活性材料层。负极活性材料层中的活性材料包括片状硅基材料，以负极集流体的表面为基准，至少60％的片状硅基材料与负极集流体的表面的夹角≤20°。该负极极片的片状硅基材料倾向于与负极集流体平行，且沿负极极片的厚度方向，片状硅基材料倾向于平行排列并形成堆叠结构，可以使结构更加稳定；在进行充放电过程中，片状硅基材料沿着厚度方向发生体积变化和滑动，可以填充负极极片内部的空隙，使极片具有良好的电接触和完整性，电池的性能更佳。

Description

负极极片及电池
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，且特别涉及一种负极极片及电池。
背景技术
由于便携式电子设备和电动汽车的快速发展和广泛应用，对于高比能量、长循环寿命的锂离子电池的需求十分迫切。目前商品化使用的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但是，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，限制了锂离子电池比能量的进一步提高。
而硅的理论比容量最高可以达到4200mAh/g，但是，硅在储锂过程中体积膨胀超过300％，导致性能下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种负极极片及电池，以降低片状硅基材料的膨胀对电池性能的影响。
第一方面，本申请实施例提供了一种负极极片，包括负极集流体以及设置于负极集流体表面的负极活性材料层。负极活性材料层中的活性材料包括片状硅基材料，以负极集流体的表面为基准，至少60％的片状硅基材料与负极集流体的表面的夹角≤20°。
至少60％的片状硅基材料与负极集流体的表面的夹角≤20°，片状硅基材料倾向于与负极集流体平行，且沿负极极片的厚度方向，片状硅基材料倾向于平行排列并形成堆叠结构，可以使结构更加稳定；在进行充放电过程中，片状硅基材料沿着厚度方向发生体积变化和滑动，可以填充负极极片内部的空隙，使极片具有良好的电接触和完整性，电池的性能更佳。
在本申请的部分实施例中，片状硅基材料为硅纳米片、硅亚微米片、硅合金纳米片、硅合金亚微米片、硅氧纳米片和硅氧亚微米片及其表面改性包覆后的材料的一种或多种。
在本申请的部分实施例中，硅纳米片的厚度1-200nm；平面尺寸为20-5000nm。
在本申请的部分实施例中，活性材料还可以包括碳包覆锡纳米线作为协同活性材料。
在本申请的部分实施例中，碳包覆锡纳米线的直径在100nm以下，长径比为(5-1000):1。
在本申请的部分实施例中，活性材料还包括碳纳米管作为协同活性材料。
在本申请的部分实施例中，碳纳米管的直径在20nm以下，长径比为(10-1000):1。
在本申请的部分实施例中，碳纳米管至少包括单壁碳纳米管。
在本申请的部分实施例中，以活性材料、导电剂和粘结剂三者质量和为总质量，活性材料质量占总质量的百分数为70％-95％，导电剂质量占总质量的百分数为0％-10％，粘结剂质量占总质量的百分数为2％-30％。
在本申请的部分实施例中，活性材料中，硅的重量百分含量为70％-98％，锡的重量百分含量为0.5％-20％，碳的重量百分含量为1.5-20％。
第二方面，本申请实施例提供了一种锂离子二次电池，包括上述负极极片。
第三方面，本申请实施例提供了一种固态电池，包括上述负极极片。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例1提供的负极极片(原始极片)的扫描电镜(SEM)图；
图2为本申请实施例1提供的负极极片(第五周嵌锂态)的扫描电镜(SEM)图；
图3为对比例1提供的负极极片(原始极片)的扫描电镜(SEM)图；
图4为对比例1提供的负极极片(第五周嵌锂态)的扫描电镜(SEM)图；
图5为本申请实施例1提供的活性材料的X射线衍射(XRD)图；
图6为本申请实施例1提供的负极极片在辊压前的X射线衍射(XRD)图；
图7为本申请实施例1提供的负极极片在辊压后的X射线衍射(XRD)图；
图8为本申请实施例1提供的半电池的充放电曲线图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
本申请实施例提供了一种负极极片，包括负极集流体以及设置于负极集流体表面的负极活性材料层。负极活性材料层包括活性材料，导电剂和粘结剂。通过其形成负极活性材料层，可以使负极极片具有很好的导电性以及电池性能，并且能够使负极活性材料层很好地结合在负极集流体上。
可选地，以活性材料、导电剂和粘结剂三者质量和为总质量，活性材料质量占总质量的百分数为70％-95％，导电剂质量占总质量的百分数为0％-10％，粘结剂质量占总质量的百分数为5％-30％。可以使负极活性材料层的致密性、比容量和首充均较佳。
作为示例性地，活性材料质量占总质量的百分数为70％、75％、80％、85％、90％或95％；导电剂质量占总质量的百分数为0％、2％、4％、6％、8％或10％；粘结剂质量占总质量的百分数为2％、10％、15％、20％、25％或30％。
其中，导电剂可以是导电炭黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管和石墨烯中一种或几种组合；粘结剂可以是羧甲基纤维素、丁苯橡胶、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂，海藻酸钠、聚偏二氟乙烯中一种或几种组合。
本申请中，活性材料包括片状硅基材料。片状硅基材料是指：材料中含有硅，并且能够实现脱嵌锂的硅基材料；硅基材料为片状，且片状材料的厚度为纳米级。
可选地，片状硅基材料为硅纳米片(硅单质)、硅亚微米片(硅单质)、硅合金纳米片(硅合金)、硅合金亚微米片(硅合金)、硅氧纳米片(硅氧材料SOx，0＜x＜2)和硅氧亚微米片(硅氧材料SOx，0＜x＜2)及其表面改性包覆后的材料的一种或多种。
其中，硅纳米片是指：硅单质为片状，该硅片的厚度为纳米级。可选地，硅纳米片的厚度为1-100nm，平面尺寸为20-5000nm。其中，硅纳米片的厚度是指：硅纳米片的两个表面之间的最大距离；硅纳米片的平面尺寸是指：该片状结构的硅纳米片在水平面上的投影的轮廓线中，距离最远的两个点之间的距离。例如：硅纳米片的厚度为1nm、5nm、10nm、20nm、40nm、60nm、80nm或100nm；硅纳米片的平面尺寸为20nm、50nm、100nm、200nm、400nm、600nm、800nm、1000nm、1200nm、1400nm、1600nm、1800nm或2000nm。
可选地，硅纳米片的表面还包覆有厚度为纳米级的碳层。一方面，碳层较薄，能够保持活性材料较高的比容量；另一方面，碳层的包覆，可以在一定程度上避免片状硅基材料与电解液直接接触，活性材料的循环稳定性进一步提高。可选地，片状硅基材料上的碳包覆层的厚度为2-10nm。
本申请中，以负极集流体的表面为基准，至少60％的片状硅基材料与负极集流体的表面的夹角≤20°；也就是说，以负极集流体的平面方向为基准，至少60％的片状硅基材料与负极集流体的之间的倾斜角≤20°。
片状硅基材料倾向于与负极集流体平行，且沿负极极片的厚度方向，片状硅基材料倾向于平行排列并形成堆叠结构，可以使结构更加稳定；在进行充放电过程中，片状硅基材料沿着厚度方向发生体积变化和滑动，可以填充负极极片内部的空隙，使极片具有良好的电接触和完整性，电池的性能更佳。
可选地，沿负极极片的厚度方向，相邻两片片状硅基材料之间的夹角≤10°。可以使片状硅基材料在负极集流体上分布的一致性更好，从而可以使更多的片状硅基材料以堆叠的形式存在，以便提高电池的性能。
进一步地，至少90％的片状硅基材料与负极集流体的表面的夹角≤20°；且沿负极极片的厚度方向，相邻两片片状硅基材料之间的夹角≤5°。更多的片状硅基材料与负极集流体基本平行并形成堆叠结构，可以使电池的性能更佳。
进一步地，全部片状硅基材料与负极集流体的表面的夹角≤20°。所有的片状硅基材料基本均倾向于与负极集流体平行，从而使电池的性能更好。
本申请中，活性材料还包括碳包覆锡纳米线作为协同活性材料。碳包覆锡纳米线是指：锡纳米线的表面包覆有碳层，形成的碳包覆锡纳米线依然是线状结构，且其尺寸也是纳米级。锡材料本身具有很好的导电性和离子导电能力，与包覆碳层配合以后，具有快速充放电能力；且碳层的包覆可以使其在充放电过程中的结构保持完整，并实现良好的电接触。可选地，碳包覆锡纳米线中碳包覆层的厚度为纳米级。可选地，碳包覆锡纳米线上的碳包覆层的厚度为2-10nm。
碳包覆锡纳米线的直径在100nm以下，长径比为(5-1000):1。碳包覆锡纳米线的不同部位的直径可以相同，也可以不同，直径在100nm以下且长径比为(5-1000):1，可以使其柔韧性更好，片状硅基材料混合以后，能够与片状硅基材料形成三维网络结构，可以在一定程度上避免片状硅基材料的体积膨胀。可选地，碳包覆锡纳米线的长径比为5:1、10:1、20:1、40:1、80:1、160:1、320:1、480:1、600:1或1000:1。
本申请中，活性材料还包括碳纳米管作为协同活性材料。碳纳米管是指：碳材料为管状，碳管的外径为纳米级。碳纳米管的直径在20nm以下，长径比为(10-1000):1。碳纳米管的不同部位的直径可以相同，也可以不同，直径在20nm以下且长径比为(10-1000):1。由于碳包覆锡纳米线和碳纳米管均具有一定的弹性和柔韧性，与片状硅基材料进行混合以后，可以形成更好的三维导电网络，可以缓解负极极片脱嵌锂的体积效应，使电池的比容量较大、循环稳定性较高；同时，负极极片具有很好的离子导电率和电子导电率，导电能力更好。
可选地，碳纳米管至少包括单壁碳纳米管。可以使负极极片的性能更佳。可选地，碳纳米管还可以是单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物。
本申请的活性材料中，硅的重量百分含量为70％-98％，锡的重量百分含量为0.5％-20％，碳的重量百分含量为1.5-20％。其中，硅、锡和碳的重量百分含量是指元素含量，例如：碳的重量百分含量是指：碳包覆锡纳米线的碳和碳纳米管的碳的重量百分含量之和；硅的重量百分含量是指：片状硅基材料中硅的重量百分含量；锡的重量百分含量是指：碳包覆锡纳米线中锡的重量百分含量。
例如：硅的重量百分含量为70％、74％、78％、82％、86％、90％、94％或98％；锡的重量百分含量为0.5％、1％、2％、4％、8％、12％、16％或20％；碳的重量百分含量为1.5％、3％、5％、8％、10％、12％、14％、16％、18％或20％。
本申请提供的负极极片的单面面密度为1-40mg/cm2。其可以用来制备二次电池，例如：锂离子电池或全固态电池等，可以使电池的比容量为1000-3000mAh/g，首次充放电库伦效率≥80％，以提高电池的性能。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
(1)碳纳米管溶液的制备：
将碳纳米管分散在乙醇溶剂中得到碳纳米管溶液，其中，碳纳米管与乙醇的质量比为1:100。
(2)活性材料的制备：
向碳纳米管溶液中加入太阳能硅片切割废料、氧化锡、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在均质机中均质分散，将均质分散后的悬浊液在砂磨机中砂磨5h，然后过滤、洗涤、烘干后获得均匀分散的复合前驱体。最后将前驱体材料放入高温烧结炉中在氮气气氛下从室温升到700℃烧结，并通入乙炔气体进行碳包覆，烧结完后即可得到活性材料。
该活性材料包括硅纳米片、碳包覆锡纳米线和碳纳米管，且硅纳米片表面包覆有碳层。硅纳米片的厚度为10-80nm，平面尺寸为200-800nm；碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的86.6wt％；锡占活性材料的4.6wt％；碳占活性材料的5.2wt％；其他物质占活性材料的3.1wt％。
(3)负极极片的制备：
将上述制备得到的负极活性材料与导电剂(SP)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按照质量比为80：5：5：10的比例添加在装放有水的搅拌罐中，搅拌罐中的搅拌器以500rad/min的速度不断搅拌，且搅拌罐本身以500rad/min的速度不断转动，以得到负极活性材料浆料。将负极活性材料浆料用刮刀涂覆于铜箔表面，再经烘干处理得到负极极片。将负极极片进行辊压处理，将辊压后的负极极片用打孔器制备出直径为15mm小圆片。
(4)半电池的制备
将上述的负极极片与锂片配对装配成扣式半电池，电池的装配过程在充满氩气的手套箱中进行。其中使用Celgard2300膜为隔离膜，电解液为1mol/L的LiPF6溶解于EC:DMC:FEC(体积比4.8:4.8:0.4)的溶液。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于：步骤(2)中，将太阳能硅片切割废料替换成粒径为5-10μm的氧化亚硅。
该活性材料包括氧化亚硅纳米片、碳包覆锡纳米线和碳纳米管，且氧化亚硅纳米片表面包覆有碳层。氧化亚硅纳米片的厚度为50-80nm，平面尺寸为200-800nm；碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的60.8wt％；氧占活性材料的29.3wt％，锡占活性材料的4.6wt％；碳占活性材料的4.8wt％；其他物质占活性材料的0.5wt％。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于：步骤(2)中，将太阳能硅片切割废料替换成粒径为5-10μm的硅铁合金。
该活性材料包括硅铁合金纳米片、碳包覆锡纳米线和碳纳米管，且硅铁合金纳米片表面包覆有碳层。硅铁合金纳米片的厚度为20-60nm，平面尺寸为100-500nm；碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的76.3wt％；铁占活性材料的12.1wt％，锡占活性材料的3.5wt％；碳占活性材料的7.6wt％；其他物质占活性材料的0.5wt％。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于：步骤(1)中，将太阳能硅片切割废料替换成厚度为10-50nm；平面尺寸为100-600nm的硅纳米片，不需要在砂磨机中砂磨。
该活性材料包括硅纳米片、碳包覆锡纳米线和碳纳米管。硅纳米片的厚度为10-50nm，平面尺寸为100-600nm；碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的87.6wt％；锡占活性材料的4.3wt％；碳占活性材料的7.8wt％；其他物质占活性材料的0.3wt％。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于：步骤(2)中，将太阳能硅片切割废料替换成厚度为50-100nm；平面尺寸为100-800nm的氧化亚硅纳米片，不需要在砂磨机中砂磨。
该活性材料包括氧化亚硅纳米片、碳包覆锡纳米线和碳纳米管。氧化亚硅纳米片的厚度为50-100nm，平面尺寸为100-800nm；碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的61.2wt％；氧占活性材料的28.5wt％锡占活性材料的3.6wt％；碳占活性材料的4.2wt％；其他物质占活性材料的3.1wt％。
实施例6
实施例5与实施例1的区别在于：步骤(2)中，将太阳能硅片切割废料替换成厚度为50-80nm；平面尺寸为200-600nm的硅铁合金纳米片，不需要在砂磨机中砂磨。
该活性材料包括硅铁合金纳米片、碳包覆锡纳米线和碳纳米管。硅铁合金纳米片的厚度为50-80nm，平面尺寸为200-600nm；碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的74.6wt％；铁占活性材料的11.5wt％，锡占活性材料的3.2wt％；碳占活性材料的7.6wt％；其他物质占活性材料的2.1wt％。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于：步骤(2)中，将太阳能硅片切割废料替换成粒径为5-10μm的单晶硅。
该活性材料包括硅纳米片、碳包覆锡纳米线和碳纳米管，且硅纳米片表面包覆有碳层。硅纳米片的厚度为50-100nm，平面尺寸为200-1000nm；碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的84.6wt％；锡占活性材料的5.1wt％；碳占活性材料的6.9wt％；其他物质占活性材料的3.4wt％。
实施例8
实施例8与实施例1的区别在于：没有添加碳纳米管和氧化锡。
该活性材料包括硅纳米片，且硅纳米片表面包覆有碳层。硅纳米片的厚度为10-80nm，平面尺寸为200-800nm；按照重量百分含量计，硅占活性材料的94.6wt％；锡占活性材料的0wt％；碳占活性材料的4.2wt％；其他物质占活性材料的1.2wt％。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：步骤(3)中，在搅拌得到负极活性物质浆料的过程中，搅拌罐本身不转动。
对比例2
对比例2与实施例8的区别在于：步骤(3)中，在搅拌得到负极活性物质浆料的过程中，搅拌罐本身不转动。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于：太阳能硅片切割废料替换成直径80-100nm的硅粉，不能够形成硅纳米片。
该活性材料没有硅纳米片，只有直径80-100nm的硅纳米颗粒，硅表面包覆有碳层。按照重量百分含量计，碳包覆锡纳米线的直径为20-80nm，长径比为(50-500):1；碳纳米管的直径为10-20nm、长径比为(100-200):1。按照重量百分含量计，硅占活性材料的84.3wt％；锡占活性材料的5.3wt％；碳占活性材料的5.7wt％；其他物质占活性材料的3.7wt％。
综上，实施例1-实施例8以及对比例1-对比例3提供的负极极片如表1所示。
表1负极极片
Figure BDA0003615643420000131
Figure BDA0003615643420000141
其中，硅基纳米片的尺寸、碳包覆锡纳米线的尺寸、碳纳米管的尺寸以及硅基纳米片的排布均通过扫描电镜(SEM)图观察得到。
硅含量、锡含量以及碳含量通过电感耦合等离子体光谱仪和硫碳分析仪等进行检测得到。
图1为本申请实施例1提供的负极极片(原始极片)的扫描电镜(SEM)图，请参阅图1，该原始极片内部存在部分空隙，极片具有一定的孔隙率，硅纳米片之间存在线状结构，且硅纳米片倾向于平行排列形成叠层结构，同时更倾向于平行集流体方向平行排列。
图2为本申请实施例1提供的负极极片(第五周嵌锂态)的扫描电镜(SEM)图，请参阅图2，在嵌锂过程中，硅纳米片沿着厚度方向发生体积变化和滑动，同时填满极片内部空隙，硅纳米片继续以二维层状结构堆叠在一起，保持了极片的良好电接触和完整性。
图3为对比例1提供的负极极片(原始极片)的扫描电镜(SEM)图，请参阅图3，该原始极片内部存在部分空隙，极片具有一定的孔隙率，硅纳米片之间存在线状结构，且硅纳米片无规则排列。
图4为对比例1提供的负极极片(第五周嵌锂态)的扫描电镜(SEM)图，请参阅图4，由于硅纳米片无规则排列，在嵌锂过程中，硅纳米片沿着厚度方向发生体积变化和滑动，其不能够填满极片内部空隙，并且无规则分布在活性材料层中。
图5为本申请实施例1提供的活性材料的X射线衍射(XRD)图，图6为本申请实施例1提供的负极极片在辊压前的X射线衍射(XRD)图，图7为本申请实施例1提供的负极极片在辊压后的X射线衍射(XRD)图。其中为了避免铜箔中铜峰位太强的影响，涂布过程中在铜箔上先涂布一层PVDF，测试XRD时，先去掉铜箔。从图5可以看出，(111)/(220)晶面峰强＝2.27，(111)/(311)晶面峰强＝3.89；从图6可以看出，(111)/(220)晶面峰强＝2.30，(111)/(311)晶面峰强＝4.27；从图7可以看出，(111)/(220)晶面峰强＝2.39，(111)/(311)晶面峰强＝4.35。辊压后的极片的(111)/(220)晶面峰强与(111)/(311)晶面峰强的值均增大，说明辊压后的极片具有较好的性能，硅纳米片与负极集流体之间的夹角较小，硅纳米片倾向于与负极集流体平行。
图8为本申请实施例1提供的半电池的充放电曲线图，从图8可以看出，实施例1提供的半电池的首周容量高达3000mAh/g，首周库伦效率高达90％。
循环容量保持率和首周体积膨胀率
使用蓝电充放电测试仪对半电池进行恒电流充放电，其中截止电压设置为0.005-1.0V，倍率设定为0.2C，测试其首周充电容量、首周库伦效率、第100周充电容量、第100周库伦效率。
通过以下公式算出100周的循环容量保持率。
100周的循环容量保持率＝第100周的充电容量/首周的充电容量×100％。
首周体积膨胀率：用千分尺分别测试原始极片厚度h1和首周完全嵌锂态极片的厚度h2。
首周体积膨胀率＝(h2-h1)/h1
各实施例和对比例首周充电比容量、首周库伦效率、第100周库伦效率及100周的循环容量保持率数据如表2所示。
表2半电池的电学性能
Figure BDA0003615643420000161
Figure BDA0003615643420000171
结合表1和表2可知，使用本申请实施例提供的负极极片制备得到的半电池，其首周充电容量都大于1500mAh/g，100周后循环保持率大于90％，首周体积膨胀率都小于130％，综合性能较佳。而使用对比例提供的负极极片制备的半电池，其体积膨胀率都非常高，且循环保持率较低。
倍率性能
使用蓝电充放电仪对扣电进行恒电流充放电，其中截止电压设置为0.005-1.0V，分别在0.1C、0.2C、0.5C、1C、0.2C倍率下进行测试。
通过以下公式不同倍率下容量保持率。
倍率容量保持率＝该倍率下的充电容量/0.1C倍率充电容量×100％。
各实施例和对比例不同倍率下容量保持率数据如表3所示。
表3半电池的倍率性能
Figure BDA0003615643420000172
Figure BDA0003615643420000181
结合表1和表3可知，使用本申请实施例提供的负极极片制备得到的半电池，其1C倍率下容量保持率都大于65％；而使用对比例提供的负极极片制备的半电池，1C倍率下容量保持率基本都小于40％。
在实施例1的基础上，分别改变太阳能硅和锡的比例、球磨时间、硅种类，其它的条件不变，按照实施例1的方法制备活性材料，然后再将活性材料按照实施例1中制备扣式半电池的方法制备得到1-13号电池，并按照电化学性能测试方法对电池进行充放电循环性能测试，结果见表4。
表4半电池的电学性能
Figure BDA0003615643420000182
Figure BDA0003615643420000191
从表4可以看出，太阳能硅片切割废料及单晶硅的效果明显优于其他种类的硅，电镜照片结果也表明太阳能硅片切割废料砂磨后会形成纳米片状结构。硅质量占比70％～98％其表现比较好的电化学性能，砂磨时间优选在4h以上。
表5为实施例1提供的负极极片(活性材料包括硅纳米片)辊压前后及原材料，以及对比例3提供的负极极片(活性材料包括硅纳米颗粒)辊压前后及原材料的XRD图的分析结果。
表5负极极片的XRD图的分析结果
Figure BDA0003615643420000192
Figure BDA0003615643420000201
通过X射线衍射对实施例1和对比例3的未辊压和辊压后极片进行测试，结果表明，实施例1中，从原材料到制作成极片，再进行辊压，(111)/(220)晶面峰强和(111)/(311)晶面峰强比值逐渐在增大，说明极片中的纳米片逐渐倾向平行排列，与SEM相对应，而对比例3中从原材料到制作成极片，再进行辊压，(111)/(220)晶面峰强和(111)/(311)晶面峰强比值基本不变。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (8)

1.一种负极极片，其特征在于，包括负极集流体以及设置于所述负极集流体表面的负极活性材料层；
所述负极活性材料层中的活性材料包括片状硅基材料，以所述负极集流体的表面为基准，至少60％的所述片状硅基材料与所述负极集流体的表面的夹角≤20°。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述片状硅基材料为硅纳米片、硅亚微米片、硅合金纳米片、硅合金亚微米片、硅氧纳米片和硅氧亚微米片及其表面改性包覆后的材料的一种或多种；
或/和，所述硅纳米片的厚度1-200nm；平面尺寸为20-5000nm。
3.根据权利要求1所述负极极片，其特征在于，所述活性材料还包括碳包覆锡纳米线作为协同活性材料；
或/和，所述碳包覆锡纳米线的直径在100nm以下，长径比为(5-1000):1。
4.据权利要求1-3任一项所述负极极片，其特征在于，所述活性材料还包括碳纳米管作为协同活性材料；
或/和，所述碳纳米管的直径在20nm以下，长径比为(10-1000):1；
或/和，所述碳纳米管至少包括单壁碳纳米管。
5.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，以活性材料、导电剂和粘结剂三者质量和为总质量，所述活性材料质量占总质量的百分数为70％-95％，所述导电剂质量占总质量的百分数为0％-10％，所述粘结剂质量占总质量的百分数为2％-30％。
6.根据权利要求5所述的负极极片，其特征在于，所述活性材料中，硅的重量百分含量为50％-98％，锡的重量百分含量为0.5％-20％，碳的重量百分含量为1.5-20％。
7.一种锂离子二次电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的负极极片。
8.一种固态电池，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的负极极片。
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