一种硅碳复合负极极片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅碳复合负极极片及其制备方法，该硅碳复合负极极片，包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的硅碳负极活性层，硅碳负极活性层为硅碳负极活性层一或硅碳负极活性层二；硅碳负极活性层二包括硅碳负极活性材料层及钛酸锂活性材料层；一种硅碳复合负极极片的制备方法，包括以下步骤：1)将粘结剂一加入水中，得到导电胶一；2)得到捏合混合物一；3)得到负极浆料一；4)将负极浆料一涂覆在负极集流体表面上，得到硅碳复合负极极片。本发明专利技术的优点是由于在硅碳负极活性层内含有钛酸锂成分，减少硅的膨胀，减少锂金属析出，改善硅碳负极材料的导电性，且能够提高电池的循环寿命和安全性能，提高首次库伦效率。

A silicon-carbon composite negative electrode sheet and its preparation method

The invention discloses a silicon-carbon composite negative plate and a preparation method thereof. The silicon-carbon composite negative plate comprises a negative collector and a silicon-carbon negative active layer coated on the surface of the negative collector. The silicon-carbon negative active layer is a silicon-carbon negative active layer or a silicon-carbon negative active layer; the silicon-carbon negative active layer includes a silicon-carbon negative active material layer and a lithium titanate active material layer. A preparation method of silicon-carbon composite negative electrode sheet includes the following steps: 1) adding binder into water to obtain conductive adhesive 1; 2) obtaining kneading mixture 1; 3) obtaining negative slurry 1; 4) coating negative slurry 1 on the negative collector surface to obtain silicon-carbon composite negative electrode sheet. The advantages of the invention are that the active layer of the silicon-carbon negative electrode contains lithium titanate, reduces the expansion of silicon, reduces the precipitation of lithium metal, improves the conductivity of the silicon-carbon negative electrode material, improves the cycle life and safety performance of the battery, and improves the first Coulomb efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合负极极片及其制备方法
本专利技术涉及锂电池
，特别是涉及一种硅碳复合负极极片及其制备方法。
技术介绍
随着电动汽车以及消费类电子产品的迅速普及，加大了对具有长久续航能力、高能量密度和安全性能的锂离子动力电池的迫切需求，锂离子动力电池工业迎来了新的挑战。作为锂离子动力电池重要组成部分-负极材料，目前商业化锂离子电池主要采用石墨类碳负极材料，其导电性能优异，循环稳定性好，但其372mAh/g的理论克容量已经不能满足高能量密度的需求，因此，大量的技术研究已经开始寻找新型高理论克容量材料。其中，硅负极的理论比容量高达4200mAh/g，在地球上储量丰富，有很大的应用前景。然而，硅基材料体积膨胀严重，导电性差以及循环差限制了其实际应用。石墨作为成熟的负极材料，其能量密度已经基本被充分发挥，要想在能量密度上有所提升，与硅结合是一种较好的方式。但在真正的使用过程中，硅碳负极存在很多先天的“不足”，具体表现在：在充放电过程中，硅的体积会膨胀100％-300％，不断的收缩膨胀会造成硅负极材料的粉末化，严重影响电池寿命；其次，硅的不断膨胀，在电池内部产生很大的应力，这种应力对极片造成挤压，循环多次后可能出现极片断裂的情况；而且也很有可能造成电池内部孔隙率的降低，减少锂离子移动通道，造成锂金属的析出，影响电池安全性。此外，硅的导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，从而降低其首次库伦效率。同时，由于电池能量密度的提升，硅碳负极很容易出现由于瞬间电流偏大造成的安全问题，包括上述硅膨胀带来的析锂问题，都造成硅碳负极不如石墨负极安全。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述问题，本专利技术的目的之一是提供一种硅碳复合负极极片，以解决锂金属的析出、首次库伦效率较低的技术问题。本专利技术的目的之二是提供一种硅碳复合负极极片的制备方法。技术方案：一种硅碳复合负极极片，包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的硅碳负极活性层，所述硅碳负极活性层为硅碳负极活性层一或硅碳负极活性层二；所述硅碳负极活性层一包括以下质量百分比的各组分：78～94％的碳材料一、5～20％的碳和钛酸锂双包覆的硅材料、0.01～1％的碳纳米管一、0.2～1％的炭黑导电剂一、0.75～5％的粘结剂一；所述硅碳负极活性层二包括硅碳负极活性材料层及钛酸锂活性材料层，所述硅碳负极活性材料层涂覆在所述负极集流体表面，所述钛酸锂活性材料层涂覆在所述硅碳负极活性材料层表面，其中，所述硅碳负极活性材料层包括以下质量百分比的各组分：78～94％的碳材料二、5～20％的硅材料、0.01～1％的碳纳米管二、0.2～1％的炭黑导电剂二、0.75～5％的粘结剂二；所述钛酸锂活性材料层包括以下质量百分比的各组分：93～98％的钛酸锂、1～6％的粘结剂三、0.2～1％的炭黑导电剂三及0.01～1％的碳纳米管三。由于在硅碳负极活性层内含有钛酸锂成分，能够减少硅的膨胀，使锂离子移动通道较多，减少锂金属的析出，改善硅碳负极材料的导电性，且能够提高电池的循环寿命和安全性能，提高首次库伦效率。在其中一个实施例中，所述碳材料一、所述碳材料二都为天然石墨、人工石墨中的至少一种；所述硅材料为纳米硅、氧化硅、氧化亚硅、含硅合金的至少一种。在其中一个实施例中，所述碳纳米管一、所述碳纳米管二、所述碳纳米管三都为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、表面修饰的碳纳米管中的至少一种。一种硅碳复合负极极片的制备方法，当需要在负极集流体表面上涂覆硅碳负极活性层一时，包括以下步骤：1)将粘结剂一加入水中，溶解，得到分散均匀的粘结剂溶液一，将碳纳米管一加入粘结剂溶液一中，充分搅拌得到导电胶一；2)将碳材料一、碳和钛酸锂双包覆的硅材料、炭黑导电剂一混合均匀后加入预定量的导电胶一捏合，调整捏合固含量为50～70％，得到捏合混合物一，其中，预定量的导电胶一占总导电胶一的质量百分比为40～60％；3)向步骤2)的捏合混合物一中加入剩余的导电胶一，高速分散后加入水，搅拌均匀得到负极浆料一；4)将负极浆料一涂覆在负极集流体表面上，经烘干后，负极浆料一成为硅碳负极活性层一，附着在负极集流体表面上，得到硅碳复合负极极片。上述制备方法，由于在负极浆料一的制备过程中加入碳和钛酸锂双包覆的硅材料，可以使得到的硅碳负极活性层一中含有钛酸锂，且钛酸锂与其他成分混合均匀，能够有效提高电池的循环寿命和安全性能，提高首次库伦效率。在其中一个实施例中，步骤3)中，还包括以下步骤：得到的负极浆料一用150～400目筛网过滤。一种硅碳复合负极极片的制备方法，当需要在负极集流体表面上涂覆硅碳负极活性层二时，包括以下步骤：1)将粘结剂二加入水中，溶解，得到分散均匀的粘结剂溶液二，将碳纳米管二加入粘结剂溶液二中，充分搅拌得到导电胶二；2)将碳材料二、硅材料、炭黑导电剂二混合均匀后加入预定量的导电胶二捏合，调整捏合固含量为50～70％，得到捏合混合物二，其中，预定量的导电胶二占总导电胶二的质量百分比为40～60％；3)向步骤2)的捏合混合物二中加入剩余的导电胶二，高速分散后加入水，搅拌均匀得到负极浆料二；4)将负极浆料二涂覆在负极集流体表面上，经烘干后，负极浆料二成为硅碳负极活性材料层；5)将粘结剂三加入水中，溶解，得到分散均匀的粘结剂溶液三，将碳纳米管三加入粘结剂溶液三中，充分搅拌得到导电胶三；6)将钛酸锂、炭黑导电剂三加入预定量的导电胶三中，搅拌捏合，调整捏合固含量为50～80％，得到捏合混合物三，其中，预定量的导电胶三占总导电胶三的质量百分比为40～60％；7)向步骤6)的捏合混合物三中加入剩余的导电胶三，高速分散后加入水，搅拌均匀得到钛酸锂浆料；8)将钛酸锂浆料涂覆在硅碳负极活性材料层上，经烘干后，钛酸锂浆料成为钛酸锂活性材料层，得到硅碳复合负极极片。上述制备方法，由于在得到的硅碳负极活性材料层上涂覆钛酸锂浆料，经过烘干后得到钛酸锂活性材料层，使得到的硅碳复合负极极片能够改善硅基材料的导电性，有效提高电池的循环寿命和安全性能，提高首次库伦效率。在其中一个实施例中，步骤3)中，还包括以下步骤：得到的负极浆料二用150～400目筛网过滤。在其中一个实施例中，步骤8)中，还包括以下步骤：将钛酸锂浆料涂覆在硅碳负极活性层二上，单面涂覆面密度为0.5～5mg/cm2。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点是：1)上述硅碳复合负极极片，由于在硅碳负极活性层内含有钛酸锂成分，能够减少硅的膨胀，使锂离子移动通道较多，减少锂金属的析出，改善硅碳负极材料的导电性，且能够提高电池的循环寿命和安全性能，提高首次库伦效率。2)上述硅碳复合负极极片的制备方法，由于在负极浆料一的制备过程中加入碳和钛酸锂双包覆的硅材料，或得到的硅碳负极活性材料层上涂覆钛酸锂浆料，经过烘干后得到钛酸锂活性材料层，使得到的硅碳复合负极极片能够改善硅基材料的导电性，有效提高电池的循环寿命和安全性能，提高首次库伦效率。附图说明图1为实施例1的硅碳复合负极极片的扫描电镜图；图2为实施例3的硅碳复合负极极片的结构示意图。具体实施方式实施例1一种硅碳复合负极极片，包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的硅碳负极活性层，硅碳负极活性层为硅碳负极活性层一或硅碳负极活性层二；硅碳负极活性层一包括以下质量百分比的各组分：8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅碳复合负极极片，其特征在于，包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的硅碳负极活性层，所述硅碳负极活性层为硅碳负极活性层一或硅碳负极活性层二；所述硅碳负极活性层一包括以下质量百分比的各组分：78～94％的碳材料一、5～20％的碳和钛酸锂双包覆的硅材料、0.01～1％的碳纳米管一、0.2～1％的炭黑导电剂一、0.75～5％的粘结剂一；所述硅碳负极活性层二包括硅碳负极活性材料层及钛酸锂活性材料层，所述硅碳负极活性材料层涂覆在所述负极集流体表面，所述钛酸锂活性材料层涂覆在所述硅碳负极活性材料层表面，其中，所述硅碳负极活性材料层包括以下质量百分比的各组分：78～94％的碳材料二、5～20％的硅材料、0.01～1％的碳纳米管二、0.2～1％的炭黑导电剂二、0.75～5％的粘结剂二；所述钛酸锂活性材料层包括以下质量百分比的各组分：93～98％的钛酸锂、1～6％的粘结剂三、0.2～1％的炭黑导电剂三及0.01～1％的碳纳米管三。

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合负极极片，其特征在于，包括负极集流体和涂覆在所述负极集流体表面的硅碳负极活性层，所述硅碳负极活性层为硅碳负极活性层一或硅碳负极活性层二；所述硅碳负极活性层一包括以下质量百分比的各组分：78～94％的碳材料一、5～20％的碳和钛酸锂双包覆的硅材料、0.01～1％的碳纳米管一、0.2～1％的炭黑导电剂一、0.75～5％的粘结剂一；所述硅碳负极活性层二包括硅碳负极活性材料层及钛酸锂活性材料层，所述硅碳负极活性材料层涂覆在所述负极集流体表面，所述钛酸锂活性材料层涂覆在所述硅碳负极活性材料层表面，其中，所述硅碳负极活性材料层包括以下质量百分比的各组分：78～94％的碳材料二、5～20％的硅材料、0.01～1％的碳纳米管二、0.2～1％的炭黑导电剂二、0.75～5％的粘结剂二；所述钛酸锂活性材料层包括以下质量百分比的各组分：93～98％的钛酸锂、1～6％的粘结剂三、0.2～1％的炭黑导电剂三及0.01～1％的碳纳米管三。2.根据权利要求1所述的一种硅碳复合负极极片，其特征在于，所述碳材料一、所述碳材料二都为天然石墨、人工石墨中的至少一种；所述硅材料为纳米硅、氧化硅、氧化亚硅、含硅合金的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种硅碳复合负极极片，其特征在于，所述碳纳米管一、所述碳纳米管二、所述碳纳米管三都为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、表面修饰的碳纳米管中的至少一种。4.一种根据权利要求1的硅碳复合负极极片的制备方法，其特征在于，当需要在负极集流体表面上涂覆硅碳负极活性层一时，包括以下步骤：1)将粘结剂一加入水中，溶解，得到分散均匀的粘结剂溶液一，将碳纳米管一加入粘结剂溶液一中，充分搅拌得到导电胶一；2)将碳材料一、碳和钛酸锂双包覆的硅材料、炭黑导电剂一混合均匀后加入预定量的导电胶一捏合，调整捏合固含量为50～70％，得到捏合混合物一，其中，预定量的导电胶一占总导电胶一的质量百分比为40～60％；3)向步骤2)的捏合混合物一中加入剩余的导电胶一，高速分散后加入水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骞，杨莉，
申请(专利权)人：上海力信能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31