本发明专利技术涉及一种电极极片的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将多巴胺溶解在缓冲溶液中，再加入氧化剂，得到反应体系；(2)将反应极片浸润到反应体系中，得到电极极片。本发明专利技术在电极极片上引入多巴胺上的多功能基团，在充放电过程中，附着在极片表面的多电子胺基可以促进电解液中电解质和添加剂的还原，促使电极表面形成一层稳定的SEI膜，一方面可以尽快将电解液与电极阻隔开来，减少接触；另一方面则可以防止溶剂分子的共嵌入，两个方面均可以减轻对电极材料结构的破坏，从而降低不可逆容量的产生，进而提高电极的循环性能，并减小了充放电过程中体积膨胀带来的电极片破裂粉碎。
Electrode plate, preparation method and Application
【技术实现步骤摘要】
一种电极极片、及其制备方法和用途
本专利技术属于电池
，具体涉及一种电极极片、及其制备方法和用途。
技术介绍
随着化石燃料的大量消耗，环境问题也日益严峻，开发新能源取代传统化石燃料迫在眉睫。锂离子电池(LIB)已经广泛应用于便携式电子设备(例如手机，笔记本电脑和相机)，但随着电动汽车(EV)和能量存储系统(ESS)的发展，对电池的容量和性能的要求越来越高，开发高能量、环境友好的绿色电源也日益紧迫。硅具有超高的理论嵌理容量，约为4200mAh/g，是目前商用石墨负极极限比容量的十倍以上，并且硅与理的电极电位差只有0.2V，低于绝大多数合金类和金属氧化物类负极材料。低工作电压和高比容量，使得硅基负极具有很高的能量密度，因此被视为最有发展潜力的锂离子电池负极材料。但在嵌理和脱理过程中，硅会产生严重的体积变化(>300％)，导致材料粉化，活性物质与集流体和导电剂失去电接触，致使容量迅速衰减，硅表面不稳定的固体电解质界面(SEI)膜也严重限制了其循环寿命。目前针对硅负极存在的问题提出了很多的解决方法，包括与碳材料进行复合，使用新型粘结剂，采用电解液添加剂等，虽然在一定程度上减小了体积膨胀所带来的一系列弊端，但硅负极的固有弊端没有从根本上解决。因此需要继续加强对硅负极的探究。CN109671941A公开了一种硅碳负极材料及其制备方法，由内向外依次包括：硅/硅氧颗粒、N-3-(三甲氧基硅烷基)丙基乙烯基二胺分子层，碳纳米管导电层、聚多巴胺碳化层，所述硅/硅氧颗粒为硅或硅的多价氧化物或其混合物，所述N-3-(三甲氧基硅烷基)丙基乙烯基二胺分子层，厚度为1～10μm；所述聚多巴胺碳层中聚多巴胺高分子在最外层均匀成膜包覆住硅/硅氧颗粒和碳纳米管，膜厚度0.01～3μm。但是，所述硅碳负极材料在大倍率下的充放电性能急剧下降。CN109065848A公开了一种中空结构的硅碳复合电极材料及其制备方法，制备方法包括：S1：将纳米硅颗粒分散到有机溶剂，加入偶联剂并调节pH值为3～4，进行洗涤、干燥得到改性纳米硅颗粒；S2：分别配置水相溶液和油相溶液，将步骤S1的改性纳米硅颗粒分散到油相溶液中后一并加入到水相溶液中，再加入引发剂，进行离心、洗涤、干燥得到纳米硅颗粒上包覆一层聚合物的复合材料；S3：将步骤S2的复合材料加入到Tris缓冲液中，加入盐酸多巴胺，进行离心、过滤、干燥得到纳米硅颗粒上包覆双层聚合物的复合材料；S4：将步骤S3的复合材料进行碳化得到硅碳复合电极材料。但是，所述硅碳负极材料的长循环性能较差，反复的充放电使其结构损坏。因此，本领域亟需一种新型电极极片的制备方法，所述方法制备过程简单、重复性强、并且在不降低电极容量的基础上，提高循环性能稳定性，减小充放电过程中体积膨胀带来的电极片破裂粉碎等问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种电极极片、及其制备方法和用途。本专利技术所述电极极片制备过程简单、重复性强，在不降低电极容量的基础上，提高循环性能稳定性，并减小充放电过程中体积膨胀带来的电极片破裂粉碎等问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的目的之一在于提供一种电极极片的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将多巴胺溶解在缓冲溶液中，再加入氧化剂，得到反应体系；(2)将反应极片浸润到反应体系中，得到电极极片。本专利技术将多巴胺溶解在缓冲溶液中，再加入氧化剂加速聚合反应的速度，然后将反应极片浸润到反应体系中，在弱碱性缓冲溶液中，盐酸多巴胺的邻苯二酚基被氧化为邻苯二醌，之后进行1,4-迈克尔加成，分子内环化，再经过一系列的氧化重排后形成聚多巴胺层。本专利技术在电极极片上引入多巴胺上的多功能基团，在充放电过程中，附着在极片表面的多电子胺基可以促进电解液中电解质和添加剂的还原，促使电极表面形成一层稳定的SEI膜，一方面可以尽快将电解液与电极阻隔开来，减少接触；另一方面则可以防止溶剂分子的共嵌入，两个方面均可以减轻对电极材料结构的破坏，从而降低不可逆容量的产生，进而提高电极的循环性能，并减小了充放电过程中体积膨胀带来的电极片破裂粉碎。优选地，步骤(1)所述缓冲溶液的制备过程包括：将表面活性剂溶于水中，然后加入酸调节pH值，得到缓冲溶液。优选地，所述表面活性剂为三羟甲基氨基甲烷。优选地，所述酸为盐酸。优选地，所述缓冲溶液的pH值为5～10，优选为7～9，例如5、6、7、8或9等。优选地，步骤(1)所述氧化剂包括氧气、空气、过硫酸铵、双氧水和氯化铁中的任意一种或者至少两种的组合，优选为过硫酸铵。本专利技术所述氧化剂的作用为加速氧化聚合的反应速度。优选地，所述反应体系中多巴胺的浓度为1～5g/L，例如1.2g/L、1.5g/L、1.8g/L、2g/L、2.5g/L、3g/L、3.5g/L、4g/L或4.5g/L等。本专利技术所述反应体系中多巴胺的浓度过大，既不会使反应加快同时可能阻碍聚合的进程；浓度过小，不足以生成所需量的聚多巴胺。优选地，所述反应体系中氧化剂的浓度为10～30mmol/L，例如12mmol/L、15mmol/L、18mmol/L、20mmol/L、22mmol/L、25mmol/L、26mmol/L或28mmol/L等。本专利技术所述反应体系中氧化剂的浓度过大，可能会引起其他的副反应，且不好控制反应速度；浓度过小，不足以达到加速反应的目的。优选地，所述反应体系中表面活性剂的浓度为5～15mmol/L，例如5mmol/L、5.5mmol/L、6mmol/L、7mmol/L、8mmol/L、9mmol/L、10mmol/L、11mmol/L、12mmol/L、13mmol/L或14mmol/L等。本专利技术所述反应体系中表面活性剂的浓度过大会使聚合物中引入过多杂质；浓度过小不足以达到最优的pH值。优选地，步骤(2)所述反应极片浸润到反应体系中的时间为0.1～2h，优选为0.1～1h，进一步优选为40min，例如0.2h、0.4h、0.5h、0.6h、0.8h、1h、1.2h、1.5h或1.8h等。本专利技术所述反应极片浸润到反应体系中的时间(自聚合反应时间)小于0.1h，不足以在极片表面形成聚多巴胺层；时间大于2h，又会使形成的聚多巴胺层过厚，增加界面的阻抗。优选地，步骤(2)所述反应体系的温度为30～60℃，例如32℃、35℃、38℃、40℃、42℃、45℃、48℃、50℃、52℃、55℃或58℃等。优选地，步骤(2)所述反应极片包括正极极片或负极极片。优选地，所述负极极片为硅碳负极极片。优选地，所述硅碳负极极片的制备过程包括：将硅碳负极材料、水系粘结剂和导电剂研磨混合，加入溶剂后搅拌，得到电极浆料，将所述电极浆料涂覆于集流体，干燥，得到硅碳负极极片。优选地，所述硅碳负极材料、水系粘结剂和导电剂的质量比为3～16:1:1，例如4:1:1、5:1:1、6:1:1、7:1:1、8:1:1、9:1:1、10本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电极极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)将多巴胺溶解在缓冲溶液中，再加入氧化剂，得到反应体系；/n(2)将反应极片浸润到反应体系中，得到电极极片。/n
【技术特征摘要】
1.一种电极极片的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将多巴胺溶解在缓冲溶液中，再加入氧化剂，得到反应体系；
(2)将反应极片浸润到反应体系中，得到电极极片。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述缓冲溶液的制备过程包括：将表面活性剂溶于水中，然后加入酸调节pH值，得到缓冲溶液；
优选地，所述表面活性剂为三羟甲基氨基甲烷；
优选地，所述酸为盐酸；
优选地，所述缓冲溶液的pH值为5～10，优选为7～9。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氧化剂包括氧气、空气、过硫酸铵、双氧水和氯化铁中的任意一种或者至少两种的组合，优选为过硫酸铵；
优选地，所述反应体系中多巴胺的浓度为1～5g/L；
优选地，所述反应体系中氧化剂的浓度为10～30mmol/L；
优选地，所述反应体系中表面活性剂的浓度为5～15mmol/L。
4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应极片浸润到反应体系中的时间为0.1～2h，优选为0.1～1h；
优选地，步骤(2)所述反应体系的温度为30～60℃。
5.如权利要求1-4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应极片包括正极极片或负极极片；
优选地，所述负极极片为硅碳负极极片；
优选地，所述硅碳负极极片的制备过程包括：将硅碳负极材料、水系粘结剂和导电剂研磨混合，加入溶剂后搅拌，得到电极浆料，将所述电极浆料涂覆于集流体，干燥，得到硅碳负极极片；
优选地，所述硅碳负极材料、水系粘结剂和导电剂的质量比为3～16:1:1；
优选地，所述搅拌的时间为5～10h；
优选地，所述溶剂为水；
优选地，所述干燥为真空干燥，干燥温度为60～90℃，时间为8～10h；
【专利技术属性】
技术研发人员：陈仕谋，王如梦，王晓阳，刘玉文，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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