一种负极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负极片及其制备方法和应用。本发明专利技术第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括集流体和N层活性层，所述活性层包括碳材料和硅材料，所述活性层的层数集合记为S＝{1,2,…,i‑1,i,…,N}，N≥2，其中，第一层活性层指向第N层活性层的方向为逐渐远离所述集流体的方向；其中，第(i‑1)层活性层中所述硅材料的质量大于第i层活性层中所述硅材料的质量，第(i‑1)层活性层中所述碳材料的质量小于第i层活性层中所述碳材料质量。本发明专利技术提供的负极片，通过硅材料的质量逐层递减，碳材料的质量逐层递增的方式，可有效防止循环过程中负极片掉粉，降低了负极片的体积膨胀率，提高了负极片的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极片及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种负极片及其制备方法和应用，涉及锂离子电池

技术介绍
随着新能源的发展，锂离子电池在各个领域中得到了长足的发展。其中锂离子电池的负极片的选择和制备对于锂离子电池的性能有很大的影响。而碳材料具备电导率优异，膨胀率较低，自然界储存丰富，循环稳定好，库伦效率高等优点，使得碳材料成为锂离子电池负极片中应用最广泛的负极材料。但是，由于碳材料理论容量较低，并且目前碳材料实际发挥出的容量已接近碳材料的理论容量，尤其例如石墨(372mAh/g)，导致锂离子电池向高能量密度的发展受到了限制。随着负极材料技术的不断发展和进步，本领域技术人员发现硅材料的理论容量较高(4200mAh/g)，同时具备良好的循环性能，有助于解决碳材料理论容量较低无法进一步提高锂离子电池的能量密度的问题。但是，由于硅材料体积粉化较为严重，导致包含硅材料的负极片体积膨胀较为严重、循环衰减较快，硅材料性能无法得到有效发挥。
技术实现思路
本专利技术提供一种负极片及其制备方法，用于解决包含硅材料的负极片体积膨胀较为严重、循环衰减较快的问题。本专利技术第一方面提供了一种负极片，所述负极片包括集流体和N层活性层，所述活性层包括碳材料和硅材料，所述活性层的层数集合记为S＝{1,2,…,i-1,i,…,N}，N≥2，其中，第一层活性层指向第N层活性层的方向为逐渐远离所述集流体的方向；其中，第(i-1)层活性层中所述硅材料的质量大于第i层活性层中所述硅材料的质量，第(i-1)层活性层中所述碳材料的质量小于第i层活性层中所述碳材料质量。本专利技术第一方面提供了一种负极片，负极片包括集流体和N层活性层，N≥2，活性层中包括硅材料和碳材料，N层活性层依次涂布在集流体表面，并且N层活性层中，硅材料的质量从靠近集流体一侧向远离集流体一侧逐层递减，碳材料的质量从靠近集流体一侧向远离集流体一侧逐层递增。图1为本专利技术一实施例提供的负极片结构示意图，如图1所示，该负极片包括集流体和N层活性层，每层活性层中均包括硅材料和碳材料，并且第一层活性层中硅材料的质量大于第二层活性层中硅材料的质量，碳材料的质量小于第二层活性层中碳材料的质量，以此类推，使得最终负极片活性层中，第一层活性层中硅材料的质量最多，碳材料的质量最少，第N层活性层中，硅材料的质量最少，碳材料的质量最多。本专利技术提供的负极片，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，提高了负极片的能量密度；同时通过硅材料的质量逐层递减，碳材料的质量逐层递增的方式，有效防止了循环过程中负极片掉粉，降低了负极片的体积膨胀率，提高了负极片的循环性能，此外，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。为了进一步兼顾硅材料的负载量和负极片的体积膨胀率，在每层活性层中均包括硅材料和碳材料，且硅材料质量逐层递减的基础上，控制每层活性层中硅材料的质量为碳材料和硅材料总质量的10-90％，即第一层活性层中硅材料的质量不高于所述硅材料和碳材料总质量的90％，第N层活性层中硅材料的质量不低于所述硅材料和碳材料总质量的10％。为了弥补硅材料质量较高导致负极片导电性能不佳的问题，可在该负极片中添加导电材料，提高负极片的导电性能。具体地，在所述硅材料质量为所述硅材料和所述碳材料总质量50-90％的所述活性层上分别设置导电层。本专利技术通过在硅材料质量较高的活性层上添加导电层，使得靠近集流体的活性层的导电率亦与远离集流体的活性层导电率保持一致，从而提高了负极片的导电性能。图2为本专利技术另一实施例提供的负极片结构示意图，如图2所示，该负极片包括集流体，N层活性层以及导电层，由于靠近集流体一侧的i-1层活性层中硅材料的质量为所述硅材料和所述碳材料总质量的50-90％，因此在第1层活性层至第i-1层活性层上均设置一层导电层，第i层活性层中由于硅材料的质量低于碳材料和硅材料总质量的50％，因此，第i层至第N层活性层上不设置导电层。本专利技术通过在硅材料质量为碳材料和硅材料总质量50-90％的活性层上设置一层导电层，可有效弥补高质量硅材料导电性能不佳的问题，提高负极片的导电性能。为了兼顾负极片的导电性能和负极片的总厚度，所述导电层的厚度随所述活性层中硅材料质量的降低逐层递减，继续以图2为例，第一层活性层上设置的导电层厚度要高于第二层活性层上设置的导电层厚度，第二层活性层上设置的导电层厚度要高于第三层活性层上设置的导电层厚度，以此类推。在上述任一一种负极片结构的基础上，本专利技术还对负极片的厚度进行了进一步限定，具体地，所述负极片的厚度为10-500μm。当负极片由集流体和活性层组成时，集流体和N层活性层的总厚度为10-500μm。当负极片由集流体、活性层和导电层组成时，集流体、活性层和导电层的总厚度为10-500μm。其中，所述导电层的总厚度为0.01-5μm。在上述两种方案中，所述集流体的厚度为5-100μm。本领域技术人员在上述厚度范围内，可结合实际需要设置每层活性层和导电层的厚度，本专利技术在此不做进一步限制。此外，申请人对负极片中可使用的材料分别进行了测试，结果显示，本专利技术提供的负极片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，具体地：所述硅材料为纯纳米硅、结晶硅、非结晶硅、硅氧材料、硅碳材料中的一种或多种；所述碳材料为天然石墨、人造石墨、碳微球、软碳、硬碳、石墨烯材料中的一种或多种；所述导电层材料为石墨烯，单壁碳纳米管层等具有高导电性的碳层；所述集流体为铜箔。综上，本专利技术提供了一种负极片，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，提高了负极片的能量密度；同时通过硅材料的质量逐层递减，碳材料的质量逐层递增的方式，有效防止了循环过程中负极片掉粉，降低了负极片的体积膨胀率，提高了负极片的循环性能，此外，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。本专利技术第二方面提供了上述任一一种负极片的制备方法，包括如下步骤：在集流体表面依次涂布N层活性层浆料，得到所述负极片；其中，所述N层活性层浆料中层数的集合记为S＝{1,2,…,i-1,i,…,N}，N≥2，第(i-1)层活性层浆料中所述硅材料的质量大于第i层活性层浆料中所述硅材料的质量，第(i-1)层活性层浆料中所述碳材料的质量小于第i层活性层中浆料所述碳材料的质量。本专利技术还提供了一种负极片的制备方法，本领域技术人员可依据现有技术并结合实际需要配置硅材料和碳材料质量不同的活性层浆料，并将各活性层浆料依次涂布在集流体上，使得靠近集流体一侧的活性层向远离集流体一侧的活性层中硅材料的质量逐层递减，碳材料的质量逐层递增即可。在一种具体实施方式中，该制备方法可包括如下步骤：步骤1、称取一定质量的硅材料和碳材料，以及活性层浆料中所需的粘结剂、分散剂、导电剂以及增稠剂和水；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括集流体和N层活性层，所述活性层包括碳材料和硅材料，所述活性层的层数集合记为S＝{1,2,…,i-1,i,…,N}，N≥2，其中，第一层活性层指向第N层活性层的方向为逐渐远离所述集流体的方向；/n其中，第(i-1)层活性层中所述硅材料的质量大于第i层活性层中所述硅材料的质量，第(i-1)层活性层中所述碳材料的质量小于第i层活性层中所述碳材料质量。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其特征在于，所述负极片包括集流体和N层活性层，所述活性层包括碳材料和硅材料，所述活性层的层数集合记为S＝{1,2,…,i-1,i,…,N}，N≥2，其中，第一层活性层指向第N层活性层的方向为逐渐远离所述集流体的方向；
其中，第(i-1)层活性层中所述硅材料的质量大于第i层活性层中所述硅材料的质量，第(i-1)层活性层中所述碳材料的质量小于第i层活性层中所述碳材料质量。


2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，第一层活性层中硅材料的质量不高于所述硅材料和所述碳材料总质量的90％，第N层活性层中硅材料的质量不低于所述硅材料和所述碳材料总质量的10％。


3.根据权利要求1-2任一项所述的负极片，其特征在于，在所述硅材料质量为所述硅材料和所述碳材料总质量50-90％的所述活性层上分别设置导电层。


4.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述导电层的厚度随所述活性层中硅材料质量的降低逐层递减。


5.根据权利要求3或4所述的负极片，其特征在于，所述导电层的总厚度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：袁号，李素丽，赵伟，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44