一种负极片、制备方法和电池技术

本发明专利技术提供一种负极片、制备方法和电池，负极片包括：集流体；活性层，所述活性层设在所述集流体上，所述活性层包括表面包覆有离子交换层的硅颗粒；修饰层，所述修饰层设在所述活性层的远离所述集流体的一侧。在本发明专利技术的负极片中，通过离子交换层包覆硅颗粒，离子交换层具有良好的离子导电率，能够对硅颗粒进行改性，在硅颗粒表面包覆离子交换层有利于降低硅颗粒与电解液接触，从而降低界面副反应，能够抑制硅颗粒较大的体积膨胀，防止硅颗粒由于膨胀脱离集流体，修饰层可以提高负极片的抗拉强度，防止硅粉脱落，防止容量衰减，提高充放电效率，提高负极片循环性能及使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种负极片、制备方法和电池
本专利技术涉及电池
，具体涉及一种负极片、制备方法和电池。
技术介绍
锂离子电池作为高效轻质便携的储能装置广泛应用于电子设备、电器、电动汽车等领域。硅作为负极材料在充放电循环过程中较大的体积膨胀限制了硅负极使用的含量。硅负极体积膨胀的根源在于硅在充放电过程中不断形成新的SEI层，旧的SEI层不断破裂，造成了硅粉化严重，从而导致了硅负极材料较大的体积膨胀，纳米硅由于膨胀导致脱离集流体，进一步导致容量衰减，由于纳米硅导电性较差，导致纳米硅充放电效率低下，使得极片循环性能及寿命降低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种负极片、制备方法和电池，用以解决硅负极材料体积膨胀大，易脱离集流体，导致容量衰减，充放电效率低下，负极片循环性能及寿命低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，根据本专利技术实施例的负极片，包括：集流体；活性层，所述活性层设在所述集流体上，所述活性层包括表面包覆有离子交换层的硅颗粒；修饰层，所述修饰层设在所述活性层的远离所述集流体的一侧。其中，所述硅颗粒的粒径为10nm-1000nm。其中，所述离子交换层的厚度为1nm-10μm；和/或所述修饰层的厚度为1nm-10μm。其中，所述活性层中的硅颗粒占活性层质量分数的20％-90％，所述活性层中的离子交换层占活性层质量分数的1％-50％。其中，所述离子交换层为全氟磺酸树脂层；和/或所述修饰层为全氟磺酸树脂层。其中，所述活性层还包括导电剂。其中，所述活性层还包括粘结剂、分散剂或增稠剂中的至少一种。其中，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯亚胺、聚苯胺、聚丙烯酸、海藻酸钠、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、酚醛树脂或环氧树脂中的一种或多种；和/或所述分散剂包括聚丙烯、十六烷基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠或硅烷偶联剂、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中一种或多种；和/或所述增稠剂包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠中的至少一种。第二方面，根据本专利技术实施例的负极片的制备方法，包括：提供集流体；在所述集流体上形成活性层，所述活性层中包括表面包覆有离子交换层的硅颗粒；在所述活性层的远离所述集流体的一侧形成修饰层，得到负极片。第三方面，根据本专利技术实施例的电池包括上述实施例中所述的负极片。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：根据本专利技术实施例的负极片，所述活性层设在所述集流体上，所述活性层包括表面包覆有离子交换层的硅颗粒，所述修饰层设在所述活性层的远离所述集流体的一侧。在本专利技术的负极片中，通过离子交换层包覆硅颗粒，离子交换层具有良好的离子导电率，能够对硅颗粒进行改性，在硅颗粒表面包覆离子交换层有利于降低硅颗粒与电解液接触，从而降低界面副反应，能够抑制硅颗粒较大的体积膨胀，防止硅颗粒由于膨胀脱离集流体，修饰层可以提高负极片的抗拉强度，防止硅粉脱落，防止容量衰减，提高充放电效率，提高负极片循环性能及使用寿命。附图说明图1为本专利技术实施例的负极片的一个结构示意图。附图标记集流体10；硅颗粒21；离子交换层22；修饰层30。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面具体描述根据本专利技术实施例的负极片。如图1所示，根据本专利技术实施例的负极片包括集流体10、活性层和修饰层30，其中，活性层设在集流体10上，活性层包括表面包覆有离子交换层22的硅颗粒21，修饰层30设在活性层的远离集流体10的一侧。也就是说，负极片主要由集流体10、活性层和修饰层30构成，其中，集流体10可以为铜箔，集流体10可以为6μm厚的铜箔，活性层可以设在集流体10的一侧表面上，活性层包括表面包覆有离子交换层22的硅颗粒21，活性层中的硅颗粒21可以均匀分散，离子交换层22可以具有良好的离子导电率，离子交换层22可以交换阳离子，比如离子交换层22可以交换氢离子、锂离子、钠离子和钾离子等，离子交换层22可以为聚合物层，离子交换层22还可以具有一定的弹性，通过离子交换层22包覆硅颗粒21能够抑制硅颗粒21的膨胀，修饰层30可以设在活性层的远离集流体10的一侧，修饰层30可以为均匀膜层，有效防止极片膨胀，可以为具有高拉伸强度的膜层，修饰层30可以进一步提高负极片的抗拉强度，防止硅粉脱落。在本专利技术的负极片中，通过离子交换层包覆硅颗粒，离子交换层具有良好的离子导电率，能够对硅颗粒进行改性，在硅颗粒表面包覆离子交换层有利于降低硅颗粒与电解液接触，从而降低界面副反应，能够抑制硅颗粒较大的体积膨胀，防止硅颗粒由于膨胀脱离集流体，修饰层可以提高负极片的抗拉强度，防止硅粉脱落，防止容量衰减，提高充放电效率，提高负极片循环性能及使用寿命。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，有利于降低制备成本和大规模生产，有利于商业化发展。在本专利技术的一些实施例中，硅颗粒21的粒径可以为10nm-1000nm。在本专利技术的另一些实施例中，离子交换层22的厚度可以为1nm-10μm，比如离子交换层22的厚度可以为1nm或10μm；和/或，修饰层30的厚度可以为1nm-10μm，比如修饰层30的厚度可以为1nm或10μm，具体厚度可以根据实际需要选择。负极片的厚度可以为10μm-500μm，集流体10的厚度可以为1μm-50μm，本领域技术人员在上述厚度范围内，可结合实际需要设置活性层和集流体的厚度。在本专利技术的实施例中，活性层中的硅颗粒21占活性层质量分数的20％-90％，活性层中的离子交换层22占活性层质量分数的1％-50％，比如，活性层中的硅颗粒21占活性层质量分数的90％，活性层中的离子交换层22占活性层质量分数的6％；活性层中的硅颗粒21占活性层质量分数的20％，活性层中的离子交换层22占活性层质量分数的1％，具体含量可以根据需要选择。在活性层中可以根据需要添加导电剂、粘结剂、分散剂或增稠剂中的一种，具体的含量可以合理选择。粘结剂含量可以为活性层质量的0.1％-10％。在本专利技术的一些实施例中，离子交换层22可以为全氟磺酸树脂(Nafion)层；和/或，修饰层30可以为全氟磺酸树脂层。全氟磺酸树脂层可以交换离子，比如锂离子，全氟磺酸树脂层具有一定的弹性，可以缓冲硅颗粒的膨胀，防止硅颗粒粉化脱落，全氟磺酸树脂层还具有粘结作用以使硅颗粒粘接在一起，增强了纳米硅颗粒之间的连接，防止粉化脱落，提高了极片的韧性，从而使极片不易断裂。可选地，活性层还可以包括导电剂，导电剂可以包括碳纳米管(CNTs)、碳纤维(VG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极片，其特征在于，包括：/n集流体；/n活性层，所述活性层设在所述集流体上，所述活性层包括表面包覆有离子交换层的硅颗粒；/n修饰层，所述修饰层设在所述活性层的远离所述集流体的一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其特征在于，包括：
集流体；
活性层，所述活性层设在所述集流体上，所述活性层包括表面包覆有离子交换层的硅颗粒；
修饰层，所述修饰层设在所述活性层的远离所述集流体的一侧。


2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述硅颗粒的粒径为10nm-1000nm。


3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述离子交换层的厚度为1nm-10μm；和/或
所述修饰层的厚度为1nm-10μm。


4.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述活性层中的硅颗粒占活性层质量分数的20％-90％，所述活性层中的离子交换层占活性层质量分数的1％-50％。


5.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述离子交换层为全氟磺酸树脂层；和/或
所述修饰层为全氟磺酸树脂层。


6.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述活性层还包括导电剂。

【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