一种掺硅负极片及包括该负极片的锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种掺硅负极片及包括该负极片的锂离子电池。本发明专利技术通过双层涂布设备，在负极集流体表面分别涂覆两层碳纳米管长径比不同的掺硅负极浆料，制备得到两层碳纳米管长径比不同的掺硅负极活性物质层；其中，紧贴负极集流体的第一负极活性物质层使用的碳纳米管的长径比大于远离负极集流体的第二负极活性物质层使用的碳纳米管的长径比。与已公开的单层涂布的掺硅负极的锂离子电池相比，本发明专利技术的锂离子电池能够在不损失能量密度的前提下，大幅度提升掺硅负极的锂离子电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种掺硅负极片及包括该负极片的锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种掺硅负极片及包括该负极片的锂离子电池。
技术介绍
随着人们对手机、笔记本电脑等电子产品的性能要求逐步提高，锂离子电池的快速发展显得尤为重要。为了提高锂离子电池的能量密度，在负极材料中使用硅基材料是行业的发展趋势之一。但硅基材料的导电能力较差，严重影响了由掺硅负极片组装的电池的循环性能。
技术实现思路
研究发现，为了提高电芯的能量密度，使用高克容量的硅基材料与石墨掺混作为负极活性物质是一种有效的解决方法。但硅基材料的导电能力差，为了在硅基材料与石墨颗粒之间搭建良好的导电网络，本专利技术通过添加一维线状导电剂如碳纳米管的方式进一步提高掺硅负极的导电性，进而改善锂离子电池的循环性能。本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种负极片，所述负极片包括负极集流体、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层，所述第一负极活性物质层设置在负极集流体的第一表面，所述第二负极活性物质层设置在第一负极活性物质层表面；所述第一负极活性物质层包括第一负极活性物质和第一导电剂；所述第一负极活性物质包括第一石墨和第一硅基材料，所述第一导电剂包括第一导电炭黑和第一碳纳米管；所述第二负极活性物质层包括第二负极活性物质和第二导电剂；所述第二负极活性物质包括第二石墨和第二硅基材料，所述第二导电剂包括第二导电炭黑和第二碳纳米管；其中，所述第一碳纳米管的长径比大于所述第二碳纳米管的长径比，所述第一碳纳米管的比表面积大于所述第二碳纳米管的比表面积。根据本专利技术，9000≥a≥4000，5000≥b≥1000，且a>b，其中，a为所述第一碳纳米管的长径比；b为所述第二碳纳米管的长径比。根据本专利技术，830m2/g≥p≥450m2/g，500m2/g≥q≥270m2/g，且p>q，其中，p为所述第一碳纳米管的比表面积；q为所述第二碳纳米管的比表面积。本专利技术中，所述碳纳米管的长径比是指碳纳米管的长度(单位μm)与碳纳米管的直径(单位μm)的比值，所述碳纳米管的长径比越大，管越细长，其电阻率越小，同时也越有利于形成良好的导电网络；所述第一碳纳米管的长径比和比表面积更大，这样设置可以增加第一石墨和第一硅基材料颗粒之间的接触点，形成更好的导电网络，同时，由于第一负极活性物质层紧贴负极集流体，良好的导电通路更有利于电子在负极集流体和负极活性物质间的传导；所述第二碳纳米管的碳纳米管的长径比和比表面积较小，这样设置可以减少第二负极活性物质层中碳纳米管与电解液间的副反应，使得制备得到的所述负极片组装的锂离子电池的循环性能较单层活性物质层的同比例硅掺混量的负极片组装的电锂离子池更好。根据本专利技术，所述第一石墨和第一硅基材料的质量比为(90-99):(1-10)，例如为90:10、91:9、92:8、93:7、94:6、95:5、96:4、97:3、98:2或99:1。根据本专利技术，所述第二石墨和第二硅基材料的质量比为(90-99):(1-10)，例如为90:10、91:9、92:8、93:7、94:6、95:5、96:4、97:3、98:2或99:1。优选地，所述第一石墨和第一硅基材料的质量比等于所述第二石墨和第二硅基材料的质量比。根据本专利技术，所述第一硅基材料和第二硅基材料相同或不同，彼此独立地选自硅氧材料、硅碳材料、纳米硅材料中的至少一种。所述硅氧材料、硅碳材料、纳米硅材料均为本领域锂离子电池负极片中常用的材料。根据本专利技术，所述第一硅基材料的中值粒径D50为1～7μm。所述第二硅基材料的中值粒径D50为1～7μm。根据本专利技术，所述第一石墨的中值粒径D50为11～18μm。所述第二石墨的中值粒径D50为11～18μm。根据本专利技术，所述第一负极活性物质占第一负极活性物质层总质量的90.0-98.9wt％。根据本专利技术，所述第二负极活性物质占第二负极活性物质层总质量的90.0-98.9wt％。根据本专利技术，所述第一导电剂占第一负极活性物质层总质量的0.1-3wt％。根据本专利技术，所述第二导电剂占第二负极活性物质层总质量的0.1-3wt％。根据本专利技术，所述第一导电剂中第一导电炭黑的质量百分含量为m，第一碳纳米管的质量百分含量为n，其中，1wt％≥n>0wt％，2wt％≥m>0wt％，且m>n。根据本专利技术，所述第二导电剂中第二导电炭黑的质量百分含量为m’，第二碳纳米管的质量百分含量为n’，其中，1wt％≥n’>0wt％，2wt％≥m’>0wt％，且m’>n’。示例性地，m＝0.4wt％，n＝0.1wt％；m＝0.8wt％，n＝0.4wt％；m＝1.6wt％，n＝0.8wt％；或，m＝2wt％，n＝1wt％。示例性地，m’＝0.4wt％，n’＝0.1wt％；m’＝0.8wt％，n’＝0.4wt％；m’＝1.6wt％，n’＝0.8wt％；或，m’＝2wt％，n’＝1wt％。优选地，所述第一导电剂中第一导电炭黑和第一碳纳米管的质量比等于所述第二导电剂中第二导电炭黑和第二碳纳米管的质量比。根据本专利技术，所述第一负极活性物质层中还包括第一粘结剂和第一分散剂，所述第二负极活性物质层中还包括第二粘结剂和第二分散剂。根据本专利技术，所述第一粘结剂和第二粘结剂相同或不同，独立地选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸、聚氨酯、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-氟化烯烃的共聚物中的至少一种。根据本专利技术，所述第一分散剂和第二分散剂相同或不同，独立地选自羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、羧甲基纤维素锂(CMC-Li)中的至少一种。根据本专利技术，所述第一负极活性物质层包括如下质量分数的各组分：90.0-98.9wt％的第一负极活性物质，0.1-3wt％的第一导电剂，0.5-5wt％的第一粘结剂，0.5-2wt％的第一分散剂。根据本专利技术，所述第二负极活性物质层包括如下质量分数的各组分：90.0-98.9wt％的第二负极活性物质，0.1-3wt％的第二导电剂，0.5-5wt％的第二粘结剂，0.5-2wt％的第二分散剂。根据本专利技术，所述第一负极活性物质层和所述第二负极活性物质层的厚度比为(1:9):(9:1)。通过调整双层涂布的负极活性物质层的厚度比，可以调整硅基材料在整个负极活性物质层中的掺混比例。示例性地，当双层涂布的负极活性物质层的厚度比为5:5时，所述第一负极活性物质层中硅基材料在第一负极活性物质层中的掺混量为3％、5％、10％，所述第二负极活性物质层中硅基材料在第二负极活性物质层中的掺混量也分别为3％、5％、10％，则硅基材料在整个负极活性物质层中的掺混量也分别为3％、5％、10％。根据本专利技术，所述第一负极活性物质层的厚度为20-180μm。根据本专利技术，所述第二负极活性物质层的厚度为20-180μm。本专利技术还提供上述负极片的制备方法，所述方法包括如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极片，其中，所述负极片包括负极集流体、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层，所述第一负极活性物质层设置在负极集流体的第一表面，所述第二负极活性物质层设置在第一负极活性物质层表面；/n所述第一负极活性物质层包括第一负极活性物质和第一导电剂；所述第一负极活性物质包括第一石墨和第一硅基材料，所述第一导电剂包括第一导电炭黑和第一碳纳米管；/n所述第二负极活性物质层包括第二负极活性物质和第二导电剂；所述第二负极活性物质包括第二石墨和第二硅基材料，所述第二导电剂包括第二导电炭黑和第二碳纳米管；/n其中，所述第一碳纳米管的长径比大于所述第二碳纳米管的长径比，所述第一碳纳米管的比表面积大于所述第二碳纳米管的比表面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其中，所述负极片包括负极集流体、第一负极活性物质层和第二负极活性物质层，所述第一负极活性物质层设置在负极集流体的第一表面，所述第二负极活性物质层设置在第一负极活性物质层表面；
所述第一负极活性物质层包括第一负极活性物质和第一导电剂；所述第一负极活性物质包括第一石墨和第一硅基材料，所述第一导电剂包括第一导电炭黑和第一碳纳米管；
所述第二负极活性物质层包括第二负极活性物质和第二导电剂；所述第二负极活性物质包括第二石墨和第二硅基材料，所述第二导电剂包括第二导电炭黑和第二碳纳米管；
其中，所述第一碳纳米管的长径比大于所述第二碳纳米管的长径比，所述第一碳纳米管的比表面积大于所述第二碳纳米管的比表面积。


2.根据权利要求1所述的负极片，其中，9000≥a≥4000，5000≥b≥1000，且a>b，其中，a为所述第一碳纳米管的长径比；b为所述第二碳纳米管的长径比。


3.根据权利要求1或2所述的负极片，其中，830m2/g≥p≥450m2/g，500m2/g≥q≥270m2/g，且p>q，其中，p为所述第一碳纳米管的比表面积；q为所述第二碳纳米管的比表面积。


4.根据权利要求1-3任一项所述的负极片，其中，所述第一石墨和第一硅基材料的质量比为(90-99):(1-10)；和/或，
所述第二石墨和第二硅基材料的质量比为(90-99):(1-10)；和/或，
所述第一石墨和第一硅基材料的质量比等于所述第二石墨和第二硅基材料的质量比。


5.根据权利要求1-4任一项所述的负极片，其中，所述第一硅基材料的中值粒径D50为1～7μm；所述第二硅基材料的中值粒径D50为1～7μm；和/或，
所述第一石墨的中值粒径D50为11～18μm；所述第二石墨的中值粒径D50为11～18μm。


6.根据权利要求1-5任一项所述的负极片，其中，所述第一负极活性物质占第一负极活性物质层总质量的90.0-...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋博，彭冲，余正发，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