一种负极片及锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种负极片及锂离子电池。本发明专利技术提供的负极片包括集流体以及至少设置在所述集流体一功能表面的活性层；其中，活性层包括设置在集流体功能面的第一活性层以及设置在第一活性层表面的第二活性层；第一活性层包括石墨和第一粘接剂，第二活性层包括掺硅石墨和第二粘接剂，第二粘接剂在第二活性层中的质量百分含量与第一粘接剂在第一活性层中的质量百分含量之比为(1.5‑5)：1。本发明专利技术通过活性层中粘接剂质量百分含量之比而差异化构建含硅负极片不同活性层的粘接力和内聚力，抑制硅材料的体积膨胀，实现负极片高能量密度、稳定的导电网络结构和循环稳定性以及使用该负极片的锂离子电池高体积容量、较小的体积膨胀以及优良的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极片及锂离子电池
本专利技术涉及一种负极片及锂离子电池，属于锂离子电池领域。
技术介绍
锂离子电池自商业化以来，经过30来年的发展，现已广泛应用于各个领域。在消费品电子领域，随着5G时代的来临，手机、笔记本电脑、蓝牙耳机以及各种智能穿戴设备等对锂离子电池的需求越来越大。此外，随着各国对环境污染问题的日益重视，各个国家对于清洁能源的需求越来越强烈，锂离子电池在清洁储能、电动汽车、电动工具等领域的需求也不断增大。伴随科学技术的快速发展，对锂离子电池的需求不仅体现在数量上，更是对锂离子电池的性能提出了更高的要求。不断提高锂离子电池能量密度，开发高能量密度的锂离子电池成为锂离子电池发展的必然趋势。就提高能量密度而言，提高锂离子电池负极活性物质的理论比容量是最有效的途径之一。硅材料理论比容量高达4200mAh/g，是现今商用锂离子电池石墨类负极理论比容量的11倍以上，短时间内被认为最有希望被商业化应用以提升锂离子电池能量密度的负极材料。然而，硅材料在充放电过程中体积变化可达300％，巨大的体积膨胀会造成硅颗粒产生裂纹，生成新的界面，导致形成新SEI膜消耗电解液，影响电池的性能。此外，在这种膨胀下，负极的导电网络容易遭到破坏，部分颗粒失去电接触，电池容量衰退加快。因此，如何抑制硅材料在充放电过程中的体积膨胀，提高含硅负极片的稳定性，是硅材料在锂离子电池负极应用上亟需解决的问题。现有技术中，抑制硅材料的体积膨胀常常采用改变硅材料的粒径、改变石墨质地、形态，实现碳和硅的最佳匹配，或者采用其他物质对硅进行包覆，促进膨胀后的复原等方法。很显然，针对材料微观形貌的设计改造的意味着负极片制作成本的大幅增加。
技术实现思路
本专利技术提供一种负极片，通过对负极片中含硅活性层和不含硅活性层中粘接剂质量百分含量比例的设计，抑制硅材料充放电过程中的体积膨胀，构造负极片更稳定的导电网络结构，在提高负极片能量密度的同时解决含硅材料在充放电过程中的体积膨胀导致的负极片性能衰退问题。本专利技术还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述负极片，因此该锂离子电池具有能量密度高、体积膨胀小、循环性能好的优点。本专利技术提供一种负极片，包括集流体以及至少设置在所述集流体一功能表面的活性层；所述活性层包括设置在所述集流体功能面的第一活性层以及设置在所述第一活性层表面的第二活性层，所述第一活性层包括石墨和第一粘接剂，所述第二活性层包括掺硅石墨和第二粘接剂；其中，所述第二粘接剂在所述第二活性层中的质量百分含量与所述第一粘接剂在所述第一活性层中的质量百分含量之比为(1.5-5)：1。如上所述的负极片，其中，所述第一粘接剂为丁苯橡胶和/或丁苯橡胶衍生物。如上所述的负极片，其中，所述第二粘接剂为聚丙烯酸和/或聚丙烯酸衍生物，所述聚丙烯酸和聚丙烯酸衍生物的分子量为200000-1000000且pH为6-8。如上所述的负极片，其中，所述第二粘接剂还包括丁苯橡胶和/或丁苯橡胶衍生物。如上所述的负极片，其中，所述第一活性层按照质量百分含量包括：石墨96-98.5％、第一导电剂0-1％、第一粘接剂0.8-1.5％，第一增稠剂0.7-1.5％，和/或，所述第二活性层按照质量百分含量包括：掺硅石墨92.5-97.8％、第二导电剂0.5-2％、第二粘接剂1.2-4％，第二增稠剂0.5-1.5％；其中，第一导电剂在第一活性层中的质量百分含量低于第二导电剂在第二膜层中的质量百分含量。如上所述的负极片，其中，所述第一活性层按照质量百分含量包括：石墨97-98.5％、第一粘接剂0.8-1.5％，第一增稠剂0.7-1.5％，其中，第一粘接剂为丁苯橡胶，第一增稠剂为羧甲基纤维素钠；所述第二活性层按照质量百分含量包括：掺硅石墨94.5-97％、导电炭黑0.45-1.2％、碳纳米管0.05-0.3％，第二粘接剂1.8-3％，第二增稠剂0.7-1.0％；其中，第二粘接剂包括聚丙烯酸和丁苯橡胶，且聚丙烯酸在所述第二活性层的质量百分含量为1.2-2％，丁苯橡胶在所述第二活性层的质量百分含量为0.6-1％，第二增稠剂为羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素锂。如上所述的负极片，其中，所述掺硅石墨中的硅含量为3-30％；所述掺硅石墨中的硅选自硅纳米材料、Si/C复合材料和SiOx中至少一种，其中0.5＞x＞2。如上所述的负极片，其中，所述石墨的平均粒径为10-15μm。如上所述的负极片，其中，所述第一活性层的面密度为2～7mg/cm2，和/或，所述第二活性层的面密度为2～5mg/cm2。本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述负极片。本专利技术的负极片包含硅材料以实现负极片高能量密度，同时，通过负极片中不同活性层中粘接剂质量百分含量的比例设计而差异化构建活性层与集流体功能面、活性层与活性层之间的粘接力，以及活性层内部物质颗粒间的内聚力，从而保证充放电过程对活性层以及活性层内各物质颗粒的束缚，抑制充放电过程中含硅活性层中硅材料的体积膨胀，构建负极片稳固的导电网络结构，使包括硅材料的负极片在实现高能量密度的同时具有更小的体积膨胀、在充放电循环中性能更加稳定。此外，本专利技术通过对负极活性层中质量百分含量较低、原料成本较低的粘接剂的用量进行设计，无需增购大型仪器设备，兼容现有生产流程，能够以较低的成本显著提高负极片的能量密度和循环稳定性能，便于在工业化生产实现大规模应用。本专利技术的锂离子电池，由于包含能量密度更高、体积膨胀更小、循环性能更加稳定的负极片，因而能够具有更高的能量密度、更小的体积膨胀、更优良的循环性能的优点，更加满足现今对锂离子电池性能的要求，具有极高的商业应用价值。附图说明图1为本专利技术负极片的示意图；图2为本专利技术负极片的又一示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术一方面提供一种负极片，该负极片包括集流体以及至少设置在所述集流体一功能表面的活性层；所述活性层包括设置在所述集流体功能面的第一活性层以及设置在所述第一活性层表面的第二活性层，所述第一活性层包括石墨和第一粘接剂，所述第二活性层包括掺硅石墨和第二粘接剂；其中，所述第二粘接剂在所述第二活性层中的质量百分含量与所述第一粘接剂在所述第一活性层中的质量百分含量之比为(1.5-5)：1。图1为本专利技术负极片一实施例的结构示意图。如图1所示，本专利技术的负极片包括集流体，设置在集流体一功能表面的第一活性层，以及设置在第一活性层表面的第二活性层。在具体操作时，可选择采用双模涂头挤压式涂布机，将形成第一活性层和第二活性层的二种浆料同时进行涂布而后进行干燥，在集流体功能表面的同侧形成双活性层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极片，其特征在于，包括集流体以及至少设置在所述集流体一功能表面的活性层；/n所述活性层包括设置在所述集流体功能面的第一活性层以及设置在所述第一活性层表面的第二活性层，所述第一活性层包括石墨和第一粘接剂，所述第二活性层包括掺硅石墨和第二粘接剂；/n其中，所述第二粘接剂在所述第二活性层中的质量百分含量与所述第一粘接剂在所述第一活性层中的质量百分含量之比为(1.5-5)：1。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极片，其特征在于，包括集流体以及至少设置在所述集流体一功能表面的活性层；
所述活性层包括设置在所述集流体功能面的第一活性层以及设置在所述第一活性层表面的第二活性层，所述第一活性层包括石墨和第一粘接剂，所述第二活性层包括掺硅石墨和第二粘接剂；
其中，所述第二粘接剂在所述第二活性层中的质量百分含量与所述第一粘接剂在所述第一活性层中的质量百分含量之比为(1.5-5)：1。


2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述第一粘接剂为丁苯橡胶和/或丁苯橡胶衍生物。


3.根据权利要求1或2所述的负极片，其特征在于，所述第二粘接剂为聚丙烯酸和/或聚丙烯酸衍生物，所述聚丙烯酸和聚丙烯酸衍生物的分子量为200000-1000000且pH为6-8。


4.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述第二粘接剂还包括丁苯橡胶和/或丁苯橡胶衍生物。


5.根据权利要求1-4任一项所述的负极片，其特征在于，所述第一活性层按照质量百分含量包括：石墨96-98.5％、第一导电剂0-1％、第一粘接剂0.8-1.5％，第一增稠剂0.7-1.5％，和/或，
所述第二活性层按照质量百分含量包括：掺硅石墨92.5-97.8％、第二导电剂0.5-2％、第二粘接剂1.2-4％，第二增稠剂0.5-1.5％；
其中，第一导电剂在第一活性层中的质量百分含量低于第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾佳，彭冲，贺伟，张保海，李俊义，
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