硅负极片及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种硅负极片及其制备方法和锂离子电池，所述硅负极片包括：集流体、依次层叠设置在集流体上的硅负极底涂层和硅负极活性材料层，所述集流体包括多孔铜箔，所述硅负极底涂层的原料包括：硅负极活性材料、导电剂、粘结剂以及分散剂，其中，所述导电剂包括单壁碳纳米管。本发明专利技术提供的硅负极片，可改善硅负极的循环膨胀问题，同时在不影响厚度的前提下，可有效提升硅负极体系的残液量，延缓硅负极体系在循环过程中电解液耗干的时间，提升循环寿命。环寿命。环寿命。

【技术实现步骤摘要】
硅负极片及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种硅负极片及其制备方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着5G时代的到来，聚合物锂离子电池的地位显得愈发重要，但目前对聚合物锂离子电池来说无论是能量密度，还是快充能力，都已经越来越接近极限，这就要求在技术上寻求新的突破，针对化学体系进行深刻创新。在聚合物锂离子电池量产体系中，石墨负极的能量密度越来越接近极限，硅负极体系得到大量开发，虽然硅负极的克容量远高于石墨，是目前能量密度提升的有效手段，但是硅负极体系在现今的应用过程中还存在诸多问题，其中最难解决的问题是硅负极的循环膨胀问题。
[0003]因此，优化硅负极片的结构及制备方法，改善硅负极的循环膨胀问题，是本领域技术人员亟待解决的重要问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种硅负极片，可改善硅负极片的循环膨胀问题。
[0005]本专利技术还提供一种硅负极片的制备方法，能够制得上述硅负极片，方法简单易操作。
[0006]本专利技术还提供一种锂离子电池，采用上述硅负极片制成，能降低硅负极片的循环膨胀，同时在不增加电芯厚度的前提下，提高电解液的保液量，提升电池的循环寿命。
[0007]本专利技术的一方面，提供一种硅负极片，包括：集流体、依次层叠设置在集流体上的硅负极底涂层和硅负极活性材料层，所述集流体包括多孔铜箔，所述硅负极底涂层的原料包括：硅负极活性材料、导电剂、粘结剂以及分散剂，其中，所述导电剂包括单壁碳纳米管。
[0008]具体来说，硅负极底涂层涂覆在集流体上，硅负极活性材料层涂布在所述硅负极底涂层上。
[0009]本专利技术通过向硅负极片中引入多孔铜箔与含单壁碳纳米管的硅负极底涂层，可以使硅负极底涂层中的硅材料颗粒进入到多孔铜箔的孔中，为其后期循环膨胀预留丰富的空间，缓解硅材料颗粒的膨胀带来的安全性等问题，同时，硅负极底涂层中的单壁碳纳米管可穿过孔道形成刚性的导电网络，对硅材料颗粒的膨胀起到进一步的抑制作用；并且将该硅负极片应用于电池时，可以在不增加电芯厚度的前提下，增加电池体系的保液量，提高其循环寿命；此外，在硅负极底涂层上设置硅负极活性材料层，二者协同配合，可保证硅负极片具有较高的能量密度；从而保证了本专利技术硅负极片的安全性和循环性等性能。
[0010]在本专利技术的一实施方式中，多孔铜箔的孔径范围可以为20-50μm，孔隙率可以为10-30％，该多孔铜箔利于导电剂形成导电网络，同时避免孔径太大造成漏料，利于进一步提升负极片的综合性能。
[0011]本专利技术中，集流体的两个表面均设有上述层叠设置的硅负极底涂层和硅负极活性
材料层，利于负极片具有较高的能量密度。
[0012]根据本专利技术的研究，在硅负极底涂层的原料中，硅负极活性材料的质量含量可以为40-60％，和/或，导电剂的质量含量可以为10-20％，和/或，粘结剂的质量含量可以为5-25％，和/或，分散剂的质量含量可以为0-25％。通过引入高导电剂和粘结剂含量的硅负极底涂层，涂覆在多孔铜箔上，形成刚性的导电网络和柔软的粘接网络，可进一步抑制硅颗粒的膨胀。
[0013]根据本专利技术的进一步研究，在硅负极底涂层的原料中，上述单壁碳纳米管的含量一般不低于1％，进一步不低于1.5％，比如可以是1.5-2.5％，通过添加较高含量的单壁碳纳米管，使得集流体两个表面的硅负极底涂层中的单壁碳纳米管通过孔道形成刚性导电网络，更好的抑制循环过程中硅负极活性层的膨胀。
[0014]在本专利技术的一实施方式中，单壁碳纳米管可以是直径为1.0-2.5nm，长度为2-15μm的单壁碳纳米管，能更好地支撑导电剂形成导电网络。
[0015]根据本专利技术的进一步研究，上述导电剂还可以包括炭黑，其中，炭黑和单壁碳纳米管的比例可以为9:1。
[0016]在本专利技术的一实施方式中，所用粘结剂可以是本领域常用粘结剂，例如可以是丁苯橡胶(SBR)和聚丙烯酸(PAA)中的至少一种。
[0017]在本专利技术的一实施方式中，所用分散剂可以是本领域常用的分散剂，例如可以是羧甲基纤维素(CMC)或羧甲基纤维素钠(CMC-Na)中的至少一种。
[0018]在本专利技术的一实施方式中，硅负极活性材料层的原料可以包括硅负极活性材料、石墨、导电剂、粘结剂以及分散剂。
[0019]在本专利技术的一实施方式中，上述石墨可以是高压实石墨，例如可以是压实密度在1.8mg/cm3以上的高压实石墨。
[0020]在本专利技术具体实施过程中，在所述硅负极底涂层的原料和所述硅负极活性材料层的原料中含有硅负极活性材料，所述硅负极活性材料包括硅氧材料和硅碳材料中的至少一种，例如可以是具有如下物性指标的硅氧材料和硅碳材料中的至少一种：粒径参数为D10:3.3-4.1μm，D50:6.0-7.0μm，D90:9.8-10.8μm，D99:13.6-14.6μm，比表面积:1.90-2.1m2/g，克容量:1200-1500mAh/g，利于硅颗粒形成上述导电网路，抑制硅负极的循环膨胀。
[0021]具体地，在硅负极活性材料层的原料中，硅负极活性材料与石墨的总质量含量可以为96.5％，其中，硅负极活性材料与石墨的质量比可以是92:8；导电剂的质量含量可以为0.5％，和/或，粘结剂的质量含量可以为2.5％，和/或，分散剂的质量含量可以为0.5％。
[0022]在本专利技术的一实施方式中，硅负极活性材料层所用导电剂可以是本领域常用导电剂，例如可以是炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。
[0023]为了进一步提高硅负极片的使用性能，在上述硅负极活性材料层上还可以涂布有石墨负极活性材料层，具体来说，硅负极底涂层涂覆在集流体上，硅负极活性材料层涂布在所述硅负极底涂层上、石墨负极活性材料层涂布在所硅负极活性材料层上。
[0024]上述石墨负极活性材料层的原料可以包括石墨、导电剂、粘结剂和分散剂；其中，石墨可以是快充石墨，具体可以是本领域常规支持2C以上充电的石墨，例如是支持2C、3C、5C、8C或10C以上充电的快充石墨中的至少一种；导电剂可以是本领域常用导电剂，例如可以是炭黑、碳纳米管、石墨烯中的至少一种。
[0025]具体地，在石墨负极活性材料层的原料中，石墨的含量可以为97.5wt％，导电剂的质量含量可以为0.5％，和/或，粘结剂的质量含量可以为1.5％，和/或，分散剂的质量含量可以为0.5％。
[0026]在本专利技术的具体实施方式中，硅负极活性材料层和石墨负极活性材料层所用粘结剂和分散剂均可以是本领域常用粘结剂和分散剂，例如可以是选自与上述硅负极底涂层同样的粘结剂和分散剂，本专利技术对此不做特别限制。
[0027]本专利技术的另一方面，提供一种硅负极片的制备方法，包括：将含有硅负极底涂层原料的浆料涂布在集流体上形成硅负极底涂层，得到多孔底涂集流体，再将含有硅负极活性材料层原料的浆料涂布在硅负极多孔底涂集流体上，形成硅负极活性材料层，得到硅负极片。
[0028]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅负极片，其特征在于，包括：集流体、依次层叠设置在集流体上的硅负极底涂层和硅负极活性材料层，所述集流体包括多孔铜箔，所述硅负极底涂层的原料包括：硅负极活性材料、导电剂、粘结剂以及分散剂，其中，所述导电剂包括单壁碳纳米管。2.根据权利要求1所述的硅负极片，其特征在于，所述多孔铜箔孔径范围为20-50μm，孔隙率为10-30％。3.根据权利要求1所述的硅负极片，其特征在于，在所述硅负极底涂层的原料中，所述硅负极活性材料的质量含量为40-60％，和/或，导电剂的质量含量为2-20％，和/或，粘结剂的质量含量为5-25％，和/或，分散剂的质量含量为0-25％。4.根据权利要求1或3所述的硅负极片，其特征在于，在所述硅负极底涂层的原料中，所述单壁碳纳米管的含量不低于1％。5.根据权利要求1或4所述的硅负极片，其特征在于，所述单壁碳纳米管的直径为1.0-2.5nm，长度为2-15μm。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈博，彭冲，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：