一种负极片、一种负极片的制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种负极片，包括负极活性物质，所述负极活性物质颗粒包括石墨基体以及包覆在所述石墨基体表面的纳米硅；所述负极活性物质的各颗粒排布取向一致且均与所述负极片厚度方向的夹角不大于30度。本发明专利技术还提供一种负极片的制备方法及锂离子电池。本发明专利技术提供的一种负极片、一种负极片的制备方法及锂离子电池，其产品均具有高比容量、循环性能好以及低膨胀性的特点。膨胀性的特点。膨胀性的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种负极片、一种负极片的制备方法及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电极材料
，具体涉及一种负极片、一种负极片的制备方法及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有比能量高、循环寿命长、安全性好以及环境友好性而被广泛应用于数码电子、储能以及电动车产品上。由于对于产品轻薄化需求，要求电池具有越来越高的能量密度。但是，由于石墨的克容量和压实已经达到极限，常规石墨体系电池的能量密度很难再得到大的提升。
[0003]为了获得更高的能量密度，业内普遍采用采用具有更高克容量的负极材料，如硅碳负极，锂金属负极等。由于锂金属负极的枝晶生长和死锂产生会带来较大的安全风险，因此硅碳负极被认为是最有可能率先商业化应用的材料。但是，硅碳负极的首效较低，充放电体积变化较大(即极片膨胀较大)。为了解决首效低的问题，通常采取材料预锂化或极片补锂工艺，虽然可以提升首效，但是依然无法解决膨胀问题。
[0004]因此，如何使得负极片具有高比容量和低膨胀性是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种负极片、一种负极片的制备方法及锂离子电池，其产品具有高比容量、循环性能好以及低膨胀性的特点。
[0006]一种负极片，包括负极活性物质，其特征在于，所述负极活性物质颗粒包括石墨基体以及包覆在石墨基体表面的纳米硅；
[0007]所述负极活性物质的各颗粒排布取向一致且均与所述负极片厚度方向的夹角不大于30度。
[0008]上述的负极片，优选地，所述纳米硅与所述负极活性物质的质量百分比为1～10％，所述纳米硅层的厚度为50nm～500nm，所述纳米硅的粒径为50～300nm。
[0009]上述的负极片，优选地，还包括导电剂和粘结剂。
[0010]上述的负极片，优选地，所述导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、导电石墨或碳黑中的至少一种。
[0011]上述的负极片，优选地，所述负极活性物质、所述导电剂与所述粘结剂的质量比为91～97：1～3：2～6。
[0012]上述的负极片，优选地，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、丁苯橡胶、聚丙烯腈以及聚丙烯酸中的至少一种。
[0013]上述的负极片，优选地，所述负极片的单面涂覆面密度为6～30mg/cm2。
[0014]一种上述的负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]A.准备基体：选择颗粒粒径为5～50um的石墨做基体；
[0016]B.制作负极活性物质：在石墨颗粒表面气相沉积纳米硅，沉积过程中采用硅烷做
硅源，保护气体为H2，气流速度为0.2～5L/min，沉积温度为800～1100℃，沉积时间为2～8h；
[0017]C.制作负极浆料：将制备的所述负极活性物质与导电剂和粘结剂混合，以去离子水为溶剂搅拌均匀，得到负极浆料；
[0018]D.涂覆：将所述负极浆料涂覆在铜箔上，涂覆的时候在涂布机上施加一个磁场强度在6000～20000高斯的磁场，使所述负极活性物质的各颗粒取向一致且与所述负极片厚度方向的夹角不大于30度。
[0019]上述的负极片的制备方法，优选地，所述步骤D中，所述负极浆料在铜箔上的涂覆面密度在6～30mg/cm2。
[0020]一种锂离子电池，其特征在于，包括上述任一所述的负极片。
[0021]本专利技术的有益效果：本专利技术提供的负极片，在石墨基体表面包覆了纳米硅，由于纳米硅的克容量高(＞3800mAh/g)，因此相比于其他类型的硅碳复合材料如石墨/SiOx、石墨/硅等，要做到相同克容量的硅碳复合材料，其所含有的硅要少得多。这样可以实现：(1)首次效率高，不用做预锂化即可实现高的能量密度。(2)所含有的硅较少，因此其本身的厚度膨胀较小，且厚度膨胀均匀。
[0022]另外，该负极片中负极活性材料的颗粒排布取向一致，与负极片厚度方向平行或接近平行(夹角≤30
°
)，这样就可以将石墨材料的膨胀从厚度方向变为接近水平方向，可以进一步降低电池的膨胀，缩短锂离子传输路径，从而提高其动力学性能。
[0023]本专利技术提供的负极片制备方法制备的负极片以及锂电池，具有与本专利技术提供的负极片相同的作用和效果。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例提供的负极活性物质颗粒的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例提供的负极活性物质颗粒排布取向示意图。
[0027]1－石墨基体，2－纳米硅，a－负极活性物质颗粒。
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0029]基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
[0030]如图1所示，本专利技术实施例提供一种负极片，包括负极活性物质，负极活性物质颗粒包括石墨基体1以及包覆在石墨基体1表面的纳米硅2；负极活性物质的各颗粒排布取向一致且均与负极片厚度方向的夹角不大于30度。
[0031]其中负极活性物质颗粒排布如图2所示，其中a表示负极活性物质颗粒。
[0032]本专利技术提供的负极片，在石墨基体1表面包覆了纳米硅2，由于纳米硅2的克容量高(＞3800mAh/g)，因此相比于其他类型的硅碳复合材料如石墨/SiOx、石墨/硅等，要做到相同克容量的硅碳复合材料，其所含有的硅要少得多。比如，要实现负极450mAh/g的容量，石墨混硅或者石墨混SiOx，需要的硅或SiOx的量为10％左右。这样可以带来两个好处。一是首次效率高，不用做预锂化即可实现高的能量密度。二是所含有的硅较少，因此其本身的厚度膨胀较小，且厚度膨胀均匀，不像石墨与硅或SiOx混合，在硅或SiOx中的膨胀比在石墨中的膨胀大很多，从而导致极片出现局部粉化掉料，导致电池容量快速衰减。
[0033]另外，该负极片中负极活性材料的颗粒排布取向一致，与负极片厚度方向平行或接近平行(夹角≤30
°
)，这样就可以将石墨材料的膨胀从厚度方向变为接近水平方向，可以进一步降低电池的膨胀，缩短锂离子传输路径，从而提高其动力学性能。
[0034]本专利技术实施例提供的负极片，作为优选方案，纳米硅2与负极活性物质的质量百分比为1～10％，纳米硅2层厚度为50nm～500nm，纳米硅2的粒径为50～300nm。
[0035]本专利技术实施例提供的负极片，作为优选方案，还包括导电剂和粘结剂。
[0036]本专利技术实施例提供的负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极片，包括负极活性物质，其特征在于，所述负极活性物质的颗粒包括石墨基体以及包覆在所述石墨基体表面的纳米硅；所述负极活性物质的各颗粒排布取向一致且均与所述负极片厚度方向的夹角不大于30度。2.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，所述纳米硅与所述负极活性物质的质量百分比为1～10％，所述纳米硅层的厚度为50nm～500nm，所述纳米硅的粒径为50～300nm。3.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，还包括导电剂和粘结剂。4.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述导电剂为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、导电石墨或碳黑中的至少一种。5.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述负极活性物质、所述导电剂与所述粘结剂的质量比为91～97：1～3：2～6。6.根据权利要求3所述的负极片，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、丁苯橡胶、聚丙烯腈以及聚丙烯酸中的至少一种。7.根据权利要求1所述的负极片，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐雄文，
申请(专利权)人：湖南立方新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：