硅基负极、包括该硅基负极的锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了硅基负极、包括该硅基负极的锂离子电池及其制备方法。所述硅基负极包含集流体和集流体上的硅基负极材料涂层，所述硅基负极材料涂层包含硅基负极材料、导电剂和粘结剂，其中所述粘结剂为改性的聚酰亚胺，所述改性的聚酰亚胺是在将硅基负极材料涂层原料施加至集流体后通过热处理由硅基负极材料涂层原料中作为粘结剂前驱体的含有聚硅氧烷类软段结构和/或聚醚类软段结构的聚酰胺酸转化形成。由于软段结构的存在，使得最终形成的聚酰亚胺具有更大的断裂伸长率，并且其使得在硅颗粒在嵌锂/脱锂时所致的膨胀/收缩循环过程中维持良好的极片粘结状态以及与集流体之间良好的电接触状态。好的电接触状态。好的电接触状态。

【技术实现步骤摘要】
硅基负极、包括该硅基负极的锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，更特别地涉及硅基负极、包括该硅基负极的锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]硅基负极具有高达4200mAh/g的理论克容量，目前已被研究二十余年。然而，由于硅基负极材料具有许多明显的本征缺陷，所以硅基负极材料一直没有能够真正实现产业化应用。在电池充放电循环过程中，硅基负极材料在嵌锂过程中形成锂-硅合金，完全嵌锂时体积将有3-4倍的体积膨胀，而在脱锂时又出现体积收缩。这样反复的膨胀-收缩导致了硅颗粒的破碎、粉化，硅基负极极片严重开裂，并且硅颗粒表面的SEI膜破裂，与集流体之间的电接触变差，电池容量因此快速衰减。
[0003]锂离子电池所使用的现有粘结剂包括聚偏二氟乙烯(PVDF)或羧甲基纤维素(CMC)+丁苯橡胶乳液(SBR)。这些粘结剂无法适用于硅基负极材料，因为在电池多次循环后极片将出现严重开裂现象。此外，文献还报道了多种水性粘结剂，例如聚丙烯酸(PAA)基及其与聚乙烯醇(PVA)、聚苯胺(PANI)等复合粘结剂、海藻酸盐(Alg)粘结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极，其包含集流体和集流体上的硅基负极材料涂层，所述硅基负极材料涂层包含硅基负极材料、导电剂和粘结剂，其中所述粘结剂为改性的聚酰亚胺，所述改性的聚酰亚胺是在将硅基负极材料涂层原料施加至集流体后通过热处理由硅基负极材料涂层原料中作为粘结剂前驱体的含有聚硅氧烷类软段结构和/或聚醚类软段结构的聚酰胺酸转化形成。2.根据权利要求1所述的硅基负极，其中所述含有聚硅氧烷类软段结构和/或聚醚类软段结构的聚酰胺酸通过含有聚硅氧烷类软段结构的二胺单体和/或含有聚醚类软段结构的二胺单体与四酸二酐单体缩聚反应而形成；或者其中所述含有聚硅氧烷类软段结构和/或聚醚类软段结构的聚酰胺酸通过(1)不含有聚硅氧烷类软段结构和/或聚醚类软段结构的二胺单体和(2)含有聚硅氧烷类软段结构的二胺单体和/或含有聚醚类软段结构的二胺单体与四酸二酐单体缩聚反应而形成。3.根据权利要求2所述的硅基负极，其中所述含有聚硅氧烷类软段结构的二胺单体为选自以下单体中的一种或多种：氨丙基封端聚二甲基硅氧烷、氨乙基封端聚二甲基硅氧烷、氨丙基封端聚甲基苯基硅氧烷和氨乙基封端聚甲基苯基硅氧烷；并且所述含有聚醚类软段结构的二胺单体为聚醚胺。4.根据权利要求2所述的硅基负极，其中所述四酸二酐单体为选自以下单体中的一种或多种：3,3
′
4,4
′-
四甲酸联苯二酐(BPDA)、3,3
′
4,4
′-
二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)和双酚A型二酐(BPADA)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的硅基负极，其中所述粘结剂为交联状态的改性的聚酰亚胺，所述交联状态的改性的聚酰亚胺是在将硅基负极材料涂层原料施加至集流体后通过热处理并且随后采用二胺类交联剂化学交联由硅基负极材料涂层原料中作为粘结剂前驱体的含有聚硅氧烷类软段结构和/或聚醚类软段结构的聚酰胺酸转化形成。6.根据权利要求5所述的硅基负极，其中用于所述化学交联的二胺类交联剂为选自以下交联剂中的一种或多种：乙二胺、己二胺、1,4-丁二胺、丙二胺和4,4
′-
联苯二胺。7.根据权利要求1-4中任一项所述的硅基负极，其中所述硅基负极材料、导电剂和粘结剂前驱体的重量比例满足以下比例关系：硅基负极材料：导电剂：粘结剂前驱体＝78-90：5-15：6-15，其中粘结剂前驱体重量按100％固体计。8.根据权利要求1-4中任一项所述的硅基负极，其中所述导电剂选自碳纳米管、纳米碳纤维、Super P炭黑中的一种或多种。9.根据权利要求1-4中任一项所述的硅基负极，其中所述集流体为铜箔、铜网或其组合。10.一种硅基负极的制备方法，其包括以下步骤：1)在氮气或惰性气体保护的反应器中先后加...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻维杰，李福生，张锡强，赵常，代学志，詹勇军，
申请(专利权)人：拓米成都应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：