硅基负极片及其制备方法、锂离子电池和电子设备技术

本发明专利技术提供一种硅基负极片及其制备方法、锂离子电池和电子设备，其中硅基负极片包括：负极集流体；和设置于所述负极集流体至少一侧的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括：硅基负极活性材料、粘结剂和导电剂；其中，所述粘结剂选自聚丙烯酰胺、β

【技术实现步骤摘要】
硅基负极片及其制备方法、锂离子电池和电子设备


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种硅基负极片及其制备方法、锂离子电池和电子设备。

技术介绍

[0002]锂离子电池负极材料作为锂离子的嵌入客体，其性能的好坏直接决定了锂电池的电化学性能。由于石墨材料的资源丰富，价格低廉，所以传统负极一般采用石墨材料，但是石墨负极的低的理论比容量严重限制了其发展。Si 因具有较高的理论容量（3579mAh/g Li
22
Si5），低的工作电压（0.4V vs Li/Li
+
），资源的丰富性和环境友好性等优势在众多的负极材料中脱颖而出。此外，半导体工业正迈向成熟阶段，这有利于降低加工Si的成本。
[0003]然而在初始锂化过程中，由于结晶硅的相变导致严重的体积膨胀，而在去锂化过程中，Si的体积会发生收缩，在一次充放电过程中，Si电极在锂化/脱锂过程中都会经历约300％的体积变化，如此巨大的体积波动会在循环过程中导致Si颗粒的自粉碎和破裂，并且会导致颗粒分离失去电化学接触。以上这个致命的问题会导致短时间内可逆容量急剧下降。此外，在Si负极表面形成的不稳定的固体电解质中间相（SEI）导致锂离子电池的库仑效率（CE）和循环稳定性大打折扣，即随着电化学循环过程中Si负极体积的巨大变化，使新电极表面暴露于电解质中，从而导致新SEI的连续生长这不仅消耗大量的电解质和Li
+
，而且增加了Li
+
扩散的距离，从而导致较低的CE和材料降解。
[0004]为了解决上述问题，本领域技术人员提出了各种方法，例如对Si负极活性材料结构的设计、以及开发适用于硅基负极材料的粘结剂等。其中Si负极活性材料结构的设计具有不错的进展，但是由于制备方法复杂，难以工业化量产，因此开发能适应Si颗粒体积变化且具有良好粘结性的粘结剂是本领域研究的重点。
[0005]专利CN107959027A公开了一种锂离子电池硅基负极粘结剂及含有该粘结剂的负极片的制备方法，该粘结剂由以下方法制备得到：将氧化石墨超声分散于水中，得到浓度0.5
‑
5mg/mL的氧化石墨烯（GO）的水分散液，再加入改性SBR粘结剂，GO与改性SBR粘结剂的质量比为1:10
‑
1:50，搅拌后即得到锂离子电池硅基负极粘结剂（GO/改性SBR）。虽然该粘结剂具有较好的导电性，但是与Si基的作用力较弱，在Si基锂化/脱锂过程中易于与粘结剂脱离，导致循环性能降低。
[0006]专利CN 109722190A公开了一种锂电池硅基负极粘结剂的制备方法及其粘接剂，首先采用碘转移活性自由基细乳液聚合制备聚丙烯酸酯种子乳液，再加入苯乙烯单体继续聚合，最后得到嵌段共聚物在碱性条件下部分水解得到聚乙烯
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聚丙烯酸酯
‑
聚丙烯酸
‑
聚苯乙烯嵌段共聚物粘结剂。虽然该粘结剂粘结性较好，但是该嵌段共聚物刚性较大，并不能有效控制Si基材料体积变化产生的应力，导致循环性能降低。
[0007]由此，需要开发一种具有良好粘结性且能适应Si基活性材料体积变化的粘结剂用于制备硅基负极片。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种硅基负极片及其制备方法、锂离子电池和电子设备，该硅基负极片可以有效提升锂离子电池的循环性能和倍率性能。
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种硅基负极片，其特征在于，包括：负极集流体；和设置于所述负极集流体至少一侧的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括：硅基负极活性材料、粘结剂和导电剂；其中，所述粘结剂选自聚丙烯酰胺、β
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环糊精、改性β
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环糊精、聚多巴胺其中一种或几种；所述改性β
‑
环糊精为通过使用含氟丙烯酸酯类化合物改性β
‑
环糊精得到。
[0010]本专利技术的技术方案中，通过使用适用于硅基负极活性材料的粘结剂，增强了硅基负极活性材料、粘结剂以及集流体之间的相互作用，粘结剂中各成分组成的交联网络结构能够有效减轻由硅膨胀引起的机械应力，同时粘结剂形成的交联网络机构以及粘结剂与硅基负极活性材料通过大量的氢键连接，因此具有很好的自修复作用，因此能保证通畅的电/离子导电路径，从而使该硅基负极片可以有效提升锂离子电池的循环性能和倍率性能。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂为质量比为1：0.5~3：0.01~0.1的聚丙烯酰胺、改性β
‑
环糊精和多巴胺的混合物。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述改性β
‑
环糊精的制备方法，包括以下步骤：S1将β
‑
环糊精溶解于水中得到β
‑
环糊精水溶液；S2向所述β
‑
环糊精水溶液中分别加入过硫酸钾、丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯类化合物以及过氧化(二)丙酰，反应得到改性β
‑
环糊精。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述S2具体包括：S21向所述β
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环糊精水溶液中加入过硫酸钾进行反应得到活化β
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环糊精水溶液；S22向所述活化β
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环糊精水溶液中加入丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯类化合物进行反应得到预反应混合液；S23向所述预反应混合液中加入过氧化(二)丙酰反应、干燥得到改性β
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环糊精。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述硅基负极活性材料为纳米硅粉、硅氧化物、硅
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碳复合物、硅
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锂合金中的一种或几种。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述导电剂选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的一种或几种。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述负极活性材料层以质量百分比计包括：40%~80%硅基负极活性材料、10%~30%粘结剂和10%~30%导电剂。
[0017]第二方面，本专利技术提供了一种硅基负极片的制备方法，包括以下步骤：将如第一方面任一实施例所述的硅基负极片中硅基负极活性材料、粘结剂、导电剂在溶剂中混合得到负极浆料；将所述负极浆料涂覆于负极集流体上得到硅基负极片。
[0018]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括：如第一方面任一实施例所述的硅基负极片或第二方面任一实施例所述的制备方法得到的硅基负极片。
[0019]第四方面，本专利技术提供了一种电子设备，其特征在于，包括：如第三方面任一实施例所述的锂离子电池。
具体实施方式
[0020]本说明书中各实施例或实施方案采用递进的方案描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0021]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施方式或示例中。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极片，其特征在于，包括：负极集流体；和设置于所述负极集流体至少一侧的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括：硅基负极活性材料、粘结剂和导电剂；其中，所述粘结剂选自聚丙烯酰胺、β
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环糊精、改性β
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环糊精、聚多巴胺其中一种或几种；所述改性β
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环糊精为通过使用含氟丙烯酸酯类化合物改性β
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环糊精得到。2.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述粘结剂为质量比为1：0.5~3：0.01~0.1的聚丙烯酰胺、改性β
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环糊精和多巴胺的混合物。3.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述改性β
‑
环糊精的制备方法，包括以下步骤：S1将β
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环糊精溶解于水中得到β
‑
环糊精水溶液；S2向所述β
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环糊精水溶液中分别加入过硫酸钾、丙烯酸酯、含氟丙烯酸酯类化合物以及过氧化(二)丙酰，反应得到改性β
‑
环糊精。4.根据权利要求3所述的硅基负极片，其特征在于，所述S2具体包括：S21向所述β
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环糊精水溶液中加入过硫酸钾进行反应得到活化β
...

【专利技术属性】
技术研发人员：弓景耀，
申请(专利权)人：博路天成新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：