一种硅基负极片及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种硅基负极片及其制备方法、应用，涉及锂离子电池技术领域。具体而言，包括依次相连的集流体层、电解质层和硅基层；其中，所述电解质层包括导离子剂和锂盐，且所述电解质层由若干丝状物组成。本发明专利技术的硅基负极片在保证极片高克容量的前提下，能够抑制硅颗粒体积膨胀，防止极片脱落掉粉，提高极片的循环性能。通过本发明专利技术的硅基负极片制备全固态结构电池时，能够有效提高负极片克容量和电池循环稳定性，有利于促进提升硫化物全固态电芯能量密度，有利于推进硫化物全固态电池尽早进入各类行业应用，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基负极片及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种硅基负极片及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]固态电池采用不可燃的固态电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。其中，硫化物电解质具有比较高的锂离子电导率，主要包括thio
‑
LISICON、Li
10
GeP2S
12
、Li6PS5Cl,Li
10
SnP2S
12
、Li2S
‑
P2S5、Li2S
‑
SiS2、Li2S
‑
B2S3等；硫化物电解质的室温离子电导率可以达到10
‑3～10
‑2S/cm，接近甚至超过有机电解液，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)等特点，在高功率以及高低温固态电池方面优势突出，在高安全、高能量密度电池研发具有广阔的前景。
[0003]当采用硫化物固体电解质制备全固态电芯体系时，为保证能量密度优势，全固态电池负极通常会采用含硅负极或锂金属负极。目前锂金属负极的应用成本及技术难度依然很高，而硅基负极材料具有很高的质量比容量和体积比容量，还具有成本低廉、无毒无污染、嵌锂平台低等优势，因此发展硅基负极是提高锂离子电池能量密度的最有效的方法之一。
[0004]硅基负极片一般硅材料、导电剂、石墨材料及纳米金属颗粒等组成；硅材料本身的电导率低，作为活性物质，硅在充放电周期内嵌入和脱出锂时，体积变化达到300％，循环寿命差，这个体积膨胀会导致硅颗粒的粉碎，极片在充放电过程中反复开裂，导致极片涂层从集流体上分离，继而粉化衰减，最终导致锂离子电池因容量大幅度减小的失效。现行工艺通常会通过在负极片中添加膨胀系数小的石墨材料或其他金属颗粒来缓解硅材料的体积效应，尽管添加石墨能够一定程度上抑制充放电过程中因硅材料体积变化引起的界面阻抗增加和极片粉化现象，但由于石墨材料克容量远低于硅材料，少量添加时对抑制硅负极片的循环开裂和粉化效果不明显，而添加量过多时不仅影响电池能量密度，且极片厚度增加，导致锂离子传输路径边长，会使得电池倍率性能变差；同时合金类材料一样具有体积变化大和质量优势低的缺陷。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种硅基负极片，所述的硅基负极片在保证极片高克容量的前提下，抑制硅颗粒体积膨胀，防止极片脱落掉粉，提高极片的循环性能。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种所述的硅基负极片的制备方法，该方法简单易行，适合批量化生产。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供所述的硅基负极片的应用；当采用所述的硅基负极片制备全固态结构电池时，能够有效提高硅基全固态负极片克容量和循环稳定性，有利于促
进提升硫化物全固态电芯能量密度，从而有利于推进硫化物全固态电池尽早进入各类行业应用，推动锂电行业发展。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种硅基负极片，包括依次相连的集流体层、电解质层和硅基层；其中，所述电解质层包括导离子剂和锂盐，且所述电解质层由若干丝状物组成。
[0010]优选地，在所述电解质层中，所述丝状物呈平行分布或网格式分布；
[0011]更优选地，所述丝状物的直径≤200μm；
[0012]更优选地，当所述丝状物呈平行分布时，所述丝状物的间隔为1mm～5mm；当所述丝状物呈网格式分布时，网格的边长为1mm～5mm。
[0013]优选地，所述导离子剂包括聚环氧乙烷、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯或聚麟嗪中的至少一种。
[0014]优选地，所述锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、氯化锂、四氟硼酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂或高氯酸锂中的至少一种。
[0015]优选地，所述导离子剂和所述锂盐的质量比为(3～4)：1。
[0016]优选地，所述硅基层包括硅材料、导电剂和粘接剂；其中，所述硅材料包括单晶纳米硅、氧化亚硅、硅碳材料、预锂化硅氧材料或预镁化硅氧材料中的至少一种；所述导电剂包括SP、AB、CNT、VGCF中的至少一种；所述粘接剂包括导电炭黑类(SP、AB)、碳纳米管类(CNT)、纳米碳纤维类(VGCF)、导电石墨或石墨烯中的至少一种；
[0017]更优选地，以质量份数计，所述硅基层包括：所述硅材料80～99份、所述导电剂0.5～2份和所述粘接剂0.5～3份；
[0018]更优选地，所述硅基层还包括有石墨材料；进一步优选地，以质量份数计，所述硅基层还包括所述石墨材料0.1～25份。
[0019]所述的硅基负极片的制备方法包括如下步骤：步骤一、将导离子剂、锂盐和第一溶剂充分混合，得到电解质层浆料；将所述电解质层浆料进行拉丝处理并铺设于集流体表面，得到第一中间体；步骤二、将所述第一中间体进行烘干处理，得到第二中间体；步骤三、将硅材料、导电剂、粘接剂和第二溶剂充分混合，得到硅基层浆料；将所述硅基层浆料涂布于所述第二中间体的电解质层表面，得到负极前驱体；步骤四、将所述负极前驱体进行第二次烘干处理和辊压后，得到硅基负极片。
[0020]优选地，在步骤一中，所述第一溶剂包括甲基甲酰胺、乙腈、环己酮、庚烷、N
‑
甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺或N,N
‑
二甲基乙酰胺中的至少一种；
[0021]更优选地，所述电解质层浆料中，所述第一溶剂的质量浓度为90％～97％。
[0022]优选地，在步骤二中，所述烘干处理的温度为30℃～80℃，所述烘干处理的时间为3天～10天。
[0023]优选地，在步骤三中，所述第二溶剂包括水、二氯甲烷、四氢呋喃、正己烷、正庚烷、甲苯、2，4
‑
二甲基
‑3‑
戊酮、一氯代苯、二甲苯、苯甲醚、环己酮、1，3，5
‑
三甲苯、正癸烷或甲基甲酰胺中的至少一种；
[0024]更优选地，所述硅基层浆料的固含量为15％～75％。
[0025]优选地，在步骤四中，所述第二次烘干处理的温度为50℃～90℃，所述第二次烘干处理的时间为24h～72h。
[0026]优选地，在步骤四中，所述辊压的温度为40℃～65℃。
[0027]所述的硅基负极片在锂离子电池领域的用途，包括但不限于：基于所述硅基负极片制得的锂离子电池，或是包括有所述锂离子电池制得的用电元件或用电器。
[0028]优选地，所述锂离子电池为硫化物固体电解质制备得到的全固态结构电池。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过采用微米级直径的聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极片，其特征在于，包括依次相连的集流体层、电解质层和硅基层；其中，所述电解质层包括导离子剂和锂盐，且所述电解质层由若干丝状物组成。2.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，在所述电解质层中，所述丝状物呈平行分布或网格式分布；优选地，所述丝状物的直径≤200μm；优选地，当所述丝状物呈平行分布时，所述丝状物的间隔为1mm～5mm；当所述丝状物呈网格式分布时，网格的边长为1mm～5mm。3.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述导离子剂包括聚环氧乙烷、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯或聚麟嗪中的至少一种；和/或，所述锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、氯化锂、四氟硼酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂或高氯酸锂中的至少一种；优选地，所述导离子剂和所述锂盐的质量比为(3～4)：1。4.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述硅基层包括硅材料、导电剂和粘接剂；其中，所述硅材料包括单晶纳米硅、氧化亚硅、硅碳材料、预锂化硅氧材料或预镁化硅氧材料中的至少一种；所述导电剂包括导电炭黑类、碳纳米管类、纳米碳纤维类、导电石墨或石墨烯中的至少一种；所述粘接剂包括PAA、Li
‑
PAA、NBR、HNBR、SBR、SBS、SEBS、PTEF或PEO中的至少一种；优选地，以质量份数计，所述硅基层包括：所述硅材料80～99份、所述导电剂0.5～2份和所述粘接剂0.5～3份；优选地，所述硅基层还包括有石墨材料；更优选地，以质量份数计，所述硅基层还包括所述石墨材料0.1～25份。5.如权利要求1～4任一项所述的硅基负极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将导离子剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少杰，王磊，王志文，袁文森，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：