一种动力电池用负极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种动力电池用负极及其制备方法，属于新能源电池技术领域，其技术方案要点是：负极包括集流体和负极活性物质层，负极活性物质层通过冷喷涂工艺固接于集流体表面，负极活性物质层包括铜、硅和刚性聚合物；负极的制备步骤为：S1、将刚性聚合物粉碎成超细粉体；S2、将超细粉体、铜粉、硅粉按重量比混合均匀，获得混合粉体；S3、将混合粉体通过冷喷涂工艺喷涂至集流体表面。本发明专利技术通过冷喷涂制备电池负极，工序简单，工艺稳定，制备得到的产品具有较好的一致性，能够有效保障电池寿命；其产品具有均匀性佳、导电性好、阻抗低、结合强度高、电池容量衰减慢的特点。电池容量衰减慢的特点。电池容量衰减慢的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池用负极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源电池
，尤其涉及一种动力电池用负极及其制备方法。

技术介绍

[0002]新能源汽车的发展逐渐趋向于实现高能量密度、大功率和快速充放电，这种发展趋势也对新能源汽车的动力电池提出了更高的要求。
[0003]新能源汽车的动力电池由电池箱、电池管理系统、电池模组和辅助元器件等结构组装而成。其中，电池箱的作用在于为电池系统提供防水、防尘、抗震动等保护，还为电池系统安装提供机械接口；电池管理系统的作用在于对电池进行充放电管理和通信管理；辅助元器件包括继电器、熔断器、加热系统等，其作用主要在于对电路起到控制和保护作用；电池模组是由几颗到数百颗单体电池经由并联或串联组成的组合体。
[0004]单体电池包括正极级片、负极极片、隔膜、极耳、电解液、包装膜等。其中，正极极片一般是由铝箔和涂覆在铝箔上的正极材料组成，负极极片一般是由铜箔和涂覆在铜箔上的负极活性物质层组成。
[0005]以锂电池为例，正极材料一般主要选择高纯度的含锂金属氧化物，负极活性物质层一般选择石墨，但是随着新能源汽车的发展，石墨材料作为目前最常用的锂离子电池负极活性物质层，存在以下弊端：1）电池极片的生产工艺流程较长，包括球磨、混料、涂布、辊压、裁片、卷绕等工序，因此，电池极片的性能很大程度上会受到材料均一性、浆料分散均匀性、涂布均一性、辊压、焊接等因素的影响，从而使不同的单体电池在电压、容量、阻抗等性能方面产生差异，进而使串并联使用的单体电池的充放电终点不一致，最终导致电池的一致性和寿命难以保障；2）随着正极容量的提升，也对负极的容量提出了相应的要求，目前采用较多的是硅基负极的技术路线，但是硅基负极目前存在材料结构易坍塌、易粉化的缺点，从而导致电池的循环性能不佳、电池容量衰减快的缺点。
[0006]为了解决上述问题，在现有技术的基础上提供了一种动力电池用负极及其制备方法

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种动力电池用负极及其制备方法，本专利技术采用冷喷涂工艺制备得到电池负极，具有均匀性佳、导电性好、阻抗低、结合强度高、电池容量衰减慢的特点；且冷喷涂制备电池负极的工序简单，工艺稳定，制备得到的产品具有较好的一致性，能够有效保障电池寿命；并且，通过刚性聚合物和硅基材料形成网络结构，能够有效保持结构框架，保证负极活性物质层中始终具有足够多的锂离子嵌入空间，从而能够有效降低电池容量的衰减速度。
[0008]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：本专利技术提供了一种动力电池用负极，所述负极包括集流体和负极活性物质层，所
述负极活性物质层通过冷喷涂工艺固接于所述集流体表面。
[0009]通过采用上述技术方案，利用冷喷涂工艺，有助于使喷涂于集流体上的负极活性物质层具有更好的均匀性、导电性、导热性，能够有效减小阻抗；并且冷喷涂工艺能使集流体和负极活性物质层的结合强度更高，从而能够有效避免因负极活性物质层裂缝导致的钝化膜的生长，进而能够有效避免电池容量的快速衰减。
[0010]另外，冷喷涂工艺能够更好的保障锂离子单体电池间的一致性，现有技术中，电池生产工艺流程长，生产过程中各项工序会使不同批次、甚至是同一批次的单体电池产生误差，从而使单体电池的电压、容量、阻抗等性能产生差异，冷喷涂技术具有工艺稳定，工序简单的特点，能够较大程度的保障串并联使用的单体电池的充放电终点趋于一致，以便能保证电池的使用寿命。
[0011]本专利技术进一步设置为：所述负极活性物质层包括铜、硅和刚性聚合物。
[0012]通过采用上述技术方案，硅是地球上储量最丰富的元素之一，它与锂可以形成Li
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Si7、Li
13
Si4、Li7Si3、Li
22
Si5、Li
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Si4等多种合金，因而具有非常高的容量，能够与高容量的正极进行匹配，满足动力电池高容量的需求；硅的嵌锂电压低于0.5V，但略高于石墨，这意味着在充电时，基本上不会出现表面析锂的情况，因而具有更好的安全性。
[0013]在电池充放电过程中，负极涂层材料会反复经历脱嵌锂过程。一般的硅基材料在嵌锂过程会发生体积膨胀，这样会产生巨大的内应力，使负极活性物质层产生裂缝、粉化，从而导致电解液进一步和涂层内部接触并发生反应，进而导致电极表面的钝化膜变厚；钝化膜变厚的过程会消耗更多的锂离子，从而使电池容量降低；该硅基材料在脱锂后，则会产生结构坍塌，嵌锂空间则会极大的减少，会进一步导致电池容量减小；并且钝化膜变厚还对锂离子的迁移过程产生负面影响，从而影响充放电效率；另外，硅自身电导率不高。
[0014]利用刚性聚合物与硅基材料形成网络结构，首先，由于其结构本身的嵌入空间较多，能够有效防止析锂，从而能有效避免因析锂而导致隔膜穿孔，具有更高的安全性；其次，该成分能够为硅基负极活性物质层提供刚性结构支撑，有助于在反复脱嵌锂的过程中，有效解决硅基材料因结构坍塌导致的嵌入空间减少的问题，保证负极活性物质层中始终具有足够多的锂离子嵌入空间；再次，该成分能够限制嵌锂后硅基负极的体积的膨胀程度，从而进一步起到保持结构框架的作用，能有效避免因为内应力过大导致的涂层开裂和粉化，从而能有效防止钝化膜加厚，减少锂离子的损失，进而减少容量衰减的速度；另外，该刚性聚合物具有耐高温的特点，在电极的运行温度下，还能够保持框架结构完整，不断裂粉化。
[0015]铜、刚性聚合物和硅等负极活性物质层是通过冷喷涂工艺结合于集流体上，铜与刚性聚合物和硅的均匀混合，有助于增强负极活性物质层内部、负极活性物质层与集流体的结合强度，从而能有效保持电池容量、提高充放电效率；并且，铜具备优异的导电性，能够有效提升负极活性物质层的导电性。
[0016]本专利技术进一步设置为：所述刚性聚合物含有多个酯基和多个苯环。
[0017]通过采用上述技术方案，有助于使刚性聚合物中的氧和硅形成O
‑
Si
‑
O共价键，一方面能够为硅基负极活性物质层提供刚性结构支撑，另一方面能够限制嵌锂后硅基负极的体积的膨胀程度，起到保持结构框架的作用，保证负极活性物质层中始终具有足够多的锂离子嵌入空间，能够有效降低电池容量的衰减速度。
[0018]本专利技术进一步设置为：所述刚性聚合物为聚苯并噁嗪。
[0019]通过采用上述技术方案，聚苯并噁嗪具有较高的热稳定性、抗热氧化性、耐化学性和较高的机械强度，能够与硅基材料形成具有一定强度的框架结构，在反复脱嵌锂的过程中，保证负极活性物质层中始终具有足够多的锂离子嵌入空间，能够有效降低电池容量的衰减速度；另一方面，该成分还具有一定的粘性，能够进一步提高涂层内聚力，从而能有效保持电池容量、提高充放电效率。
[0020]本专利技术进一步设置为：所述负极活性物质层还包括超导炭黑。
[0021]通过采用上述技术方案，有助于进一步提高负极涂层的导电能力，补偿负极活性物质层的电子导电性。
[0022]本专利技术进一步设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力电池用负极，其特征是：所述负极包括集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层通过冷喷涂工艺固接于所述集流体表面。2.根据权利要求1所述的一种动力电池用负极，其特征是：所述负极活性物质层包括铜、硅和刚性聚合物。3.根据权利要求2所述的一种动力电池用负极，其特征是：所述刚性聚合物含有多个酯基和多个苯环。4.根据权利要求3所述的一种动力电池用负极，其特征是：所述刚性聚合物为聚苯并噁嗪。5.根据权利要求2所述的一种动力电池用负极，其特征是：所述负极活性物质层还包括超导炭黑。6.根据权利要求5所述的一种动力电池用负极，其特征是：所述铜、硅、刚性聚合物和导电剂的重量比为5
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9%：87
‑
93%：2
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3%：0
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1%。7.根据权利要求2所述的一种动力电池用负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文，兰海明，李羿含，黄仁忠，李星彤，张科杰，
申请(专利权)人：湖北超卓航空科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：