一种锂电池负极片的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种锂电池负极片的制备方法及其应用，属于锂离子电池技术领域，包括以下步骤：首先在纳米硅表面包覆一层聚多巴胺，再经高温煅烧，得到氮掺杂碳层包覆纳米硅，然后在氮掺杂碳层包覆纳米硅表面包覆一层超薄聚多巴胺层，得到聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅，再将碳纤维与聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅混合，得到负极活性材料，最后将负极活性材料、导电剂、粘结剂和去离子水混合涂覆在负极集流体正反面的至少一面上形成涂层，再经干燥、压片，得到锂电池负极片。本发明专利技术技术方案中，制得的负极片具有极低的体积膨胀和优异的循环稳定性。的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池负极片的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体地，涉及一种锂电池负极片的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、环境友好、无记忆效应等优点逐渐成为大多数消费类和便携式电子设备供电的主力储能设备，而在锂电池运行中，负极发挥锂电池的储存离子和接收电子的载体功能，是锂离子电池技术最关键的材料之一。
[0003]石墨是一种可以用于大型商业领域的负极材料，但是其比容量低，硅具有成本低、理论比容量高和工作电压较低等特点，被认为是目前最具商业前景的高性能锂离子动力电池负极材料之一，但是，硅在充放电过程中剧烈的体积变化及较低的本征电导率严重影响了硅负极的电化学性能。因此，如何改进硅基材料并能够发挥其能量密度的优势，从而制备具有长循环高容量的硅基负极材料是当前研究的重点之一。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种锂电池负极片的制备方法及其应用，通过在纳米硅表面包覆一层聚多巴胺，再经高温煅烧，得到氮掺杂碳层包覆纳米硅，然后在氮掺杂碳层包覆纳米硅表面包覆一层超薄聚多巴胺层，得到聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅，再将碳纤维与聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅混合，得到负极活性材料，最后将负极活性材料、导电剂、粘结剂和去离子水混合涂覆在负极集流体正反面的至少一面上形成涂层，再经干燥、压片，得到锂电池负极片，该负极片具有极低的体积膨胀和优异的循环稳定性。
[0005]本专利技术要解决的技术问题：石墨是一种可以用于大型商业领域的负极材料，但是其比容量低，硅具有成本低、理论比容量高和工作电压较低等特点，被认为是目前最具商业前景的高性能锂离子动力电池负极材料之一，但是，硅在充放电过程中剧烈的体积变化及较低的本征电导率严重影响了硅负极的电化学性能。因此，如何改进硅基材料并能够发挥其能量密度的优势，从而制备具有长循环高容量的硅基负极材料是当前研究的重点之一。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种锂电池负极片的制备方法，包括以下步骤：
[0008]A1、在纳米硅表面包覆一层聚多巴胺，再经高温煅烧，得到氮掺杂碳层包覆纳米硅；
[0009]步骤A1的具体制备过程为：将纳米硅放入Tris缓冲液中，超声分散1
‑
3h，然后加入盐酸多巴胺，磁力搅拌25
‑
30h，离心，洗涤，干燥，得到聚多巴胺包覆纳米硅；将聚多巴胺包覆纳米硅经过高温煅烧处理，得到氮掺杂碳层包覆纳米硅。
[0010]上述制备过程中，通过多巴胺自聚合在纳米硅表面包覆一层聚多巴胺，再经高温煅烧，使得聚多巴胺层碳化为氮掺杂碳层包覆纳米硅，氮掺杂碳层的包覆可以提高导电性。
[0011]进一步地，纳米硅的粒径范围为20
‑
500nm。
[0012]进一步地，聚多巴胺层的厚度为13
‑
25nm。
[0013]进一步地，纳米硅、盐酸多巴胺和Tris缓冲液的用量比为1
‑
2g：1g：350
‑
500mL。
[0014]进一步地，高温煅烧处理过程是以5
‑
10℃/mi n的升温速度从室温升温至600
‑
700℃，保温4
‑
8h。
[0015]A2、在氮掺杂碳层包覆纳米硅表面包覆一层超薄聚多巴胺层，得到聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅；
[0016]步骤A2的具体制备过程为：将氮掺杂碳层包覆纳米硅浸入Tris缓冲液中，超声分散1
‑
3h，然后加入盐酸多巴胺，磁力搅拌14
‑
18h，离心，用去离子水和乙醇交替洗涤2
‑
3次，干燥，得到聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅；
[0017]上述制备过程中，通过控制氮掺杂碳层包覆纳米硅和盐酸多巴胺的用量比和反应时间，得到厚度只有2
‑
7nm的超薄聚多巴胺层，聚多巴胺层过厚会阻碍离子的传输并降低氮掺杂碳层包覆纳米硅的导电性。另外，由于聚多巴胺层和氮掺杂碳层双包覆作用，可以有效抑制纳米硅发生团聚，提高比表面积，进而提高比容量。
[0018]进一步地，聚多巴胺层的厚度为2
‑
7nm。
[0019]进一步地，氮掺杂碳层包覆纳米硅、盐酸多巴胺和Tris缓冲液的用量比为3
‑
4g：1g：750
‑
900mL。
[0020]进一步地，干燥温度为100
‑
130℃，干燥时间7
‑
10h。
[0021]进一步地，Tris缓冲液的pH为8.5。
[0022]A3、将碳纤维与聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅混合，先磁力搅拌，再超声分散，得到负极活性材料；
[0023]上述制备过程中，将碳纤维与聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅混合，利用聚多巴胺层具有的高度粘附性，使得聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅可以均匀分散并牢固黏附在碳纤维表面，并且形成三维网状结构，该三维网状结构为电子传输提供了丰富的传输通道，进而提高了负极活性材料的导电性。另外，聚多巴胺层具有较高的弹性模量，氮掺杂碳层具有一定的强度，以及三维网状结构产生的空隙都可以缓冲纳米硅的体积膨胀，三维网状结构产生的空隙还提供了离子传输的通道，提高了离子电导率。
[0024]将上述制备的负极活性材料与粘结剂和导电剂混合制备负极片时，可以与粘结剂和导电剂发生粘结，从而提高了负极材料的粘结力，在锂电池循环充放电过程中，负极活性材料不易脱落，进而提高了负极片的循环稳定性。负极活性材料表面的聚多巴胺层充当了部分粘结剂的作用，不仅提高了负极片的粘结力，也有效解决了因粘结剂较多导致的导电性下降的问题。
[0025]进一步地，步骤A3中，碳纤维的直径范围为70
‑
200nm。
[0026]进一步地，步骤A3中，碳纤维与聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅的质量比为1：3
‑
6。
[0027]进一步地，步骤A3中，磁力搅拌时间为8
‑
12h，超声分散时间为3
‑
5h。
[0028]A4、将负极活性材料、导电剂和粘结剂混合得到混合干料；向上述混合干料中加入去离子水，搅拌混合均匀得到混合浆料；将上述混合浆料涂覆在负极集流体正反面的至少一面上形成涂层，再经干燥、压片，得到锂电池负极片。
[0029]进一步地，步骤A4中，负极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为85
‑
99：0.5
‑
10：
0.5
‑
5。
[0030]进一步地，步骤A4中，涂层厚度为10
‑
350μm，面密度为10
‑
150g/cm2。
[0031]进一步地，步骤A4中，混合浆料的粘度为2000
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A1、在纳米硅表面包覆一层聚多巴胺，再经高温煅烧，得到氮掺杂碳层包覆纳米硅；A2、在氮掺杂碳层包覆纳米硅表面包覆一层超薄聚多巴胺层，得到聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅；A3、将碳纤维与聚多巴胺和氮掺杂碳层双包覆纳米硅混合，先磁力搅拌，再超声分散，得到负极活性材料；A4、将负极活性材料、导电剂和粘结剂混合得到混合干料；向上述混合干料中加入去离子水，搅拌混合均匀得到混合浆料；将上述混合浆料涂覆在负极集流体正反面的至少一面上形成涂层，再经干燥、压片，得到锂电池负极片。2.根据权利要求1所述的一种锂电池负极片的制备方法，其特征在于，所述步骤A1的具体制备过程为：将纳米硅放入Tris缓冲液中，超声分散1
‑
3h，然后加入盐酸多巴胺，磁力搅拌25
‑
30h，离心，洗涤，干燥，得到聚多巴胺包覆纳米硅；将聚多巴胺包覆纳米硅经过高温煅烧处理，得到氮掺杂碳层包覆纳米硅；其中，纳米硅的粒径范围为20
‑
500nm；聚多巴胺层的厚度为13
‑
25nm；纳米硅、盐酸多巴胺和Tris缓冲液的用量比为1
‑
2g：1g：350
‑
500mL；高温煅烧处理过程是以5
‑
10℃/min的升温速度从室温升温至600
‑
700℃，保温4
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8h。3.根据权利要求1所述的一种锂电池负极片的制备方法，其特征在于，所述步骤A2的具体制备过程为：将氮掺杂碳层包覆纳米硅浸入Tris缓冲液中，超声分散1
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3h，然后加入盐酸多巴胺，磁力搅拌14
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18h，离心，用去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵曙光，穆世慧，
申请(专利权)人：北京民利储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：