一种负极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种负极及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的负极，制备原料包括负极活性材料和粘结剂；负极活性材料包括预锂化比例为α％的预锂化硅氧材料；粘结剂包括粘结剂A～C；粘结剂A为聚烯酸和聚烯酸酯中的至少一种，占负极涂层的质量百分数为a％；粘结剂B为聚烯烃，占负极涂层的质量百分数为b％；粘结剂C为烯酸

【技术实现步骤摘要】
一种负极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及二次电池材料
，尤其是涉及一种负极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是通信行业、电动汽车行业、航天航空以及军事领域的重要能源和储能方式。但由于其首次不可逆容量损失过高和首次库伦效率过低阻碍了锂离子电池的进一步发展，难以满足现如今社会生产生活进一步的发展要求，人们急于寻求一种有效的方法来解决目前的困境。预锂化技术的兴起对锂离子电池能量密度的提升、不可逆容量损失的改善以及首次库伦效率的提高提供了一条有效途径，为锂离子电池的发展注入了生机。此外，人们已逐渐认识到粘结剂对电极的电化学性能起着至关重要的作用，尤其是对于充放电循环中具有极高体积膨胀的硅负极，合理设计粘结剂与预锂化度关系的含硅氧负极片，可以大大改善其循环寿命。
[0003]但是，对于含有硅基材料的负极中，粘结剂的研究仍存在不足，高含量粘结剂的使用需要添加高含量的导电剂以维持电极的导电能力，而高含量的粘结剂和导电添加剂会造成提供锂存储的活性物质含量的降低，从而严重降低含硅氧活性材料的电极整体的比容量。
[0004]综上，虽然硅基负极具有高容量的优势，但是其循环性能差、首效低、析锂严重等问题难以被克服。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种负极，能够有效提高包括所述负极的锂离子电池的首效和循环性能。
[0006]本专利技术还提供了上述负极的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了包括上述负极的锂离子电池。
[0008]本专利技术还提供了上述锂离子电池的应用。
[0009]根据本专利技术第一方面的实施例，提供了一种负极，所述负极包括负极涂层，所述负极涂层的制备原料包括负极活性材料和粘结剂；
[0010]所述负极活性材料包括预锂化硅氧材料，所述预锂化硅氧材料的预锂化比例为α％；
[0011]所述粘结剂包括粘结剂A、粘结剂B和粘结剂C；
[0012]所述粘结剂A为聚烯酸和聚烯酸酯中的至少一种，占所述负极涂层的质量百分数为a％；
[0013]所述粘结剂B为聚烯烃，占所述负极涂层的质量百分数为b％；
[0014]所述粘结剂C为烯酸
‑
醇交联聚合物和烯酸
‑
硅烷交联聚合物中的至少一种，占所述负极涂层的质量百分数为c％；
[0015]并且：0.4≤a/α≤0.7，0.05≤b/α≤0.2，0.35≤c/α≤0.45：3≤α≤5。
[0016]根据本专利技术实施例的负极，至少具有如下有益效果：
[0017](1)本专利技术包括预锂化的负极活性材料，由此可以减少副反应和SEI膜生成对活性锂的消耗，从而显著提高包括硅基材料的负极的首次库伦效率。
[0018](2)硅基负极活性材料，例如硅氧材料，在充放电过程中，体积变化大，容易造成负极涂层的粉化，降低负极的循环性能。
[0019]本专利技术采用至少三种粘结剂，其中：
[0020]粘结剂A的单体中包括大量的羧酸，即粘结剂A中，含有较为丰富的羧基(羟基)；同时，硅氧材料中硅的表面上也多含有羟基；由此，硅氧材料和粘结剂A间可形成强的氢键相互作用，通过氢键或共价键建立粘结剂A和硅氧材料间的强界面作用，使得负极在经历充放电过程中硅氧材料的巨大体积变化后，仍然可以保持结构的完整性，从而提高硅负极循环寿命。
[0021]粘结剂B是传统负极中常用的粘结剂，具有粘结强度高、机械稳定性高、可操作性高的优点。
[0022]粘结剂C一方面和粘结剂A类似，具有丰富的羧基，另一方面，还具有醇羟基或硅烷基团，不仅能形成分子内氢键，还可与硅氧材料、集流体上的羟基形成分子间氢键，可有效在负极充放电时防止硅氧材料颗粒粉粹，维持电极的完整性。
[0023]即本专利技术提供负极中，通过粘结剂种类的搭配，可和硅氧材料之间发生协同作用，有效避免硅氧材料的破碎，提升所述负极的循环性能。
[0024](3)粘结剂的用量对预锂化负极活性材料性能的发挥有一定影响。本专利技术通过设定各粘结剂用量和预锂化比例之间的关系，可避免粘结剂和预锂化负极活性材料的浪费，同时可充分发挥预锂化的优势，对所述负极，以及包括所述负极的电芯的性能(特别是首效和循环)有显著的促进作用。如果在上述范围之外，则预锂化的优势不能充分发挥，并会损失一定量的循环寿命。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂A包括聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、和聚乙酸乙烯酯中的至少一种。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂A的聚合度为2
×
104～9
×
104。例如具体可以是3～4
×
104。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂A占所述负极涂层的质量百分数为1.2％～3.5％。即a的取值范围为1.2～3.5。例如具体可以是约1.5、2、2.5或3。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述负极中，0.5≤a/α≤0.625。例如具体可以是约0.6。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂B包括聚苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)，和丁二烯
‑
丙烯腈共聚物中的至少一种。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂B的聚合度为2
×
104～9
×
104。例如具体可以是3～4
×
104。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂B占所述负极涂层的质量百分数为0.15％～1％。即b的取值范围为0.15～1。例如具体可以是约0.5、0.6或0.8。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，所述负极中，0.15≤b/α≤0.2。例如具体可以是约0.16或0.17。
[0033]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂C包括聚丙烯酸
‑
聚乙二醇交联的聚合物、聚丙烯酸与
‑
寡聚乙二醇丙烯酸酯单甲醚共聚物、聚丙烯酸
‑
乙烯基三乙氧基硅烷共聚物中的至少一种。
[0034]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂C的聚合度为2
×
104～9
×
104。例如具体可以是3～4
×
104。
[0035]根据本专利技术的一些实施例，所述粘结剂C占所述负极涂层的质量百分数之比为1％～2.3％。即c的取值范围为1～2.3。例如具体可以是约1.2、1.35、1.6、1.8或2。
[0036]根据本专利技术的一些实施例，所述负极中，0.36≤c/α≤0.45。例如具体可以是约0.4。
[0037]根据本专利技术的一些实施例，所述预锂化比例的范围为4～4.5％。即α的取值范围为4～4.5。
[0038]根据本专利技术的一些实施例，所述预锂化硅氧材料的预锂化比例为预锂化过程中结合的锂，占硅氧材料满嵌锂所需锂的百分比。
[0039]根据本专利技术的一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极，其特征在于，所述负极包括负极涂层，所述负极涂层的制备原料包括负极活性材料和粘结剂；所述负极活性材料包括预锂化硅氧材料，所述预锂化硅氧材料的预锂化比例为α％；所述粘结剂包括粘结剂A、粘结剂B和粘结剂C；所述粘结剂A为聚烯酸和聚烯酸酯中的至少一种，占所述负极涂层的质量百分数为a％；所述粘结剂B为聚烯烃，占所述负极涂层的质量百分数为b％；所述粘结剂C为烯酸
‑
醇交联聚合物和烯酸
‑
硅烷交联聚合物中的至少一种，占所述负极涂层的质量百分数为c％；并且：0.4≤a/α≤0.7，0.05≤b/α≤0.2，0.35≤c/α≤0.45：3≤α≤5。2.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述粘结剂A包括聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、和聚乙酸乙烯酯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的负极，其特征在于，所述粘结剂B包括聚苯乙烯丁二烯共聚物，和丁二烯
‑
丙烯腈共聚物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永芳，高云雷，于子龙，杨山，陈杰，郑明清，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：