硅负极片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种硅负极片及其制备方法与应用。制备方法具体：将基材经过含有纳米碳材料的胺类物质溶液浸泡后取出，在非活性气氛下加热，得到表面覆盖富氮纳米碳层的基材层；向所得富氮纳米碳层的表面涂覆含胺类物质的第一负极活性浆料，干燥辊压，得到第一涂层；在所得第一涂层表面涂覆不含胺类物质的第二负极活性浆料，干燥、辊压，得到第二涂层，即得到所述硅负极片。本发明专利技术通过增强硅负极片中基材、纳米碳层与负极材料涂层的接触，提高负极片的剥离强度及膜片电阻，进而提高电池的整体性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
硅负极片及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及二次电池
，尤其是指一种硅负极片及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]高比容量硅基材料（克容量＞1300mAh/g）已经成为下一代锂离子电池负极材料的首选，高比容量硅基材料选择和结构设计的主要发展方向是Si/C和SiO
x
/C复合材料。但二者在本质上都存在严重的体积效应，例如，电池循环中伴随着充放电的嵌锂和脱锂行为，含硅基材料会一直膨胀和收缩。而硅负极片的寿命衰减很大一部分源自于材料自身因持续的膨胀和收缩导致结构失效，硅负极片上的含硅负极活性层开裂、脱落现象更频繁，最终导致负极片的完整性降低，严重影响电池的循环稳定性。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中硅负极片中含硅负极活性层开裂、脱落现象，导致负极片的完整性降低，影响电池循环稳定性。为了解决以上技术问题，本专利技术提出一种硅负极片及其制备方法与应用，增强硅负极片上基材（集流体）与纳米碳层与负极材料涂层的接触以及提高负极片的完整性，进而提高电池的整体性能。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种硅负极片及其制备方法与应用。
[0005]本专利技术通过以下方案进行实现：本专利技术的第一个目的在于提供硅负极片的制备方法，包括以下步骤：（1）、将基材经过含有纳米碳材料的胺类物质溶液浸泡后取出，在非活性气氛下加热，得到表面覆盖纳米碳层的基材层；（2）、向步骤（1）中所得纳米碳层的表面涂覆第一负极活性浆料，干燥辊压，得到第一涂层；所述第一负极活性浆料包括胺类物质以及含羧基的第一粘结物质；（3）、在步骤（2）中所得第一涂层表面涂覆第二负极活性浆料，干燥辊压，得到第二涂层，即得到所述硅负极片；所述第二负极活性浆料包括含羧基的第二粘结物质。
[0006]在本专利技术的一个实施例中，步骤（1）中，至少满足以下条件中的一种或多种：所述纳米碳材料为碳纳米颗粒、碳纳米片、碳纳米粉、碳纳米线中的一种或多种；所述基材层选自铜箔、镍箔、镀镍铜箔、紫铜箔、多孔铜箔、泡沫镍/铜箔、涂碳铜箔、涂碳镍箔中的一种或多种；所述非活性气氛中非活性气体选自氮气、氦气、氩气中的一种或多种；所述非活性气氛中非活性气体的浓度为0.3~2.8vt%；所述加热的温度为300~550℃。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，步骤（1）中，所述胺类物质选自聚苯胺、聚酰胺、苯胺、苯二胺、苯甲胺、乙二胺、丙二胺、戊二胺、己二胺中的一种或多种。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，步骤（1）中，所述含有纳米碳材料的胺类物质溶液中的胺类物质的含量为0.01~3wt%；所述纳米碳材料的含量0.05~6wt%；所述胺类物质溶液的溶
剂为乙醇。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，步骤（2）、步骤（3）中，所述第一负极活性浆料还包括第一负极材料、第一导电材料；所述第二负极活性浆料还包括第二负极材料、第二导电材料。所述第一负极材料、第二负极材料独立地选自硅碳材料、硅氧材料、碳材料中的一种或多种。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述第一负极材料包括硅碳材料或硅氧材料；所述第二负极材料为碳材料。
[0011]进一步地，所述硅碳材料包括气相硅碳、研磨硅碳中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述硅氧材料包括SiO
x
、预锂化的氧化亚硅、预镁化的氧化亚硅中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述碳材料包括人造石墨、天然石墨、改性石墨、快充石墨、软碳、硬碳中的一种或多种。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，步骤（2）中，第一涂层、第二涂层的压实密度独立地为1.50~1.80g/cm3。
[0015]本专利技术的第二个目的在于提供一种硅负极片，包括基材层；纳米碳层，所述纳米碳层设于所述基材层的表面的一侧或两侧；所述纳米碳层为粗糙状；所述纳米碳层中含氮元素。
[0016]以及沿着相对所述基材层远离的方向依次设置在所述纳米碳层上的第一涂层和第二涂层。本专利技术利用第一涂层中胺类物质与第二涂层中的含羧基的第二粘结物质发生交联形成酰胺键。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述硅负极片的剥离强度为0.016
‑
0.028N/mm，电阻为2.4
‑
3.0mΩ。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，至少满足以下条件中的一条或多条：硅负极片的厚度为43.5~884μm；基材层的厚度为3~30μm；纳米碳层的厚度为0.5~12μm；第一涂层的厚度为20~100μm；第二涂层的厚度为20~300μm。
[0019]本专利技术的第三个目的在于提供一种锂离子二次电池，包括所述硅负极片。
[0020]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）300~550℃下高温脱醇（胺类物质溶液中的溶剂为乙醇），胺类物质碳化，能将纳米碳材料固定在基材表面形成纳米碳层，此外碳化后的胺类物质富含氮，形成富氮纳米碳层，提高了纳米碳层电子传导，降低纳米碳层和极片电阻。
[0021]（2）在基材表面的纳米碳层，由于纳米碳材料分布固定在基材表面，呈现粗糙状缺陷，具有较大的比表面积，可有效提供良好的导电网络和降低复合集流体（基材与纳米碳层构成）与第一涂层接触的电阻；此外粗糙状的纳米碳层增加了与第一涂层接触面积，为第一涂层中硅颗粒向纳米碳层膨胀提供更多的接触位点，提高了两者之间的粘附性，提高了纳米碳层界面粘结力，降低了第一涂层开裂脱落，进而将第一涂层的（硅）负极材料更好地固定在基材上。
[0022]（3）本专利技术中，在后续负极片干燥、冷压时，第一涂层中胺类物质提供的氨基与第一涂层中粘结物质的含羧基物质、第一涂层的表面胺类物质提供的氨基与第二涂层表面含羧基物质均发生缩合酰化反应，脱水、生成酰胺键，提高了第一涂层内部、第一涂层与第二涂层之间界面粘结力，降低了第一/第二涂层的开裂脱落的情况，提高了硅负极片整体的剥离强度和稳定性。
附图说明
[0023]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中，图1是本专利技术硅负极片示意图；说明书附图标记说明：1、基材层；2、纳米碳层；3、第一涂层；4、第二涂层。
具体实施方式
[0024]为了解决
技术介绍
中指出的技术问题，现提出一种硅负极片及其制备方法与应用。
[0025]本专利技术提供所述的硅负极片的制备方法，包括以下步骤：（1）、将基材经过含有纳米碳材料的胺类物质溶液浸泡后取出，在非活性气氛下加热，得到表面覆盖纳米碳层的基材层；（2）、向步骤（1）中所得纳米碳层的表面涂覆第一负极活性浆料，干燥辊压，得到第一涂层；所述第一负极活性浆料含有胺类物质以及含羧基的第一粘结物质；（3）、在步骤（2）中所得第一涂层表面涂覆第二负极活性浆料，80~110℃干燥辊压，得到第二涂层，即得到所述硅负极片；所述第二负极活性浆料含有含羧基的第二粘结物质。
[0026]在具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、将基材经过含有纳米碳材料的胺类物质溶液浸泡后取出，在非活性气氛下加热，得到表面覆盖纳米碳层的基材层；（2）、向步骤（1）中所得纳米碳层的表面涂覆第一负极活性浆料，干燥、辊压，得到第一涂层；所述第一负极活性浆料包括胺类物质以及含羧基的第一粘结物质；（3）、在步骤（2）中所得第一涂层表面涂覆第二负极活性浆料，干燥、辊压，得到第二涂层，即得到所述硅负极片；所述第二负极活性浆料包括含羧基的第二粘结物质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，至少满足以下条件中的一种或多种：所述纳米碳材料为碳纳米颗粒、碳纳米片、碳纳米线中的一种或多种；所述基材层选自铜箔、镍箔、镀镍铜箔、紫铜箔、多孔铜箔、泡沫镍/铜箔、涂碳铜箔、涂碳镍箔中的一种或多种；所述非活性气氛中非活性气体选自氮气、氦气、氩气中的一种或多种；所述非活性气氛中非活性气体的浓度为0.3~2.8vt%；所述加热的温度为300~550℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述胺类物质选自聚苯胺、聚酰胺、苯胺、苯二胺、苯甲胺、乙二胺、丙二胺、戊二胺、己二胺中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述含有纳米碳材料的胺类物质溶液中的胺类物质的含量为0.01~3wt%，所述纳米碳材料的含量0.05~6wt%。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娇，钟应声，韩定宏，张浩，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：