【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池领域，具体涉及一种具有高能量密度和高电导率的负极片及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电芯的能量密度和负极材料的克容量成正相关关系。目前，高端石墨克容量已经达到360-365mah/g，接近理论克容量372mah/g。因此从负极材料角度看，电芯能量密度的提升需要开发出具有更高克容量的负极材料。
2、硅材料的常温理论克容量为3580mah/g，高温理论克容量为4200mah/g。同石墨相比，硅基负极理论克容量接近其十倍。同时，硅具有脱锂电位相对较低(0.4v)、环境友好、资源丰富等优点。进一步研究表明，使用高克容量的负极材料可以显著降低电池的整体质量，从而提高质量能量密度。对于要求达到380mah/g的应用场景，采用硅基负极材料已成为必然选择。
3、然而，现有的硅基负极材料面临着一系列技术难题。首先，硅在充放电过程中会经历显著的体积膨胀和收缩，这导致电极结构的破坏、活性材料的剥落，以及与集流体之间的分层脱离，从而引起电池容量的迅速衰减。其次，硅材料本身的电导性较差，限制了其在大规模应用中的性能。最后，目前硅基负极通常使用聚偏氟乙烯(pvdf)作为粘结剂，但pvdf粘结剂易受碱性基团攻击而发生交联，导致浆料凝胶化，影响极片的加工性能。
4、有鉴于此，缺有必要开发一种新的技术方案以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：提供一种具有高能量密度和高电导率的负极片及其制备方法，该方法制得的负极片具有较高能量密度和较高
2、为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)对集流体表面进行电晕处理，并沿集流体表面的长度方向开设多个梯形凹槽；
5、(2)将硅基负极材料、聚氨酯、聚苯胺、碳纳米纤维和自修复导电粘合微胶囊以(92-96):(0.5-1):(0.5-1):(1-2):(2-4)的质量比进行混合，制得负极浆料；
6、(3)将负极浆料均匀涂覆在经过处理的集流体表面上形成负极浆料层，并使所述负极浆料层表面形成有嵌设于所述梯形凹槽的梯形凸部；
7、(4)将涂有负极浆料层的集流体送入烘箱内，在60～80℃下烘干，即得到所述的负极片。
8、优选的，步骤(1)中，所述集流体包括pi基材层、设置在所述pi基材层上表面的第一铜箔层和设置在所述pi基材层下表面的第二铜箔层；所述pi基材为含-cf3极性基团的聚酰亚胺，其结构式为：
9、
10、优选的，步骤(3)中，所述梯形凹槽的槽深与所述梯形凸部的厚度相等，所述梯形凸部的厚度h1和所述集流体的厚度h2满足关系式：0.2≤h1/h2≤0.4。
11、优选的，步骤(2)中，所述碳纳米纤维的长径比l/d满足关系式：50≤l/d≤100；所述碳纳米纤维的电导率为100～1000s/cm，所述碳纳米纤维的导热系数为2000-3000w/m·k。
12、优选的，步骤(2)中，在负极浆料中加入占浆料总质量1％～2％的乙二胺四乙酸，用于吸附锂离子以及调控锂离子扩散速率。
13、优选的，步骤(2)中，在负极浆料中加入占浆料总质量1％～2％的冠醚-锂配合物。
14、优选的，所述硅基负极材料包括硅碳材料、硅氧材料和石墨，其中，所述硅碳材料的质量m1、所述硅氧材料的质量m2和所述石墨的质量m3满足以下关系式：1≤(m2+m3)/m1≤4，且0.5≤m2/m1≤2.5，0.5≤m3/m1≤2.5。
15、优选的，步骤(2)中，所述自修复导电粘合微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
16、a、按照质量份数将碳纳米管20-35份、甲基丙烯酸甲酯24-32份、肼10-14份、十二烷基苯磺酸钠1-2份混合，并加入去离子水200-400ml，用高速搅拌机在4000～5000rpm下搅拌0.5～1h，形成稳定的油包水型乳液；
17、b、按照质量份数将异氰酸酯95-105份、聚醚多元醇95-105份、双乙酰胺1-4份混合形成微胶囊壳的前驱体溶液；
18、c、将步骤a制得的油包水型乳液和步骤b制得的微胶囊壳的前驱体溶液在搅拌速率为200～800rpm、温度为60-80℃的条件下，反应2-4h，得到反应混合物；
19、d、将反应混合物冷却至室温，通过离心分离微胶囊，去离子水洗涤，40～50℃干燥5～10h，即得到所述的自修复导电粘合微胶囊。
20、优选的，步骤b中，所述异氰酸酯的nco官能团含量为18～20wt％，所述聚醚多元醇的羟值为80～90mgkoh/g。
21、此外，本申请还提供一种具有高能量密度和高电导率的负极片，其由上述任一段所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法制得。
22、相比于现有技术，本专利技术至少具有以下有益效果：
23、1)本申请对集流体进行电晕处理，在高压电场作用下，电子流对集流体进行强有力的冲击可以使集流体表面起毛，变得粗糙，增加表面积，提高与硅负极材料层的粘结牢度；同时在集流体表面设置梯形凹槽，并使硅负极材料层表面形成有嵌设于梯形凹槽的梯形凸部，使得硅负极材料层与集流体之间形成榫卯连接结构，能够提高负极浆料层与集流体的结合强度，从而物理限制了硅负极材料层从集流体中出现膨胀脱落的情况，使得集流体和硅负极材料层的接触稳定可靠，这样的结构也可以防止电解液浸润导致极片结构的破坏或集流体的脱落，确保了电池的正常工作。
24、2)本申请在负极浆料中加入碳纳米纤维作为导电剂，碳纳米纤维的纳米级尺寸和高比表面积可以增加与负极活性物质的接触面积，形成更均匀的电子导电网络，促进电子和离子的有效传输，从而有效提高硅负极材料的电导率，此外，碳纳米纤维还可以增加硅负极材料的韧性和强度，提高负极结构的稳定性，有助于硅负极在长期充放电过程中保持稳定；而在负极浆料中加入自修复导电粘合微胶囊，当硅负极发生膨胀出现裂纹或脱胶现象时，微胶囊在应力作用下会破裂，释放其内部的导电粘合剂，导电粘合剂在裂纹或脱胶的区域迅速固化，填充缝隙，减少脱胶的发生，从而实现自我修复；并且导电粘合剂可以进一步提高负极片的电导率。
25、3)本申请在负极浆料中加入聚氨酯和聚苯胺配合作为复合粘结剂，其中，聚氨酯可由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成，其主链上含有重复氨基甲酸酯基团，聚氨酯具有较高的粘合性，将其代替聚偏氟乙烯pvdf进行使用，可以避免受碱性基团oh-攻击，从而避免了浆料出现凝胶化的情形。但单独采用聚氨酯并加入与pvdf一样的含量，对于聚氨酯而言属于含量过多，辊压后往往容易造成粘辊的情形，造成了活性物质减少，影响了电池的容量，也无法保证同批次电池的一致性。因此本申请在聚氨酯的基础上再配合聚苯胺，聚苯胺是一种特殊的导电化合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述集流体包括PI基材层、设置在所述PI基材层上表面的第一铜箔层和设置在所述PI基材层下表面的第二铜箔层；所述PI基材为含-CF3极性基团的聚酰亚胺，其结构式为：
3.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述梯形凹槽的槽深与所述梯形凸部的厚度相等，所述梯形凸部的厚度H1和所述集流体的厚度H2满足关系式：0.2≤H1/H2≤0.4。
4.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳纳米纤维的长径比L/D满足关系式：50≤L/D≤100；所述碳纳米纤维的电导率为100～1000S/cm，所述碳纳米纤维的导热系数为2000-3000W/m·K。
5.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在负极浆料中加入占浆料总质
6.根据权利要求1中所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在负极浆料中加入占浆料总质量1％～2％的冠醚-锂配合物。
7.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硅基负极材料包括硅碳材料、硅氧材料和石墨，其中，所述硅碳材料的质量m1、所述硅氧材料的质量m2和所述石墨的质量m3满足以下关系式：1≤(m2+m3)/m1≤4，且0.5≤m2/m1≤2.5，0.5≤m3/m1≤2.5。
8.根据权利要求1中所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述自修复导电粘合微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述异氰酸酯的NCO官能团含量为18～20wt％，所述聚醚多元醇的羟值为80～90mgKOH/g。
10.一种具有高能量密度和高电导率的负极片，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述集流体包括pi基材层、设置在所述pi基材层上表面的第一铜箔层和设置在所述pi基材层下表面的第二铜箔层；所述pi基材为含-cf3极性基团的聚酰亚胺，其结构式为：
3.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述梯形凹槽的槽深与所述梯形凸部的厚度相等，所述梯形凸部的厚度h1和所述集流体的厚度h2满足关系式：0.2≤h1/h2≤0.4。
4.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳纳米纤维的长径比l/d满足关系式：50≤l/d≤100；所述碳纳米纤维的电导率为100～1000s/cm，所述碳纳米纤维的导热系数为2000-3000w/m·k。
5.根据权利要求1所述的具有高能量密度和高电导率的负极片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，在负极浆料中加入占浆料总质量1％～2％的乙二胺四乙酸，用于吸附锂...
【专利技术属性】
技术研发人员：桑成涛，刘彦兵，吴少华，李桂洪，
申请(专利权)人：广东嘉尚新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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