【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电导率和高稳定性的锂离子电池负极。
技术介绍
1、在锂离子电池
，负极材料的性能直接关系到电池整体的能量密度和稳定性。目前，市场上高端的石墨负极材料的克容量已经达到了360-365mah/g，接近于其理论克容量372mah/g的上限。这一发展趋势表明，要想在电池能量密度方面取得更大的突破，就需要探索和开发具有更高克容量的负极材料。
2、硅作为一种潜在的负极材料备受关注，其最大的优势在于极高的理论克容量。在常温下，硅材料的理论克容量为3580mah/g，而在高温下，这一数值甚至可以达到4200mah/g，这几乎是目前石墨负极容量的十倍。除此之外，硅还具有脱锂电位较低(0.4v)、环境友好和资源丰富等显著优势。然而，尽管硅基负极材料在理论上拥有巨大的潜力，但在实际应用中面临诸多挑战。
3、首先，硅在充放电过程中会发生大幅度的体积膨胀和收缩，这一现象导致电极结构破坏、活性材料剥落，以及与集流体之间的分层脱离，从而引起电池容量的快速衰减。这一挑战是硅基负极材料商业化应用的主要障碍之一。
4、其次，硅材料自身的电导性较差，这限制了其在大规模应用中的性能。电导性不足不仅影响电池的充放电效率，还可能导致电池性能的不稳定。
5、最后，目前硅基负极材料的制备通常依赖于聚偏氟乙烯(pvdf)作为粘结剂。然而，pvdf粘结剂在碱性条件下容易受到攻击，发生交联反应，导致浆料凝胶化，进而影响极片的加工性能。
6、有鉴于此，缺有必要开发一种新的
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：提供一种具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，该负极不仅具有较高的电导率，同时还具有较高的稳定性，可以有效解决硅负极材料存在的体积膨胀效应大导致材料开裂及剥离的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，包括：
4、集流体，所述集流体的两侧表面分别设置有多个梯形凹槽；
5、第一负极活性材料层，设置在所述集流体的上表面，所述第一负极活性材料层包括硅基负极材料、聚氨酯、聚苯胺、碳纳米纤维和自修复导电粘合微胶囊，所述硅基负极材料、聚氨酯、聚苯胺、碳纳米纤维和自修复导电粘合微胶囊的质量比为(92-96):(0.5-1):(0.5-1):(1-2):(2-4)；
6、第二负极活性材料层，设置在所述集流体的下表面，所述第二负极活性材料层包括硅基负极材料、聚氨酯、聚苯胺、乙二胺四乙酸和自修复导电粘合微胶囊，所述硅基负极材料、聚氨酯、聚苯胺、乙二胺四乙酸和自修复导电粘合微胶囊的质量比为(92-96):(0.5-1):(0.5-1):(1-2):(2-4)；
7、其中，所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层的表面分别设有嵌设于所述梯形凹槽的梯形凸部。
8、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≤(m1+m2)/m3≤4，且0.5≤m1/m3≤2.5，0.5≤m2/m3≤2.5。
9、优选的，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。
10、优选的，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：
11、
12、优选的，所述集流体的两侧表面进行电晕处理，电晕处理后所述集流体的表面润湿张力a(dyn)、表面粗糙度ra(μm)和摩擦系数μs之间满足关系：a＝20ra+15μs+c，其中，30≤c≤35。
13、优选的，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。
14、优选的，所述第一负极活性材料层还包括占第一负极活性材料层总质量1％～2％的冠醚-锂配合物。
15、优选的，所述第一负极活性材料层中的聚氨酯凸出于所述第一负极活性材料层的外表面；所述第二负极活性材料层中的聚氨酯凸出于所述第二负极活性材料层的外表面。
16、优选的，所述自修复导电粘合微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
17、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；
18、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；
19、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；
20、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。
21、优选的，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。
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)本申请在集流体的两侧表面设置梯形凹槽，并使负极活性材料层表面形成有嵌设于梯形凹槽的梯形凸部，使得负极活性材料层与集流体之间形成榫卯连接结构，能够提高负极活性材料层与集流体的结合强度，从而物理限制了负极活性材料层从集流体中出现膨胀脱落的情况，使得集流体和负极活性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)本申请在负极活性材料层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；而在负极活性材料层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)本申请在负极活性材料层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，其主链本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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≤(m1+m2)/m3≤4，且0.5≤m1/m3≤2.5，0.5≤m2/m3≤2.5。
3.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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：
5.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，所述集流体的两侧表面进行电晕处理，电晕处理后所述集流体的
6.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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。
7.根据权利要求1中所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，所述第一负极活性材料层还包括占第一负极活性材料层总质量1％～2％的冠醚-锂配合物。
8.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，所述第一负极活性材料层中的聚氨酯凸出于所述第一负极活性材料层的外表面；所述第二负极活性材料层中的聚氨酯凸出于所述第二负极活性材料层的外表面。
9.根据权利要求1中所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，所述自修复导电粘合微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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。
...【技术特征摘要】
1.一种具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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≤(m1+m2)/m3≤4，且0.5≤m1/m3≤2.5，0.5≤m2/m3≤2.5。
3.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，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：
5.根据权利要求1所述的具有高电导率和高稳定性的锂离子电池负极，其特征在于，所述集流体的两侧表面进行电晕处理，电晕处理后所述集流体的表面润湿张力a(dyn)、表面粗糙度ra(μm)和摩擦系数μs之...
【专利技术属性】
技术研发人员：周杰，孙强胜，吕海军，衡晓简，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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