【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有硅炭负极的电池及其制备方法和应用以及电池比容量的预测方法，属于电池材料。
技术介绍
1、随着电动汽车和3c移动电子设备的迅速发展，具有能量密度高、自放电弱、循环寿命长等优点的锂离子电池得到了研究者的广泛关注。石墨作为一种常见的商业化负极材料具有化学性质稳定、充放电电位平台低、体积膨胀不明显等优点。然而，石墨的理论比容量较低，只有372mah·g-1。硅基负极材料具有超高的理论比容量(硅单质的理论比容量为4200mah·g-1)和较低的放电平台(0.1v)，有望替代石墨成为新一代的商业化锂离子电池负极材料。但是，硅基负极材料存在电导率低、倍率性能差等问题，同时在充放电过程中会产生较大的体积膨胀，导致电极材料的粉化和脱落，限制了其在储能领域的应用。
2、磷酸锰铁锂具有低成本、高安全性能，高热稳定性，针刺、过充不发生自燃，寿命长、安全无爆炸风险的优点，同时还可以弥补了磷酸铁锂能量密度低的短板。理论上具备安全+循环优势，且能量密度更高，但电导率低+双电压平台+锰溶出，导致工业化生产难度大，材料性能和成本难以兼顾，导致锰铁锂的容量、稳定性、循环性能等达不到预期。
3、三元与锰铁锂电压窗口接近；从颗粒大小看三元中位粒径是磷酸锰铁锂的2倍，复合后可以实现正极材料间大小粒径互相搭配(磷酸锰铁锂填补三元的空隙，提高离子扩散效率)，进而提高正极材料的循环性能。以常规搅拌方式制备的磷酸锰铁锂复合三元材料制成的电池具有与三元电池相似的能量密度和电压平台，同时具有更优的低温性能和更长的循环寿命，并且还拥有更佳
4、现有的用于电子烟电池主要有以下技术问题：(1)电子烟烟管有限，常规的电池体系导致可用容量偏低，且循环性能差。(2)现有的电子烟电池搭配石墨负极，为了匹配容量，导致电芯相比较粗，难以将电子烟外壳做小。(3)现有的电子烟电池正极采用三元，导致成本增加。(4)石墨负极克容量较低，为提升倍率性能而提升导电剂添加量会导致电池容量降低。(5)使用石墨负极，加入大量导电剂的同时会增加极片厚度，增大电池体积。
技术实现思路
1、针对目前电子烟电池成本，电子烟电池的倍率性能低，能量密度和高安全性能较差，改善现有电子烟电池电池能量密度低、容量衰减速度快及价格高的缺点等问题，本专利技术提供了一种具有硅炭负极的电池及其制备方法和应用以及电池比容量的预测方法，以解决上述问题。
2、本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种具有硅炭负极的电池，包括正极片和负极片；
4、所述正极片包括正极基材以及涂覆在正极基材表面的正极活性涂层；所述正极活性涂层中含有正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂；且所述正极片中，正极基材、正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂的含量分别为：5-15wt％，80-95wt％，1-10wt％，10-30wt％；
5、所述的负极片包括负极基材以及涂覆在负极基材表面的负极活性涂层；所述负极活性涂层中含有负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂；且所述负极片中，负极基材、负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂的含量分别为：15-30wt％，50-80wt％，1-6wt％，1-5wt％；
6、所述负极活性材料中包含有硅炭材料。
7、优选地，所述的正极基材为铝箔；
8、所述的正极活性材料由磷酸锰铁锂和镍钴锰酸锂混合而成，且磷酸锰铁锂和镍钴锰酸锂的含量分别为40-60wt％、40-60wt％；
9、所述的正极导电剂为碳纳米管、乙炔黑、导电炭黑中的一种或多种；
10、所述的正极粘结剂为pvdf。
11、优选地，所述的负极基材为铜箔；
12、所述的负极活性材料由硅炭材料和石墨混合而成，且硅炭材料和石墨的含量分别为3-5wt％，95-97wt％；
13、所述的负极导电剂为super-p、乙炔黑、ks-6、碳纳米管中的一种或多种；
14、所述的负极粘结剂为sbr、cmc、paa中的一种或多种。
15、优选地，所述的正极活性涂层中，正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂的含量分别为：80-95wt％，1-10wt％，10-30wt％。
16、优选地，所述的负极活性涂层中，负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂的含量分别为：88-96wt％，2-6.5wt％，2-5.5wt％。
17、任一上述的具有硅炭负极的电池的制备方法，包括如下步骤：
18、将正极粘结剂与溶剂混合，得到正极胶液；将正极活性材料与正极导电剂混合后，加入正极胶液并搅拌，制得正极浆液；将正极浆液涂布于正极基材上，烘干，得到正极片；
19、将部分负极粘结剂与溶剂混合，得到负极胶液；将负极活性材料、负极导电剂与余下负极粘结剂混合后，加入负极胶液并搅拌，得到负极浆液；将负极浆液涂布于负极基材上，烘干，得到负极片；
20、将正极片、负极片分别进行辊压、分切、制片、卷绕、顶侧封口、烘干注液、静置，得到活化电池；
21、将活化电池进行化成、分容、二封、老化、包装，得到成品电池。
22、优选地，所述的正极片的双面面密度为290-320g/cm2，所述的负极片的双面面密度为130-160g/cm2；
23、所述的正极片的压实密度为3.5-3.7g/cm3，所述的负极片的压实密度为1.4-1.6g/cm3。
24、优选地，所述的静置在40-50℃下进行；所述的老化的温度为70-90℃。
25、任一上述的具有硅炭负极的电池在电子烟中的应用。
26、任一上述的具有硅炭负极的电池的比容量的预测方法，在于所述的电池的比容量满足：
27、y＝-16283x2+1332.6x+113.93，
28、式中，y为比容量；x为负极导电剂在负极片中的添加比例。
29、本专利技术的有益效果在于：
30、该电池采用的磷酸锰铁锂活性材料和硅炭活性材料具有较好的动力学性能，可以进一步优化电池的电化学性能；磷酸锰铁锂活性材料具有很低的价格，硅炭材料具有很高的比容量，两者同时使用可以大大降低电池的成本。通过改变导电剂的添加量可以整体提高电子烟电池的倍率性能，具有提高能量密度和高安全性能的优势，能够改善现有电子烟电池电池能量密度低、容量衰减速度快及价格高的缺点；且该电子烟电池的电化学阻抗显著降低，为在储能材料领域的商业化应用提供了理论基础。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种具有硅炭负极的电池，其特征在于，包括正极片和负极片；
2.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池，其特征在于，所述的正极基材为铝箔；
3.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池，其特征在于，所述的负极基材为铜箔；
4.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池的制备方法，其特征在于，所述的正极活性涂层中，正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂的含量分别为：80-95wt％，1-10wt％，10-30wt％。
5.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池的制备方法，其特征在于，所述的负极活性涂层中，负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂的含量分别为：88-96wt％，2-6.5wt％，2-5.5wt％。
6.权利要求1-5任一所述的具有硅炭负极的电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的具有硅炭负极的电池的制备方法，其特征在于，所述的正极片的双面面密度为290-320g/cm2，所述的负极片的双面面密度为130-160g/cm2；
8.根据权利要求6所述的具有硅炭负极的电
9.权利要求1-5任一所述的具有硅炭负极的电池在电子烟中的应用。
10.权利要求1-5任一所述的具有硅炭负极的电池的比容量的预测方法，其特征在于，所述的电池的比容量满足：
...【技术特征摘要】
1.一种具有硅炭负极的电池，其特征在于，包括正极片和负极片；
2.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池，其特征在于，所述的正极基材为铝箔；
3.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池，其特征在于，所述的负极基材为铜箔；
4.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池的制备方法，其特征在于，所述的正极活性涂层中，正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂的含量分别为：80-95wt％，1-10wt％，10-30wt％。
5.根据权利要求1所述的具有硅炭负极的电池的制备方法，其特征在于，所述的负极活性涂层中，负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂的含量分别为：88-96wt％，2-6.5wt％，...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘德淼，谭龙驹，赵明才，张娟，
申请(专利权)人：江苏载驰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。